MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  relexpcnv Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem relexpcnv 15231
Description: Commutation of converse and relation exponentiation. (Contributed by RP, 23-May-2020.)
Assertion
Ref Expression
relexpcnv ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟𝑁))

Proof of Theorem relexpcnv
Dummy variables 𝑛 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elnn0 12648 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ0 ↔ (𝑁 ∈ ℕ ∨ 𝑁 = 0))
2 oveq2 7459 . . . . . . . 8 (𝑛 = 1 → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟1))
32cnveqd 5865 . . . . . . 7 (𝑛 = 1 → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = ◡(𝑅↑𝑟1))
4 oveq2 7459 . . . . . . 7 (𝑛 = 1 → (◡𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟1))
53, 4eqeq12d 2779 . . . . . 6 (𝑛 = 1 → (◡(𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑛) ↔ ◡(𝑅↑𝑟1) = (◡𝑅↑𝑟1)))
65imbi2d 343 . . . . 5 (𝑛 = 1 → ((𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑛)) ↔ (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟1) = (◡𝑅↑𝑟1))))
7 oveq2 7459 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚 → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟𝑚))
87cnveqd 5865 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = ◡(𝑅↑𝑟𝑚))
9 oveq2 7459 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → (◡𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑚))
108, 9eqeq12d 2779 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑚 → (◡(𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑛) ↔ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)))
1110imbi2d 343 . . . . 5 (𝑛 = 𝑚 → ((𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑛)) ↔ (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚))))
12 oveq2 7459 . . . . . . . 8 (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
1312cnveqd 5865 . . . . . . 7 (𝑛 = (𝑚 + 1) → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = ◡(𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
14 oveq2 7459 . . . . . . 7 (𝑛 = (𝑚 + 1) → (◡𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
1513, 14eqeq12d 2779 . . . . . 6 (𝑛 = (𝑚 + 1) → (◡(𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑛) ↔ ◡(𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = (◡𝑅↑𝑟(𝑚 + 1))))
1615imbi2d 343 . . . . 5 (𝑛 = (𝑚 + 1) → ((𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑛)) ↔ (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = (◡𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))))
17 oveq2 7459 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑁 → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟𝑁))
1817cnveqd 5865 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑁 → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = ◡(𝑅↑𝑟𝑁))
19 oveq2 7459 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑁 → (◡𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑁))
2018, 19eqeq12d 2779 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑁 → (◡(𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑛) ↔ ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟𝑁)))
2120imbi2d 343 . . . . 5 (𝑛 = 𝑁 → ((𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑛)) ↔ (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟𝑁))))
22 relexp1g 15222 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ 𝑉 → (𝑅↑𝑟1) = 𝑅)
2322cnveqd 5865 . . . . . 6 (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟1) = ◡𝑅)
24 cnvexg 7970 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡𝑅 ∈ V)
25 relexp1g 15222 . . . . . . 7 (◡𝑅 ∈ V → (◡𝑅↑𝑟1) = ◡𝑅)
2624, 25syl 18 . . . . . 6 (𝑅 ∈ 𝑉 → (◡𝑅↑𝑟1) = ◡𝑅)
2723, 26eqtr4d 2801 . . . . 5 (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟1) = (◡𝑅↑𝑟1))
28 cnvco 5879 . . . . . . . . 9 ◡((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = (◡𝑅 ∘ ◡(𝑅↑𝑟𝑚))
29 simp3 1156 . . . . . . . . . 10 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚))
3029coeq2d 5851 . . . . . . . . 9 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → (◡𝑅 ∘ ◡(𝑅↑𝑟𝑚)) = (◡𝑅 ∘ (◡𝑅↑𝑟𝑚)))
3128, 30eqtrid 2810 . . . . . . . 8 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → ◡((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = (◡𝑅 ∘ (◡𝑅↑𝑟𝑚)))
32 simp2 1155 . . . . . . . . . 10 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → 𝑅 ∈ 𝑉)
33 simp1 1154 . . . . . . . . . 10 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → 𝑚 ∈ ℕ)
34 relexpsucnnr 15221 . . . . . . . . . 10 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅))
3532, 33, 34syl2anc 596 . . . . . . . . 9 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → (𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅))
