Theorem ufinffr 23890

Description: An infinite subset is contained in a free ultrafilter. (Contributed by Jeff Hankins, 6-Dec-2009.) (Revised by Mario Carneiro, 4-Dec-2013.)

Assertion

Ref	Expression
ufinffr	⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)(𝐴 ∈ 𝑓 ∧ ∩ 𝑓 = ∅))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑓   𝐵,𝑓   𝑓,𝑋

Proof of Theorem ufinffr

Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ominf 9178	. . . . 5 ⊢ ¬ ω ∈ Fin
2		domfi 9127	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ Fin ∧ ω ≼ 𝐴) → ω ∈ Fin)
3	2	expcom 413	. . . . 5 ⊢ (ω ≼ 𝐴 → (𝐴 ∈ Fin → ω ∈ Fin))
4	1, 3	mtoi 199	. . . 4 ⊢ (ω ≼ 𝐴 → ¬ 𝐴 ∈ Fin)
5		cfinfil 23854	. . . 4 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ¬ 𝐴 ∈ Fin) → {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ∈ (Fil‘𝑋))
6	4, 5	syl3an3 1166	. . 3 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ∈ (Fil‘𝑋))
7		filssufil 23873	. . 3 ⊢ ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ∈ (Fil‘𝑋) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓)
8	6, 7	syl 17	. 2 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓)
9		difeq2 4074	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝐴 → (𝐴 ∖ 𝑥) = (𝐴 ∖ 𝐴))
10		difid 4330	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∖ 𝐴) = ∅
11	9, 10	eqtrdi 2788	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝐴 → (𝐴 ∖ 𝑥) = ∅)
12	11	eleq1d 2822	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝐴 → ((𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin ↔ ∅ ∈ Fin))
13		elpw2g 5282	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑋 ∈ 𝐵 → (𝐴 ∈ 𝒫 𝑋 ↔ 𝐴 ⊆ 𝑋))
14	13	biimpar 477	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋) → 𝐴 ∈ 𝒫 𝑋)
15	14	3adant3 1133	. . . . . 6 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → 𝐴 ∈ 𝒫 𝑋)
16		0fi 8993	. . . . . . 7 ⊢ ∅ ∈ Fin
17	16	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∅ ∈ Fin)
18	12, 15, 17	elrabd 3650	. . . . 5 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → 𝐴 ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin})
19		ssel 3929	. . . . 5 ⊢ ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → (𝐴 ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} → 𝐴 ∈ 𝑓))
20	18, 19	syl5com 31	. . . 4 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → 𝐴 ∈ 𝑓))
21		intss 4926	. . . . . 6 ⊢ ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → ∩ 𝑓 ⊆ ∩ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin})
22		neldifsn 4750	. . . . . . . . . 10 ⊢ ¬ 𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})
23		elinti 4913	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ∈ ∩ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} → ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} → 𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})))
24	22, 23	mtoi 199	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 ∈ ∩ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} → ¬ (𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin})
25		difeq2 4074	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝐴 ∖ {𝑦}) → (𝐴 ∖ 𝑥) = (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})))
26	25	eleq1d 2822	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = (𝐴 ∖ {𝑦}) → ((𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin ↔ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin))
27		simp2 1138	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → 𝐴 ⊆ 𝑋)
28	27	ssdifssd 4101	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ {𝑦}) ⊆ 𝑋)
29		elpw2g 5282	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑋 ∈ 𝐵 → ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋 ↔ (𝐴 ∖ {𝑦}) ⊆ 𝑋))
30	29	3ad2ant1 1134	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋 ↔ (𝐴 ∖ {𝑦}) ⊆ 𝑋))
31	28, 30	mpbird 257	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋)
32		snfi 8994	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ {𝑦} ∈ Fin
33		eldif 3913	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})))
34		eldif 3913	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦}) ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ {𝑦}))
35	34	notbii 320	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (¬ 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦}) ↔ ¬ (𝑥 ∈ 𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ {𝑦}))
36		iman 401	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐴 → 𝑥 ∈ {𝑦}) ↔ ¬ (𝑥 ∈ 𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ {𝑦}))
37	35, 36	bitr4i 278	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (¬ 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦}) ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 → 𝑥 ∈ {𝑦}))
38	37	anbi2i 624	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})) ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ∧ (𝑥 ∈ 𝐴 → 𝑥 ∈ {𝑦})))
39	33, 38	bitri 275	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ∧ (𝑥 ∈ 𝐴 → 𝑥 ∈ {𝑦})))
40		pm3.35 803	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐴 ∧ (𝑥 ∈ 𝐴 → 𝑥 ∈ {𝑦})) → 𝑥 ∈ {𝑦})
41	39, 40	sylbi 217	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) → 𝑥 ∈ {𝑦})
42	41	ssriv 3939	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ⊆ {𝑦}
43		ssfi 9111	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (({𝑦} ∈ Fin ∧ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ⊆ {𝑦}) → (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin)
44	32, 42, 43	mp2an 693	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin
45	44	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin)
46	26, 31, 45	elrabd 3650	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin})
47	24, 46	nsyl3 138	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ¬ 𝑦 ∈ ∩ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin})
48	47	eq0rdv 4361	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∩ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} = ∅)
49	48	sseq2d 3968	. . . . . 6 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (∩ 𝑓 ⊆ ∩ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ↔ ∩ 𝑓 ⊆ ∅))
50	21, 49	imbitrid 244	. . . . 5 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → ∩ 𝑓 ⊆ ∅))
51		ss0 4356	. . . . 5 ⊢ (∩ 𝑓 ⊆ ∅ → ∩ 𝑓 = ∅)
52	50, 51	syl6 35	. . . 4 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → ∩ 𝑓 = ∅))
53	20, 52	jcad 512	. . 3 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → (𝐴 ∈ 𝑓 ∧ ∩ 𝑓 = ∅)))
54	53	reximdv 3153	. 2 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴 ∖ 𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)(𝐴 ∈ 𝑓 ∧ ∩ 𝑓 = ∅)))
55	8, 54	mpd 15	1 ⊢ ((𝑋 ∈ 𝐵 ∧ 𝐴 ⊆ 𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)(𝐴 ∈ 𝑓 ∧ ∩ 𝑓 = ∅))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  ∃wrex 3062  {crab 3401   ∖ cdif 3900   ⊆ wss 3903  ∅c0 4287  𝒫 cpw 4556  {csn 4582  ∩ cint 4904   class class class wbr 5100  ‘cfv 6502  ωcom 7820   ≼ cdom 8895  Fincfn 8897  Filcfil 23806  UFilcufil 23860

