Theorem oacl2g 44027

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	⊢ (((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) ∧ (𝐶 = ∅ ∨ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On))) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶)

Proof of Theorem oacl2g

Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eleq2 2850	. . . . . 6 ⊢ (𝐶 = ∅ → (𝐴 ∈ 𝐶 ↔ 𝐴 ∈ ∅))
2		noel 4290	. . . . . . 7 ⊢ ¬ 𝐴 ∈ ∅
3	2	pm2.21i 120	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ∅ → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶)
4	1, 3	biimtrdi 256	. . . . 5 ⊢ (𝐶 = ∅ → (𝐴 ∈ 𝐶 → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶))
5	4	com12 33	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐶 → (𝐶 = ∅ → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶))
6	5	adantr 485	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) → (𝐶 = ∅ → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶))
7		simpl 487	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) → 𝐴 ∈ 𝐶)
8		simpl 487	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝐶 = (ω ↑o 𝐷))
9		simpr 489	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝐷 ∈ On)
10		omelon 9614	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ω ∈ On
11	9, 10	jctil 528	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (ω ∈ On ∧ 𝐷 ∈ On))
12		oecl 8521	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((ω ∈ On ∧ 𝐷 ∈ On) → (ω ↑o 𝐷) ∈ On)
13	11, 12	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (ω ↑o 𝐷) ∈ On)
14	8, 13	eqeltrd 2861	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝐶 ∈ On)
15	14	adantl 486	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → 𝐶 ∈ On)
16		onelon 6385	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐶 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ 𝐶) → 𝐴 ∈ On)
17	16	expcom 418	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐶 → (𝐶 ∈ On → 𝐴 ∈ On))
18	17	adantr 485	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) → (𝐶 ∈ On → 𝐴 ∈ On))
19	18	adantr 485	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐶 ∈ On → 𝐴 ∈ On))
20	15, 19	jcai 525	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐶 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On))
21		simpr 489	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) → 𝐵 ∈ 𝐶)
22	21	adantr 485	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → 𝐵 ∈ 𝐶)
23		oaordi 8530	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐶 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On) → (𝐵 ∈ 𝐶 → (𝐴 +o 𝐵) ∈ (𝐴 +o 𝐶)))
24	20, 22, 23	sylc 66	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ (𝐴 +o 𝐶))
25		oveq1 7417	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝐴 → (𝑥 +o 𝐶) = (𝐴 +o 𝐶))
26	25	eliuni 4961	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ (𝐴 +o 𝐵) ∈ (𝐴 +o 𝐶)) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ ∪ 𝑥 ∈ 𝐶 (𝑥 +o 𝐶))
27	7, 24, 26	syl2an2r 697	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ ∪ 𝑥 ∈ 𝐶 (𝑥 +o 𝐶))
28		simpr 489	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 ∈ 𝐶) → 𝑥 ∈ 𝐶)
29	8	adantr 485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 ∈ 𝐶) → 𝐶 = (ω ↑o 𝐷))
30	28, 29	eleqtrd 2863	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 ∈ 𝐶) → 𝑥 ∈ (ω ↑o 𝐷))
31	14	adantr 485	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 ∈ 𝐶) → 𝐶 ∈ On)
32	8	eqcomd 2767	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (ω ↑o 𝐷) = 𝐶)
33		ssid 3958	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 𝐶 ⊆ 𝐶
34	32, 33	eqsstrdi 3980	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (ω ↑o 𝐷) ⊆ 𝐶)
35	34	adantr 485	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 ∈ 𝐶) → (ω ↑o 𝐷) ⊆ 𝐶)