3635cnveqd 5865 . . . . . . . 8 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → ◡(𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = ◡((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅))
3732, 24syl 18 . . . . . . . . 9 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → ◡𝑅 ∈ V)
38 relexpsucnnl 15226 . . . . . . . . 9 ((◡𝑅 ∈ V ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (◡𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = (◡𝑅 ∘ (◡𝑅↑𝑟𝑚)))
3937, 33, 38syl2anc 596 . . . . . . . 8 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → (◡𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = (◡𝑅 ∘ (◡𝑅↑𝑟𝑚)))
4031, 36, 393eqtr4d 2808 . . . . . . 7 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → ◡(𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = (◡𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
41403exp 1137 . . . . . 6 (𝑚 ∈ ℕ → (𝑅 ∈ 𝑉 → (◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚) → ◡(𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = (◡𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))))
4241a2d 30 . . . . 5 (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = (◡𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))))
436, 11, 16, 21, 27, 42nnind 12393 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟𝑁)))
44 cnvresid 6287 . . . . . . 7 ◡( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)) = ( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅))
45 uncom 4160 . . . . . . . . 9 (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅) = (ran 𝑅 ∪ dom 𝑅)
46 df-rn 5669 . . . . . . . . . 10 ran 𝑅 = dom ◡𝑅
47 dfdm4 5889 . . . . . . . . . 10 dom 𝑅 = ran ◡𝑅
4846, 47uneq12i 4168 . . . . . . . . 9 (ran 𝑅 ∪ dom 𝑅) = (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅)
4945, 48eqtri 2786 . . . . . . . 8 (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅) = (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅)
5049reseq2i 5983 . . . . . . 7 ( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)) = ( I ↾ (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅))
5144, 50eqtri 2786 . . . . . 6 ◡( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)) = ( I ↾ (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅))
52 oveq2 7459 . . . . . . . 8 (𝑁 = 0 → (𝑅↑𝑟𝑁) = (𝑅↑𝑟0))
53 relexp0g 15218 . . . . . . . 8 (𝑅 ∈ 𝑉 → (𝑅↑𝑟0) = ( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)))
5452, 53sylan9eq 2818 . . . . . . 7 ((𝑁 = 0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → (𝑅↑𝑟𝑁) = ( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)))
5554cnveqd 5865 . . . . . 6 ((𝑁 = 0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = ◡( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)))
56 oveq2 7459 . . . . . . . 8 (𝑁 = 0 → (◡𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟0))
5756adantr 486 . . . . . . 7 ((𝑁 = 0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → (◡𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟0))
58 simpr 490 . . . . . . . 8 ((𝑁 = 0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → 𝑅 ∈ 𝑉)
59 relexp0g 15218 . . . . . . . 8 (◡𝑅 ∈ V → (◡𝑅↑𝑟0) = ( I ↾ (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅)))
6058, 24, 593syl 19 . . . . . . 7 ((𝑁 = 0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → (◡𝑅↑𝑟0) = ( I ↾ (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅)))
6157, 60eqtrd 2798 . . . . . 6 ((𝑁 = 0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → (◡𝑅↑𝑟𝑁) = ( I ↾ (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅)))
6251, 55, 613eqtr4a 2824 . . . . 5 ((𝑁 = 0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟𝑁))
6362ex 418 . . . 4 (𝑁 = 0 → (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟𝑁)))
6443, 63jaoi 871 . . 3 ((𝑁 ∈ ℕ ∨ 𝑁 = 0) → (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟𝑁)))
651, 64sylbi 220 . 2 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟𝑁)))
6665imp 412 1 ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟𝑁))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   ∨ wo 861   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  Vcvv 3454   ∪ cun 4152   I cid 5552  ◡ccnv 5657  dom cdm 5658  ran crn 5659   ↾ cres 5660   ∘ ccom 5662  (class class class)co 7451  0cc0 11239  1c1 11240   + caddc 11242  ℕcn 12375  ℕ0cn0 12646  ↑𝑟crelexp 15215
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4841  df-uni 4873  df-iun 4958  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-2nd 8036  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-er 8755  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-nn 12376  df-n0 12647  df-z 12734  df-uz 13006  df-seq 14185  df-relexp 15216
This theorem is used by:  relexpcnvd  15232  relexpnnrn  15241  relexpaddg  15249  cnvtrclfv  44985
  Copyright terms: Public domain W3C validator