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

Theorem relexpcnv 15188
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 12608 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ0 ↔ (𝑁 ∈ ℕ ∨ 𝑁 = 0))
2 oveq2 7428 . . . . . . . 8 (𝑛 = 1 → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟1))
32cnveqd 5853 . . . . . . 7 (𝑛 = 1 → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = ◡(𝑅↑𝑟1))
4 oveq2 7428 . . . . . . 7 (𝑛 = 1 → (◡𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟1))
53, 4eqeq12d 2777 . . . . . 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 7428 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑚 → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟𝑚))
87cnveqd 5853 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = ◡(𝑅↑𝑟𝑚))
9 oveq2 7428 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → (◡𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑚))
108, 9eqeq12d 2777 . . . . . 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 7428 . . . . . . . 8 (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
1312cnveqd 5853 . . . . . . 7 (𝑛 = (𝑚 + 1) → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = ◡(𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
14 oveq2 7428 . . . . . . 7 (𝑛 = (𝑚 + 1) → (◡𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
1513, 14eqeq12d 2777 . . . . . 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 7428 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑁 → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟𝑁))
1817cnveqd 5853 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑁 → ◡(𝑅↑𝑟𝑛) = ◡(𝑅↑𝑟𝑁))
19 oveq2 7428 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑁 → (◡𝑅↑𝑟𝑛) = (◡𝑅↑𝑟𝑁))
2018, 19eqeq12d 2777 . . . . . 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 15179 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ 𝑉 → (𝑅↑𝑟1) = 𝑅)
2322cnveqd 5853 . . . . . 6 (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟1) = ◡𝑅)
24 cnvexg 7936 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡𝑅 ∈ V)
25 relexp1g 15179 . . . . . . 7 (◡𝑅 ∈ V → (◡𝑅↑𝑟1) = ◡𝑅)
2624, 25syl 18 . . . . . 6 (𝑅 ∈ 𝑉 → (◡𝑅↑𝑟1) = ◡𝑅)
2723, 26eqtr4d 2799 . . . . 5 (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟1) = (◡𝑅↑𝑟1))
28 cnvco 5867 . . . . . . . . 9 ◡((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = (◡𝑅 ∘ ◡(𝑅↑𝑟𝑚))
29 simp3 1156 . . . . . . . . . 10 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚))
3029coeq2d 5840 . . . . . . . . 9 ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑅 ∈ 𝑉 ∧ ◡(𝑅↑𝑟𝑚) = (◡𝑅↑𝑟𝑚)) → (◡𝑅 ∘ ◡(𝑅↑𝑟𝑚)) = (◡𝑅 ∘ (◡𝑅↑𝑟𝑚)))
3128, 30eqtrid 2808 . . . . . . . 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 15178 . . . . . . . . . 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 5853 . . . . . . . 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 15183 . . . . . . . . 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 2806 . . . . . . 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 12353 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑅 ∈ 𝑉 → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = (◡𝑅↑𝑟𝑁)))
44 cnvresid 6619 . . . . . . 7 ◡( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)) = ( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅))
45 uncom 4105 . . . . . . . . 9 (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅) = (ran 𝑅 ∪ dom 𝑅)
46 df-rn 5662 . . . . . . . . . 10 ran 𝑅 = dom ◡𝑅
47 dfdm4 5877 . . . . . . . . . 10 dom 𝑅 = ran ◡𝑅
4846, 47uneq12i 4113 . . . . . . . . 9 (ran 𝑅 ∪ dom 𝑅) = (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅)
4945, 48eqtri 2784 . . . . . . . 8 (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅) = (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅)
5049reseq2i 5967 . . . . . . 7 ( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)) = ( I ↾ (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅))
5144, 50eqtri 2784 . . . . . 6 ◡( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)) = ( I ↾ (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅))
52 oveq2 7428 . . . . . . . 8 (𝑁 = 0 → (𝑅↑𝑟𝑁) = (𝑅↑𝑟0))
53 relexp0g 15175 . . . . . . . 8 (𝑅 ∈ 𝑉 → (𝑅↑𝑟0) = ( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)))
5452, 53sylan9eq 2816 . . . . . . 7 ((𝑁 = 0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → (𝑅↑𝑟𝑁) = ( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)))
5554cnveqd 5853 . . . . . 6 ((𝑁 = 0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → ◡(𝑅↑𝑟𝑁) = ◡( I ↾ (dom 𝑅 ∪ ran 𝑅)))
56 oveq2 7428 . . . . . . . 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 15175 . . . . . . . 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 2796 . . . . . 6 ((𝑁 = 0 ∧ 𝑅 ∈ 𝑉) → (◡𝑅↑𝑟𝑁) = ( I ↾ (dom ◡𝑅 ∪ ran ◡𝑅)))
6251, 55, 613eqtr4a 2822 . . . . 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 2145  Vcvv 3451   ∪ cun 3897   I cid 5545  ◡ccnv 5650  dom cdm 5651  ran crn 5652   ↾ cres 5653   ∘ ccom 5655  (class class class)co 7420  0cc0 11200  1c1 11201   + caddc 11203  ℕcn 12335  ℕ0cn0 12606  ↑𝑟crelexp 15172
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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7751  ax-cnex 11256  ax-resscn 11257  ax-1cn 11258  ax-icn 11259  ax-addcl 11260  ax-addrcl 11261  ax-mulcl 11262  ax-mulrcl 11263  ax-mulcom 11264  ax-addass 11265  ax-mulass 11266  ax-distr 11267  ax-i2m1 11268  ax-1ne0 11269  ax-1rid 11270  ax-rnegex 11271  ax-rrecex 11272  ax-cnre 11273  ax-pre-lttri 11274  ax-pre-lttrn 11275  ax-pre-ltadd 11276  ax-pre-mulgt0 11277
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 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-2nd 8002  df-frecs 8299  df-wrecs 8330  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-er 8717  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-xr 11347  df-ltxr 11348  df-le 11349  df-sub 11543  df-neg 11544  df-nn 12336  df-n0 12607  df-z 12694  df-uz 12966  df-seq 14145  df-relexp 15173
This theorem is used by:  relexpcnvd  15189  relexpnnrn  15198  relexpaddg  15206  cnvtrclfv  44723
  Copyright terms: Public domain W3C validator