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Theorem oelim2 8542
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 6381 . . . . . 6 ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → 𝐵 ∈ On)
2 0ellim 6380 . . . . . . 7 (Lim 𝐵 → ∅ ∈ 𝐵)
32adantl 482 . . . . . 6 ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → ∅ ∈ 𝐵)
4 oe0m1 8467 . . . . . . 7 (𝐵 ∈ On → (∅ ∈ 𝐵 ↔ (∅ ↑o 𝐵) = ∅))
54biimpa 477 . . . . . 6 ((𝐵 ∈ On ∧ ∅ ∈ 𝐵) → (∅ ↑o 𝐵) = ∅)
61, 3, 5syl2anc 584 . . . . 5 ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → (∅ ↑o 𝐵) = ∅)
7 eldif 3920 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o) ↔ (𝑥𝐵 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 1o))
8 limord 6377 . . . . . . . . . . . 12 (Lim 𝐵 → Ord 𝐵)
9 ordelon 6341 . . . . . . . . . . . 12 ((Ord 𝐵𝑥𝐵) → 𝑥 ∈ On)
108, 9sylan 580 . . . . . . . . . . 11 ((Lim 𝐵𝑥𝐵) → 𝑥 ∈ On)
11 on0eln0 6373 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ On → (∅ ∈ 𝑥𝑥 ≠ ∅))
12 el1o 8441 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ 1o𝑥 = ∅)
1312necon3bbii 2991 . . . . . . . . . . . . 13 𝑥 ∈ 1o𝑥 ≠ ∅)
1411, 13bitr4di 288 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ On → (∅ ∈ 𝑥 ↔ ¬ 𝑥 ∈ 1o))
15 oe0m1 8467 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ On → (∅ ∈ 𝑥 ↔ (∅ ↑o 𝑥) = ∅))
1615biimpd 228 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ On → (∅ ∈ 𝑥 → (∅ ↑o 𝑥) = ∅))
1714, 16sylbird 259 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ On → (¬ 𝑥 ∈ 1o → (∅ ↑o 𝑥) = ∅))
1810, 17syl 17 . . . . . . . . . 10 ((Lim 𝐵𝑥𝐵) → (¬ 𝑥 ∈ 1o → (∅ ↑o 𝑥) = ∅))
1918impr 455 . . . . . . . . 9 ((Lim 𝐵 ∧ (𝑥𝐵 ∧ ¬ 𝑥 ∈ 1o)) → (∅ ↑o 𝑥) = ∅)
207, 19sylan2b 594 . . . . . . . 8 ((Lim 𝐵𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)) → (∅ ↑o 𝑥) = ∅)
2120iuneq2dv 4978 . . . . . . 7 (Lim 𝐵 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)∅)
22 df-1o 8412 . . . . . . . . . 10 1o = suc ∅
23 limsuc 7785 . . . . . . . . . . 11 (Lim 𝐵 → (∅ ∈ 𝐵 ↔ suc ∅ ∈ 𝐵))
242, 23mpbid 231 . . . . . . . . . 10 (Lim 𝐵 → suc ∅ ∈ 𝐵)
2522, 24eqeltrid 2842 . . . . . . . . 9 (Lim 𝐵 → 1o𝐵)
26 1on 8424 . . . . . . . . . 10 1o ∈ On
2726onirri 6430 . . . . . . . . 9 ¬ 1o ∈ 1o
28 eldif 3920 . . . . . . . . 9 (1o ∈ (𝐵 ∖ 1o) ↔ (1o𝐵 ∧ ¬ 1o ∈ 1o))
2925, 27, 28sylanblrc 590 . . . . . . . 8 (Lim 𝐵 → 1o ∈ (𝐵 ∖ 1o))
30 ne0i 4294 . . . . . . . 8 (1o ∈ (𝐵 ∖ 1o) → (𝐵 ∖ 1o) ≠ ∅)
31 iunconst 4963 . . . . . . . 8 ((𝐵 ∖ 1o) ≠ ∅ → 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)∅ = ∅)
3229, 30, 313syl 18 . . . . . . 7 (Lim 𝐵 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)∅ = ∅)
3321, 32eqtrd 2776 . . . . . 6 (Lim 𝐵 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥) = ∅)
3433adantl 482 . . . . 5 ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥) = ∅)
356, 34eqtr4d 2779 . . . 4 ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → (∅ ↑o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥))
36 oveq1 7364 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → (𝐴o 𝐵) = (∅ ↑o 𝐵))
37 oveq1 7364 . . . . . 6 (𝐴 = ∅ → (𝐴o 𝑥) = (∅ ↑o 𝑥))
3837iuneq2d 4983 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥))
3936, 38eqeq12d 2752 . . . 4 (𝐴 = ∅ → ((𝐴o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥) ↔ (∅ ↑o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(∅ ↑o 𝑥)))
4035, 39syl5ibr 245 . . 3 (𝐴 = ∅ → ((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) → (𝐴o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥)))
4140impcom 408 . 2 (((𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵) ∧ 𝐴 = ∅) → (𝐴o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
42 oelim 8480 . . 3 (((𝐴 ∈ On ∧ (𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵)) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝐴o 𝐵) = 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦))
43 limsuc 7785 . . . . . . . . . . . . 13 (Lim 𝐵 → (𝑦𝐵 ↔ suc 𝑦𝐵))
4443biimpa 477 . . . . . . . . . . . 12 ((Lim 𝐵𝑦𝐵) → suc 𝑦𝐵)
45 nsuceq0 6400 . . . . . . . . . . . 12 suc 𝑦 ≠ ∅