36		oaabs2 8634	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑥 ∈ (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐶 ∈ On) ∧ (ω ↑o 𝐷) ⊆ 𝐶) → (𝑥 +o 𝐶) = 𝐶)
37	30, 31, 35, 36	syl21anc 850	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 ∈ 𝐶) → (𝑥 +o 𝐶) = 𝐶)
38	37, 33	eqsstrdi 3980	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 ∈ 𝐶) → (𝑥 +o 𝐶) ⊆ 𝐶)
39	38	iunssd 5014	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → ∪ 𝑥 ∈ 𝐶 (𝑥 +o 𝐶) ⊆ 𝐶)
40		peano1 7884	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ∅ ∈ ω
41		oen0 8571	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((ω ∈ On ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ ∅ ∈ ω) → ∅ ∈ (ω ↑o 𝐷))
42	11, 40, 41	sylancl 597	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → ∅ ∈ (ω ↑o 𝐷))
43	42, 32	eleqtrd 2863	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → ∅ ∈ 𝐶)
44		simpr 489	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 = ∅) → 𝑥 = ∅)
45	44	oveq1d 7425	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 = ∅) → (𝑥 +o 𝐶) = (∅ +o 𝐶))
46		oa0r 8522	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝐶 ∈ On → (∅ +o 𝐶) = 𝐶)
47	14, 46	syl 18	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (∅ +o 𝐶) = 𝐶)
48	47	adantr 485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 = ∅) → (∅ +o 𝐶) = 𝐶)
49	45, 48	eqtrd 2796	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 = ∅) → (𝑥 +o 𝐶) = 𝐶)
50	49	sseq2d 3968	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) ∧ 𝑥 = ∅) → (𝐶 ⊆ (𝑥 +o 𝐶) ↔ 𝐶 ⊆ 𝐶))
51		ssidd 3959	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝐶 ⊆ 𝐶)
52	43, 50, 51	rspcedvd 3582	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → ∃𝑥 ∈ 𝐶 𝐶 ⊆ (𝑥 +o 𝐶))
53		ssiun 5010	. . . . . . . 8 ⊢ (∃𝑥 ∈ 𝐶 𝐶 ⊆ (𝑥 +o 𝐶) → 𝐶 ⊆ ∪ 𝑥 ∈ 𝐶 (𝑥 +o 𝐶))
54	52, 53	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → 𝐶 ⊆ ∪ 𝑥 ∈ 𝐶 (𝑥 +o 𝐶))
55	39, 54	eqssd 3953	. . . . . 6 ⊢ ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → ∪ 𝑥 ∈ 𝐶 (𝑥 +o 𝐶) = 𝐶)
56	55	adantl 486	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → ∪ 𝑥 ∈ 𝐶 (𝑥 +o 𝐶) = 𝐶)
57	27, 56	eleqtrd 2863	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) ∧ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶)
58	57	ex 417	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) → ((𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶))
59	6, 58	jaod 872	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) → ((𝐶 = ∅ ∨ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On)) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶))
60	59	imp 411	1 ⊢ (((𝐴 ∈ 𝐶 ∧ 𝐵 ∈ 𝐶) ∧ (𝐶 = ∅ ∨ (𝐶 = (ω ↑o 𝐷) ∧ 𝐷 ∈ On))) → (𝐴 +o 𝐵) ∈ 𝐶)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 400   ∨ wo 860   = wceq 1568   ∈ wcel 2141  ∃wrex 3087   ⊆ wss 3904  ∅c0 4285  ∪ ciun 4955  Oncon0 6360  (class class class)co 7410  ωcom 7861   +_o coa 8449   ↑_o coe 8451

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1823  ax-4 1837  ax-5 1938  ax-6 1995  ax-7 2036  ax-8 2143  ax-9 2151  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2211  ax-ext 2733  ax-rep 5237  ax-sep 5256  ax-nul 5268  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-inf2 9609

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1571  df-fal 1581  df-ex 1808  df-nf 1812  df-sb 2095  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3744  df-csb 3853  df-dif 3907  df-un 3909  df-in 3911  df-ss 3921  df-pss 3924  df-nul 4286  df-if 4487  df-pw 4563  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4595  df-uni 4872  df-int 4912  df-iun 4957  df-br 5109  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7862  df-1st 7985  df-2nd 7986  df-frecs 8277  df-wrecs 8308  df-recs 8357  df-rdg 8396  df-1o 8452  df-2o 8453  df-oadd 8456  df-omul 8457  df-oexp 8458

This theorem is referenced by:  onmcl  44028