Users' Mathboxes Mathbox for Richard Penner < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  trclfvdecomr Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem trclfvdecomr 44687
Description: The transitive closure of a relation may be decomposed into a union of the relation and the composition of the relation with its transitive closure. (Contributed by RP, 18-Jul-2020.)
Assertion
Ref Expression
trclfvdecomr (𝑅 ∈ 𝑉 → (t+‘𝑅) = (𝑅 ∪ ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅)))

Proof of Theorem trclfvdecomr
Dummy variables 𝑚 𝑛 𝑟 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elex 3472 . . 3 (𝑅 ∈ 𝑉 → 𝑅 ∈ V)
2 oveq1 7419 . . . . 5 (𝑟 = 𝑅 → (𝑟↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟𝑛))
32iuneq2d 4981 . . . 4 (𝑟 = 𝑅 → ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑟↑𝑟𝑛) = ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛))
4 dftrcl3 44679 . . . 4 t+ = (𝑟 ∈ V ↦ ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑟↑𝑟𝑛))
5 nnex 12322 . . . . 5 ℕ ∈ V
6 ovex 7445 . . . . 5 (𝑅↑𝑟𝑛) ∈ V
75, 6iunex 7969 . . . 4 ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛) ∈ V
83, 4, 7fvmpt 6985 . . 3 (𝑅 ∈ V → (t+‘𝑅) = ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛))
91, 8syl 18 . 2 (𝑅 ∈ 𝑉 → (t+‘𝑅) = ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛))
10 nnuz 12985 . . . . . 6 ℕ = (ℤ≥‘1)
11 2eluzge1 12990 . . . . . . 7 2 ∈ (ℤ≥‘1)
12 uzsplit 13710 . . . . . . 7 (2 ∈ (ℤ≥‘1) → (ℤ≥‘1) = ((1...(2 − 1)) ∪ (ℤ≥‘2)))
1311, 12ax-mp 5 . . . . . 6 (ℤ≥‘1) = ((1...(2 − 1)) ∪ (ℤ≥‘2))
14 2m1e1 12448 . . . . . . . . 9 (2 − 1) = 1
1514oveq2i 7423 . . . . . . . 8 (1...(2 − 1)) = (1...1)
16 1z 12707 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℤ
17 fzsn 13680 . . . . . . . . 9 (1 ∈ ℤ → (1...1) = {1})
1816, 17ax-mp 5 . . . . . . . 8 (1...1) = {1}
1915, 18eqtri 2784 . . . . . . 7 (1...(2 − 1)) = {1}
2019uneq1i 4111 . . . . . 6 ((1...(2 − 1)) ∪ (ℤ≥‘2)) = ({1} ∪ (ℤ≥‘2))
2110, 13, 203eqtri 2788 . . . . 5 ℕ = ({1} ∪ (ℤ≥‘2))
22 iuneq1 4968 . . . . 5 (ℕ = ({1} ∪ (ℤ≥‘2)) → ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛) = ∪ 𝑛 ∈ ({1} ∪ (ℤ≥‘2))(𝑅↑𝑟𝑛))
2321, 22ax-mp 5 . . . 4 ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛) = ∪ 𝑛 ∈ ({1} ∪ (ℤ≥‘2))(𝑅↑𝑟𝑛)
24 iunxun 5054 . . . 4 ∪ 𝑛 ∈ ({1} ∪ (ℤ≥‘2))(𝑅↑𝑟𝑛) = (∪ 𝑛 ∈ {1} (𝑅↑𝑟𝑛) ∪ ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
25 1ex 11284 . . . . . 6 1 ∈ V
26 oveq2 7420 . . . . . 6 (𝑛 = 1 → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟1))
2725, 26iunxsn 5051 . . . . 5 ∪ 𝑛 ∈ {1} (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟1)
2827uneq1i 4111 . . . 4 (∪ 𝑛 ∈ {1} (𝑅↑𝑟𝑛) ∪ ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛)) = ((𝑅↑𝑟1) ∪ ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
2923, 24, 283eqtri 2788 . . 3 ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛) = ((𝑅↑𝑟1) ∪ ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
30 relexp1g 15159 . . . 4 (𝑅 ∈ 𝑉 → (𝑅↑𝑟1) = 𝑅)
31 oveq1 7419 . . . . . . . . . 10 (𝑟 = 𝑅 → (𝑟↑𝑟𝑚) = (𝑅↑𝑟𝑚))
3231iuneq2d 4981 . . . . . . . . 9 (𝑟 = 𝑅 → ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑟↑𝑟𝑚) = ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚))
33 dftrcl3 44679 . . . . . . . . 9 t+ = (𝑟 ∈ V ↦ ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑟↑𝑟𝑚))
34 ovex 7445 . . . . . . . . . 10 (𝑅↑𝑟𝑚) ∈ V
355, 34iunex 7969 . . . . . . . . 9 ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚) ∈ V
3632, 33, 35fvmpt 6985 . . . . . . . 8 (𝑅 ∈ V → (t+‘𝑅) = ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚))
371, 36syl 18 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ 𝑉 → (t+‘𝑅) = ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚))
3837coeq1d 5839 . . . . . 6 (𝑅 ∈ 𝑉 → ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅) = (∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅))
39 coiun1 44611 . . . . . . 7 (∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = ∪ 𝑚 ∈ ℕ ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅)
40 uz2m1nn 13031 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝑛 − 1) ∈ ℕ)
4140adantl 487 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝑛 − 1) ∈ ℕ)
42 eluzp1p1 12974 . . . . . . . . . . 11 (𝑚 ∈ (ℤ≥‘1) → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ≥‘(1 + 1)))
4342, 10eleq2s 2879 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ≥‘(1 + 1)))
44 1p1e2 12447 . . . . . . . . . . 11 (1 + 1) = 2
4544fveq2i 6880 . . . . . . . . . 10 (ℤ≥‘(1 + 1)) = (ℤ≥‘2)
4643, 45eleqtrdi 2871 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ≥‘2))
4746adantl 487 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ≥‘2))
48 oveq2 7420 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = (𝑛 − 1) → (𝑅↑𝑟𝑚) = (𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)))
