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Theorem oacl2g 43292
Description: Closure law for ordinal addition. Here we show that ordinal addition is closed within the empty set or any ordinal power of omega. (Contributed by RP, 5-Jan-2025.)
Assertion
Ref Expression
oacl2g (((𝐴𝐶𝐵𝐶) ∧ (𝐶 = ∅ ∨ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On))) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶)

Proof of Theorem oacl2g
Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 eleq2 2833 . . . . . 6 (𝐶 = ∅ → (𝐴𝐶𝐴 ∈ ∅))
2 noel 4360 . . . . . . 7 ¬ 𝐴 ∈ ∅
32pm2.21i 119 . . . . . 6 (𝐴 ∈ ∅ → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶)
41, 3biimtrdi 253 . . . . 5 (𝐶 = ∅ → (𝐴𝐶 → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶))
54com12 32 . . . 4 (𝐴𝐶 → (𝐶 = ∅ → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶))
65adantr 480 . . 3 ((𝐴𝐶𝐵𝐶) → (𝐶 = ∅ → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶))
7 simpl 482 . . . . . 6 ((𝐴𝐶𝐵𝐶) → 𝐴𝐶)
8 simpl 482 . . . . . . . . . 10 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝐶 = (ω ↑o 𝐷))
9 simpr 484 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝐷 ∈ On)
10 omelon 9715 . . . . . . . . . . . 12 ω ∈ On
119, 10jctil 519 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (ω ∈ On ∧ 𝐷 ∈ On))
12 oecl 8593 . . . . . . . . . . 11 ((ω ∈ On ∧ 𝐷 ∈ On) → (ω ↑o 𝐷) ∈ On)
1311, 12syl 17 . . . . . . . . . 10 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (ω ↑o 𝐷) ∈ On)
148, 13eqeltrd 2844 . . . . . . . . 9 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝐶 ∈ On)
1514adantl 481 . . . . . . . 8 (((𝐴𝐶𝐵𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → 𝐶 ∈ On)
16 onelon 6420 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 ∈ On ∧ 𝐴𝐶) → 𝐴 ∈ On)
1716expcom 413 . . . . . . . . . 10 (𝐴𝐶 → (𝐶 ∈ On → 𝐴 ∈ On))
1817adantr 480 . . . . . . . . 9 ((𝐴𝐶𝐵𝐶) → (𝐶 ∈ On → 𝐴 ∈ On))
1918adantr 480 . . . . . . . 8 (((𝐴𝐶𝐵𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐶 ∈ On → 𝐴 ∈ On))
2015, 19jcai 516 . . . . . . 7 (((𝐴𝐶𝐵𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐶 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On))
21 simpr 484 . . . . . . . 8 ((𝐴𝐶𝐵𝐶) → 𝐵𝐶)
2221adantr 480 . . . . . . 7 (((𝐴𝐶𝐵𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → 𝐵𝐶)
23 oaordi 8602 . . . . . . 7 ((𝐶 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On) → (𝐵𝐶 → (𝐴 +o 𝐵) ∈ (𝐴 +o 𝐶)))
2420, 22, 23sylc 65 . . . . . 6 (((𝐴𝐶𝐵𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ (𝐴 +o 𝐶))
25 oveq1 7455 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝐴 → (𝑥 +o 𝐶) = (𝐴 +o 𝐶))
2625eliuni 5021 . . . . . 6 ((𝐴𝐶 ∧ (𝐴 +o 𝐵) ∈ (𝐴 +o 𝐶)) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝑥𝐶 (𝑥 +o 𝐶))
277, 24, 26syl2an2r 684 . . . . 5 (((𝐴𝐶𝐵𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝑥𝐶 (𝑥 +o 𝐶))
28 simpr 484 . . . . . . . . . . 11 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥𝐶) → 𝑥𝐶)
298adantr 480 . . . . . . . . . . 11 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥𝐶) → 𝐶 = (ω ↑o 𝐷))
3028, 29eleqtrd 2846 . . . . . . . . . 10 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥𝐶) → 𝑥 ∈ (ω ↑o 𝐷))
3114adantr 480 . . . . . . . . . 10 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥𝐶) → 𝐶 ∈ On)
328eqcomd 2746 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (ω ↑o 𝐷) = 𝐶)
33 ssid 4031 . . . . . . . . . . . 12 𝐶𝐶
3432, 33eqsstrdi 4063 . . . . . . . . . . 11 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (ω ↑o 𝐷) ⊆ 𝐶)
3534adantr 480 . . . . . . . . . 10 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥𝐶) → (ω ↑o 𝐷) ⊆ 𝐶)
