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Theorem oelim2 8633
Description: Ordinal exponentiation with a limit exponent. Part of Exercise 4.36 of [Mendelson] p. 250. (Contributed by NM, 6-Jan-2005.)
Assertion
Ref Expression
oelim2 ((𝐴 ∈ On ∧ (𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵)) → (𝐴o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐵
Allowed substitution hint:   𝐶(𝑥)

Proof of Theorem oelim2
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 limelon 6448 . . . . . 6 ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → 𝐵 ∈ On)
2 0ellim 6447 . . . . . . 7 (Lim 𝐵 → ∅ ∈ 𝐵)
32adantl 481 . . . . . 6 ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → ∅ ∈ 𝐵)
4 oe0m1 8559 . . . . . . 7 (𝐵 ∈ On → (∅ ∈ 𝐵 ↔ (∅ ↑o 𝐵) = ∅))
54biimpa 476 . . . . . 6 ((𝐵 ∈ On ∧ ∅ ∈ 𝐵) → (∅ ↑o 𝐵) = ∅)
61, 3, 5syl2anc 584 . . . . 5 ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → (∅ ↑o 𝐵) = ∅)
7 eldif 3961 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o) ↔ (𝑥𝐵 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 1o))
8 limord 6444 . . . . . . . . . . . 12 (Lim 𝐵 → Ord 𝐵)
9 ordelon 6408 . . . . . . . . . . . 12 ((Ord 𝐵𝑥𝐵) → 𝑥 ∈ On)
108, 9sylan 580 . . . . . . . . . . 11 ((Lim 𝐵𝑥𝐵) → 𝑥 ∈ On)
11 on0eln0 6440 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ On → (∅ ∈ 𝑥𝑥 ≠ ∅))
12 el1o 8533 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ 1o𝑥 = ∅)
1312necon3bbii 2988 . . . . . . . . . . . . 13 𝑥 ∈ 1o𝑥 ≠ ∅)
1411, 13bitr4di 289 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ On → (∅ ∈ 𝑥 ↔ ¬ 𝑥 ∈ 1o))
15 oe0m1 8559 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ On → (∅ ∈ 𝑥 ↔ (∅ ↑o 𝑥) = ∅))
1615biimpd 229 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ On → (∅ ∈ 𝑥 → (∅ ↑o 𝑥) = ∅))
1714, 16sylbird 260 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ On → (¬ 𝑥 ∈ 1o → (∅ ↑o 𝑥) = ∅))
1810, 17syl 17 . . . . . . . . . 10 ((Lim 𝐵𝑥𝐵) → (¬ 𝑥 ∈ 1o → (∅ ↑o 𝑥) = ∅))
1918impr 454 . . . . . . . . 9 ((Lim 𝐵 ∧ (𝑥𝐵 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 1o)) → (∅ ↑o 𝑥) = ∅)
207, 19sylan2b 594 . . . . . . . 8 ((Lim 𝐵𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)) → (∅ ↑o 𝑥) = ∅)
2120iuneq2dv 5016 . . . . . . 7 (Lim 𝐵 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)∅)
22 df-1o 8506 . . . . . . . . . 10 1o = suc ∅
23 limsuc 7870 . . . . . . . . . . 11 (Lim 𝐵 → (∅ ∈ 𝐵 ↔ suc ∅ ∈ 𝐵))
242, 23mpbid 232 . . . . . . . . . 10 (Lim 𝐵 → suc ∅ ∈ 𝐵)
2522, 24eqeltrid 2845 . . . . . . . . 9 (Lim 𝐵 → 1o𝐵)
26 1on 8518 . . . . . . . . . 10 1o ∈ On
2726onirri 6497 . . . . . . . . 9 ¬ 1o ∈ 1o
28 eldif 3961 . . . . . . . . 9 (1o ∈ (𝐵 ∖ 1o) ↔ (1o𝐵 ∧ ¬ 1o ∈ 1o))
2925, 27, 28sylanblrc 590 . . . . . . . 8 (Lim 𝐵 → 1o ∈ (𝐵 ∖ 1o))
30 ne0i 4341 . . . . . . . 8 (1o ∈ (𝐵 ∖ 1o) → (𝐵 ∖ 1o) ≠ ∅)
31 iunconst 5001 . . . . . . . 8 ((𝐵 ∖ 1o) ≠ ∅ → 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)∅ = ∅)
3229, 30, 313syl 18 . . . . . . 7 (Lim 𝐵 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)∅ = ∅)
3321, 32eqtrd 2777 . . . . . 6 (Lim 𝐵 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥) = ∅)
3433adantl 481 . . . . 5 ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥) = ∅)
356, 34eqtr4d 2780 . . . 4 ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → (∅ ↑o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥))
36 oveq1 7438 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → (𝐴o 𝐵) = (∅ ↑o 𝐵))
37 oveq1 7438 . . . . . 6 (𝐴 = ∅ → (𝐴o 𝑥) = (∅ ↑o 𝑥))
3837iuneq2d 5022 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥))
3936, 38eqeq12d 2753 . . . 4 (𝐴 = ∅ → ((𝐴o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥) ↔ (∅ ↑o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥)))
4035, 39imbitrrid 246 . . 3 (𝐴 = ∅ → ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → (𝐴o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥)))
4140impcom 407 . 2 (((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) ∧ 𝐴 = ∅) → (𝐴o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
42 oelim 8572 . . 3 (((𝐴 ∈ On ∧ (𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵)) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝐴o 𝐵) = 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦))
43 limsuc 7870 . . . . . . . . . . . . 13 (Lim 𝐵 → (𝑦𝐵 ↔ suc 𝑦𝐵))
4443biimpa 476 . . . . . . . . . . . 12 ((Lim 𝐵𝑦𝐵) → suc 𝑦𝐵)
45 nsuceq0 6467 . . . . . . . . . . . 12 suc 𝑦 ≠ ∅
46 dif1o 8538 . . . . . . . . . . . 12 (suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o) ↔ (suc 𝑦𝐵 ∧ suc 𝑦 ≠ ∅))
4744, 45, 46sylanblrc 590 . . . . . . . . . . 11 ((Lim 𝐵𝑦𝐵) → suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o))
4847ex 412 . . . . . . . . . 10 (Lim 𝐵 → (𝑦𝐵 → suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o)))
4948ad2antlr 727 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝑦𝐵 → suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o)))
50 sssucid 6464 . . . . . . . . . . 11 𝑦 ⊆ suc 𝑦
51 ordelon 6408 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((Ord 𝐵𝑦𝐵) → 𝑦 ∈ On)
528, 51sylan 580 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((Lim 𝐵𝑦𝐵) → 𝑦 ∈ On)
53 onsuc 7831 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑦 ∈ On → suc 𝑦 ∈ On)
5452, 53jccir 521 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((Lim 𝐵𝑦𝐵) → (𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On))
