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 44821
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 3471 . . 3 (𝑅 ∈ 𝑉 → 𝑅 ∈ V)
2 oveq1 7427 . . . . 5 (𝑟 = 𝑅 → (𝑟↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟𝑛))
32iuneq2d 4980 . . . 4 (𝑟 = 𝑅 → ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑟↑𝑟𝑛) = ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛))
4 dftrcl3 44813 . . . 4 t+ = (𝑟 ∈ V ↦ ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑟↑𝑟𝑛))
5 nnex 12344 . . . . 5 ℕ ∈ V
6 ovex 7453 . . . . 5 (𝑅↑𝑟𝑛) ∈ V
75, 6iunex 7980 . . . 4 ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛) ∈ V
83, 4, 7fvmpt 6993 . . 3 (𝑅 ∈ V → (t+‘𝑅) = ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛))
91, 8syl 18 . 2 (𝑅 ∈ 𝑉 → (t+‘𝑅) = ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛))
10 nnuz 13007 . . . . . 6 ℕ = (ℤ≥‘1)
11 2eluzge1 13012 . . . . . . 7 2 ∈ (ℤ≥‘1)
12 uzsplit 13733 . . . . . . 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 12470 . . . . . . . . 9 (2 − 1) = 1
1514oveq2i 7431 . . . . . . . 8 (1...(2 − 1)) = (1...1)
16 1z 12729 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℤ
17 fzsn 13703 . . . . . . . . 9 (1 ∈ ℤ → (1...1) = {1})
1816, 17ax-mp 5 . . . . . . . 8 (1...1) = {1}
1915, 18eqtri 2783 . . . . . . 7 (1...(2 − 1)) = {1}
2019uneq1i 4163 . . . . . 6 ((1...(2 − 1)) ∪ (ℤ≥‘2)) = ({1} ∪ (ℤ≥‘2))
2110, 13, 203eqtri 2787 . . . . 5 ℕ = ({1} ∪ (ℤ≥‘2))
22 iuneq1 4967 . . . . 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 5053 . . . 4 ∪ 𝑛 ∈ ({1} ∪ (ℤ≥‘2))(𝑅↑𝑟𝑛) = (∪ 𝑛 ∈ {1} (𝑅↑𝑟𝑛) ∪ ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
25 1ex 11306 . . . . . 6 1 ∈ V
26 oveq2 7428 . . . . . 6 (𝑛 = 1 → (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟1))
2725, 26iunxsn 5050 . . . . 5 ∪ 𝑛 ∈ {1} (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅↑𝑟1)
2827uneq1i 4163 . . . 4 (∪ 𝑛 ∈ {1} (𝑅↑𝑟𝑛) ∪ ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛)) = ((𝑅↑𝑟1) ∪ ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
2923, 24, 283eqtri 2787 . . 3 ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛) = ((𝑅↑𝑟1) ∪ ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
30 relexp1g 15184 . . . 4 (𝑅 ∈ 𝑉 → (𝑅↑𝑟1) = 𝑅)
31 oveq1 7427 . . . . . . . . . 10 (𝑟 = 𝑅 → (𝑟↑𝑟𝑚) = (𝑅↑𝑟𝑚))
3231iuneq2d 4980 . . . . . . . . 9 (𝑟 = 𝑅 → ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑟↑𝑟𝑚) = ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚))
33 dftrcl3 44813 . . . . . . . . 9 t+ = (𝑟 ∈ V ↦ ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑟↑𝑟𝑚))
34 ovex 7453 . . . . . . . . . 10 (𝑅↑𝑟𝑚) ∈ V
355, 34iunex 7980 . . . . . . . . 9 ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚) ∈ V
3632, 33, 35fvmpt 6993 . . . . . . . 8 (𝑅 ∈ V → (t+‘𝑅) = ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚))
371, 36syl 18 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ 𝑉 → (t+‘𝑅) = ∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚))
3837coeq1d 5838 . . . . . 6 (𝑅 ∈ 𝑉 → ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅) = (∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅))
39 coiun1 44745 . . . . . . 7 (∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = ∪ 𝑚 ∈ ℕ ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅)
40 uz2m1nn 13053 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝑛 − 1) ∈ ℕ)
4140adantl 487 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝑛 − 1) ∈ ℕ)
42 eluzp1p1 12996 . . . . . . . . . . 11 (𝑚 ∈ (ℤ≥‘1) → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ≥‘(1 + 1)))