46 dif1o 8446 . . . . . . . . . . . 12 (suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o) ↔ (suc 𝑦𝐵 ∧ suc 𝑦 ≠ ∅))
4744, 45, 46sylanblrc 590 . . . . . . . . . . 11 ((Lim 𝐵𝑦𝐵) → suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o))
4847ex 413 . . . . . . . . . 10 (Lim 𝐵 → (𝑦𝐵 → suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o)))
4948ad2antlr 725 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝑦𝐵 → suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o)))
50 sssucid 6397 . . . . . . . . . . 11 𝑦 ⊆ suc 𝑦
51 ordelon 6341 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((Ord 𝐵𝑦𝐵) → 𝑦 ∈ On)
528, 51sylan 580 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((Lim 𝐵𝑦𝐵) → 𝑦 ∈ On)
53 onsuc 7746 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑦 ∈ On → suc 𝑦 ∈ On)
5452, 53jccir 522 . . . . . . . . . . . . . . 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 1118 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On) ∧ 𝐴 ∈ On) → (𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On))
5756ancoms 459 . . . . . . . . . . . . . . 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 468 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ 𝑦𝐵) → (𝑦 ∈ On ∧ suc 𝑦 ∈ On ∧ 𝐴 ∈ On))
60 oewordi 8538 . . . . . . . . . . . . 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 650 . . . . . . . . . . 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 413 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝑦𝐵 → (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦)))
6549, 64jcad 513 . . . . . . . 8 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝑦𝐵 → (suc 𝑦 ∈ (𝐵 ∖ 1o) ∧ (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦))))
66 oveq2 7365 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = suc 𝑦 → (𝐴o 𝑥) = (𝐴o suc 𝑦))
6766sseq2d 3976 . . . . . . . . 9 (𝑥 = suc 𝑦 → ((𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o 𝑥) ↔ (𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o suc 𝑦)))
6867rspcev 3581 . . . . . . . 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 3142 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → ∀𝑦𝐵𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑦) ⊆ (𝐴o 𝑥))
71 iunss2 5009 . . . . . 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 4091 . . . . . . . 8 (𝐵 ∖ 1o) ⊆ 𝐵
74 iunss1 4968 . . . . . . . 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 7365 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (𝐴o 𝑥) = (𝐴o 𝑦))
7776cbviunv 5000 . . . . . . 7 𝑥𝐵 (𝐴o 𝑥) = 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦)
7875, 77sseqtri 3980 . . . . . 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 3961 . . . 4 (((𝐴 ∈ On ∧ Lim 𝐵) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
8180adantlrl 718 . . 3 (((𝐴 ∈ On ∧ (𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵)) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → 𝑦𝐵 (𝐴o 𝑦) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
8242, 81eqtrd 2776 . 2 (((𝐴 ∈ On ∧ (𝐵𝐶 ∧ Lim 𝐵)) ∧ ∅ ∈ 𝐴) → (𝐴o 𝐵) = 𝑥 ∈ (𝐵 ∖ 1o)(𝐴o 𝑥))
8341, 82oe0lem 8459 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 396  w3a 1087   = wceq 1541  wcel 2106  wne 2943  wral 3064  wrex 3073  cdif 3907  wss 3910  c0 4282   ciun 4954  Ord word 6316  Oncon0 6317  Lim wlim 6318  suc csuc 6319  (class class class)co 7357  1oc1o 8405  o coe 8411
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-rep 5242  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pr 5384  ax-un 7672
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-ral 3065  df-rex 3074  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-iun 4956  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7803  df-2nd 7922  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-rdg 8356  df-1o 8412  df-2o 8413  df-oadd 8416  df-omul 8417  df-oexp 8418
This theorem is referenced by:  oelimcl  8547  oaabs2  8595  omabs  8597
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