36 oaabs2 8705 . . . . . . . . . 10 (((𝑥 ∈ (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐶 ∈ On) ∧ (ω ↑o 𝐷) ⊆ 𝐶) → (𝑥 +o 𝐶) = 𝐶)
3730, 31, 35, 36syl21anc 837 . . . . . . . . 9 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥𝐶) → (𝑥 +o 𝐶) = 𝐶)
3837, 33eqsstrdi 4063 . . . . . . . 8 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥𝐶) → (𝑥 +o 𝐶) ⊆ 𝐶)
3938iunssd 5073 . . . . . . 7 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝑥𝐶 (𝑥 +o 𝐶) ⊆ 𝐶)
40 peano1 7927 . . . . . . . . . . 11 ∅ ∈ ω
41 oen0 8642 . . . . . . . . . . 11 (((ω ∈ On ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ ∅ ∈ ω) → ∅ ∈ (ω ↑o 𝐷))
4211, 40, 41sylancl 585 . . . . . . . . . 10 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → ∅ ∈ (ω ↑o 𝐷))
4342, 32eleqtrd 2846 . . . . . . . . 9 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → ∅ ∈ 𝐶)
44 simpr 484 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 = ∅) → 𝑥 = ∅)
4544oveq1d 7463 . . . . . . . . . . 11 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 = ∅) → (𝑥 +o 𝐶) = (∅ +o 𝐶))
46 oa0r 8594 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐶 ∈ On → (∅ +o 𝐶) = 𝐶)
4714, 46syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (∅ +o 𝐶) = 𝐶)
4847adantr 480 . . . . . . . . . . 11 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 = ∅) → (∅ +o 𝐶) = 𝐶)
4945, 48eqtrd 2780 . . . . . . . . . 10 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 = ∅) → (𝑥 +o 𝐶) = 𝐶)
5049sseq2d 4041 . . . . . . . . 9 (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 = ∅) → (𝐶 ⊆ (𝑥 +o 𝐶) ↔ 𝐶𝐶))
51 ssidd 4032 . . . . . . . . 9 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝐶𝐶)
5243, 50, 51rspcedvd 3637 . . . . . . . 8 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → ∃𝑥𝐶 𝐶 ⊆ (𝑥 +o 𝐶))
53 ssiun 5069 . . . . . . . 8 (∃𝑥𝐶 𝐶 ⊆ (𝑥 +o 𝐶) → 𝐶 𝑥𝐶 (𝑥 +o 𝐶))
5452, 53syl 17 . . . . . . 7 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝐶 𝑥𝐶 (𝑥 +o 𝐶))
5539, 54eqssd 4026 . . . . . 6 ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝑥𝐶 (𝑥 +o 𝐶) = 𝐶)
5655adantl 481 . . . . 5 (((𝐴𝐶𝐵𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → 𝑥𝐶 (𝑥 +o 𝐶) = 𝐶)
5727, 56eleqtrd 2846 . . . 4 (((𝐴𝐶𝐵𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶)
5857ex 412 . . 3 ((𝐴𝐶𝐵𝐶) → ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶))
596, 58jaod 858 . 2 ((𝐴𝐶𝐵𝐶) → ((𝐶 = ∅ ∨ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶))
6059imp 406 1 (((𝐴𝐶𝐵𝐶) ∧ (𝐶 = ∅ ∨ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On))) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395  wo 846   = wceq 1537  wcel 2108  wrex 3076  wss 3976  c0 4352   ciun 5015  Oncon0 6395  (class class class)co 7448  ωcom 7903   +o coa 8519  o coe 8521
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-rep 5303  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-inf2 9710
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-pss 3996  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-int 4971  df-iun 5017  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-tr 5284  df-id 5593  df-eprel 5599  df-po 5607  df-so 5608  df-fr 5652  df-we 5654  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-pred 6332  df-ord 6398  df-on 6399  df-lim 6400  df-suc 6401  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-om 7904  df-1st 8030  df-2nd 8031  df-frecs 8322  df-wrecs 8353  df-recs 8427  df-rdg 8466  df-1o 8522  df-2o 8523  df-oadd 8526  df-omul 8527  df-oexp 8528
This theorem is referenced by:  onmcl  43293
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