4342, 10eleq2s 2878 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ≥‘(1 + 1)))
44 1p1e2 12469 . . . . . . . . . . 11 (1 + 1) = 2
4544fveq2i 6888 . . . . . . . . . 10 (ℤ≥‘(1 + 1)) = (ℤ≥‘2)
4643, 45eleqtrdi 2870 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ≥‘2))
4746adantl 487 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ≥‘2))
48 oveq2 7428 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = (𝑛 − 1) → (𝑅↑𝑟𝑚) = (𝑅↑𝑟(𝑛 − 1)))
4948coeq1d 5838 . . . . . . . . 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 7428 . . . . . . . . 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 15183 . . . . . . . . 9 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)) = ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅))
5453eqcomd 2766 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ 𝑉 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = (𝑅↑𝑟(𝑚 + 1)))
55 relexpsucnnr 15183 . . . . . . . . . 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 12980 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑛 ∈ ℂ)
58 npcan1 11744 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℂ → ((𝑛 − 1) + 1) = 𝑛)
59 oveq2 7428 . . . . . . . . . . . 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 2762 . . . . . . . . . 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 44755 . . . . . . 7 (𝑅 ∈ 𝑉 → ∪ 𝑚 ∈ ℕ ((𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
6539, 64eqtrid 2807 . . . . . 6 (𝑅 ∈ 𝑉 → (∪ 𝑚 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
6638, 65eqtrd 2795 . . . . 5 (𝑅 ∈ 𝑉 → ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅) = ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛))
6766eqcomd 2766 . . . 4 (𝑅 ∈ 𝑉 → ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛) = ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅))
6830, 67uneq12d 4168 . . 3 (𝑅 ∈ 𝑉 → ((𝑅↑𝑟1) ∪ ∪ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘2)(𝑅↑𝑟𝑛)) = (𝑅 ∪ ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅)))
6929, 68eqtrid 2807 . 2 (𝑅 ∈ 𝑉 → ∪ 𝑛 ∈ ℕ (𝑅↑𝑟𝑛) = (𝑅 ∪ ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅)))
709, 69eqtrd 2795 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 1569   ∈ wcel 2144  Vcvv 3450   ∪ cun 4149  {csn 4584  ∪ ciun 4950   ∘ ccom 5654  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11201  1c1 11204   + caddc 11206   − cmin 11544  ℕcn 12338  2c2 12400  ℤcz 12696  ℤ≥cuz 12968  ...cfz 13642  t+ctcl 15143  ↑𝑟crelexp 15177
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-cnex 11259  ax-resscn 11260  ax-1cn 11261  ax-icn 11262  ax-addcl 11263  ax-addrcl 11264  ax-mulcl 11265  ax-mulrcl 11266  ax-mulcom 11267  ax-addass 11268  ax-mulass 11269  ax-distr 11270  ax-i2m1 11271  ax-1ne0 11272  ax-1rid 11273  ax-rnegex 11274  ax-rrecex 11275  ax-cnre 11276  ax-pre-lttri 11277  ax-pre-lttrn 11278  ax-pre-ltadd 11279  ax-pre-mulgt0 11280
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  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-1st 8001  df-2nd 8002  df-frecs 8302  df-wrecs 8333  df-recs 8382  df-rdg 8421  df-er 8720  df-en 8977  df-dom 8978  df-sdom 8979  df-pnf 11348  df-mnf 11349  df-xr 11350  df-ltxr 11351  df-le 11352  df-sub 11546  df-neg 11547  df-nn 12339  df-2 12408  df-n0 12610  df-z 12697  df-uz 12969  df-fz 13643  df-seq 14148  df-trcl 15145  df-relexp 15178
This theorem is used by:  trclfvdecoml  44822  dmtrclfvRP  44823  frege124d  44854  frege131d  44857
  Copyright terms: Public domain W3C validator