4948coeq1d 5839 . . . . . . . . 9 (𝑚 = (𝑛 − 1) → ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = ((𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅))
50493ad2ant3 1153 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑚 = (𝑛 − 1)) → ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = ((𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅))
51 oveq2 7420 . . . . . . . . 9 (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
52513ad2ant3 1153 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = (𝑚 + 1)) → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
53 relexpsucnnr 15158 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅))
5453eqcomd 2767 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = (𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
55 relexpsucnnr 15158 . . . . . . . . . 10 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ (𝑛 − 1) ∈ ℕ) → (𝑅↑𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = ((𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅))
5640, 55sylan2 605 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝑅↑𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = ((𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅))
57 eluzelcn 12958 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑛 ∈ ℂ)
58 npcan1 11722 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℂ → ((𝑛 − 1) + 1) = 𝑛)
59 oveq2 7420 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑛 − 1) + 1) = 𝑛 → (𝑅↑𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = (𝑅↑𝑟𝑛))
6057, 58, 593syl 19 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝑅↑𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = (𝑅↑𝑟𝑛))
6160eqeq1d 2763 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ (ℤ≥‘2) → ((𝑅↑𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = ((𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅) ↔ (𝑅↑𝑟𝑛) = ((𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅)))
6261adantl 487 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝑅↑𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = ((𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅) ↔ (𝑅↑𝑟𝑛) = ((𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅)))
6356, 62mpbid 235 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝑅↑𝑟𝑛) = ((𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅))
6441, 47, 50, 52, 54, 63cbviuneq12dv 44621 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ 𝑉 → ∪ 𝑚 ∈ ℕ ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
6539, 64eqtrid 2808 . . . . . 6 (𝑅 ∈ 𝑉 → (∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
6638, 65eqtrd 2796 . . . . 5 (𝑅 ∈ 𝑉 → ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅) = ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
6766eqcomd 2767 . . . 4 (𝑅 ∈ 𝑉 → ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛) = ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅))
6830, 67uneq12d 4116 . . 3 (𝑅 ∈ 𝑉 → ((𝑅↑𝑟1) ∪ ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛)) = (𝑅 ∪ ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅)))
6929, 68eqtrid 2808 . 2 (𝑅 ∈ 𝑉 → ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅 ∪ ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅)))
709, 69eqtrd 2796 1 (𝑅 ∈ 𝑉 → (t+‘𝑅) = (𝑅 ∪ ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅)))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  Vcvv 3451   ∪ cun 3897  {csn 4584  ∪ ciun 4951   ∘ ccom 5655  ‘cfv 6531  (class class class)co 7412  ℂcc 11179  1c1 11182   + caddc 11184   − cmin 11522  ℕcn 12316  2c2 12378  ℤcz 12674  ℤ≥cuz 12946  ...cfz 13620  t+ctcl 15118  ↑𝑟crelexp 15152
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-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7740  ax-cnex 11237  ax-resscn 11238  ax-1cn 11239  ax-icn 11240  ax-addcl 11241  ax-addrcl 11242  ax-mulcl 11243  ax-mulrcl 11244  ax-mulcom 11245  ax-addass 11246  ax-mulass 11247  ax-distr 11248  ax-i2m1 11249  ax-1ne0 11250  ax-1rid 11251  ax-rnegex 11252  ax-rrecex 11253  ax-cnre 11254  ax-pre-lttri 11255  ax-pre-lttrn 11256  ax-pre-ltadd 11257  ax-pre-mulgt0 11258
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-int 4908  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 6297  df-ord 6358  df-on 6359  df-lim 6360  df-suc 6361  df-iota 6487  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-er 8701  df-en 8958  df-dom 8959  df-sdom 8960  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11524  df-neg 11525  df-nn 12317  df-2 12386  df-n0 12588  df-z 12675  df-uz 12947  df-fz 13621  df-seq 14125  df-trcl 15120  df-relexp 15153
This theorem is used by:  trclfvdecoml  44688  dmtrclfvRP  44689  frege124d  44720  frege131d  44723
  Copyright terms: Public domain W3C validator