55 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On) → (𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On))
56553expa 1119 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On) ∧ 𝐴 ∈ On) → (𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On))
5756ancoms 458 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐴 ∈ On ∧ (𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On)) → (𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On))
5854, 57sylan2 593 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐴 ∈ On ∧ (Lim 𝐵𝑦𝐵)) → (𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On))
5958anassrs 467 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On))
60 oewordi 8629 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝑦 ⊆ suc 𝑦 → (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦)))
6159, 60sylan 580 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ 𝑦𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝑦 ⊆ suc 𝑦 → (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦)))
6261an32s 652 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) ∧ 𝑦𝐵) → (𝑦 ⊆ suc 𝑦 → (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦)))
6350, 62mpi 20 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) ∧ 𝑦𝐵) → (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦))
6463ex 412 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝑦𝐵 → (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦)))
6549, 64jcad 512 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝑦𝐵 → (suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o) ∧ (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦))))
66 oveq2 7439 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = suc 𝑦 → (𝐴o 𝑥) = (𝐴o suc 𝑦))
6766sseq2d 4016 . . . . . . . . 9 (𝑥 = suc 𝑦 → ((𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o 𝑥) ↔ (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦)))
6867rspcev 3622 . . . . . . . 8 ((suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o) ∧ (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦)) → ∃𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o 𝑥))
6965, 68syl6 35 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝑦𝐵 → ∃𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o 𝑥)))
7069ralrimiv 3145 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → ∀𝑦𝐵𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o 𝑥))
71 iunss2 5049 . . . . . 6 (∀𝑦𝐵𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o 𝑥) → 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦) ⊆ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
7270, 71syl 17 . . . . 5 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦) ⊆ 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
73 difss 4136 . . . . . . . 8 (𝐵 ∖ 1o) ⊆ 𝐵
74 iunss1 5006 . . . . . . . 8 ((𝐵 ∖ 1o) ⊆ 𝐵 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥) ⊆ 𝑥𝐵 (𝐴o 𝑥))
7573, 74ax-mp 5 . . . . . . 7 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥) ⊆ 𝑥𝐵 (𝐴o 𝑥)
76 oveq2 7439 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (𝐴o 𝑥) = (𝐴o 𝑦))
7776cbviunv 5040 . . . . . . 7 𝑥𝐵 (𝐴o 𝑥) = 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦)
7875, 77sseqtri 4032 . . . . . 6 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥) ⊆ 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦)
7978a1i 11 . . . . 5 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥) ⊆ 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦))
8072, 79eqssd 4001 . . . 4 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
8180adantlrl 720 . . 3 (((𝐴 ∈ On ∧ (𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵)) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
8242, 81eqtrd 2777 . 2 (((𝐴 ∈ On ∧ (𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵)) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝐴o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
8341, 82oe0lem 8551 1 ((𝐴 ∈ On ∧ (𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵)) → (𝐴o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 395  w3a 1087   = wceq 1540  wcel 2108  wne 2940  wral 3061  wrex 3070  cdif 3948  wss 3951  c0 4333   ciun 4991  Ord word 6383  Oncon0 6384  Lim wlim 6385  suc csuc 6386  (class class class)co 7431  1oc1o 8499  o coe 8505
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-rep 5279  ax-sep 5296  ax-nul 5306  ax-pr 5432  ax-un 7755
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2892  df-ne 2941  df-ral 3062  df-rex 3071  df-reu 3381  df-rab 3437  df-v 3482  df-sbc 3789  df-csb 3900  df-dif 3954  df-un 3956  df-in 3958  df-ss 3968  df-pss 3971  df-nul 4334  df-if 4526  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-op 4633  df-uni 4908  df-iun 4993  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5578  df-eprel 5584  df-po 5592  df-so 5593  df-fr 5637  df-we 5639  df-xp 5691  df-rel 5692  df-cnv 5693  df-co 5694  df-dm 5695  df-rn 5696  df-res 5697  df-ima 5698  df-pred 6321  df-ord 6387  df-on 6388  df-lim 6389  df-suc 6390  df-iota 6514  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-2nd 8015  df-frecs 8306  df-wrecs 8337  df-recs 8411  df-rdg 8450  df-1o 8506  df-2o 8507  df-oadd 8510  df-omul 8511  df-oexp 8512
This theorem is referenced by:  oelimcl  8638  oaabs2  8687  omabs  8689
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