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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5226  ax-sep 5245  ax-nul 5255  ax-pow 5314  ax-pr 5381  ax-un 7692  ax-ac2 10387

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3352  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-int 4905  df-iun 4950  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5529  df-eprel 5534  df-po 5542  df-so 5543  df-fr 5587  df-se 5588  df-we 5589  df-xp 5640  df-rel 5641  df-cnv 5642  df-co 5643  df-dm 5644  df-rn 5645  df-res 5646  df-ima 5647  df-pred 6269  df-ord 6330  df-on 6331  df-lim 6332  df-suc 6333  df-iota 6458  df-fun 6504  df-fn 6505  df-f 6506  df-f1 6507  df-fo 6508  df-f1o 6509  df-fv 6510  df-isom 6511  df-riota 7327  df-ov 7373  df-oprab 7374  df-mpo 7375  df-rpss 7680  df-om 7821  df-1st 7945  df-2nd 7946  df-frecs 8235  df-wrecs 8266  df-recs 8315  df-rdg 8353  df-1o 8409  df-2o 8410  df-oadd 8413  df-er 8647  df-en 8898  df-dom 8899  df-sdom 8900  df-fin 8901  df-fi 9328  df-dju 9827  df-card 9865  df-ac 10040  df-fbas 21323  df-fg 21324  df-fil 23807  df-ufil 23862

This theorem is referenced by: (None)