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

Theorem ufinffr 21953
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 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)(𝐴𝑓 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.
StepHypRef Expression
1 ominf 8328 . . . . 5 ¬ ω ∈ Fin
2 domfi 8337 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ Fin ∧ ω ≼ 𝐴) → ω ∈ Fin)
32expcom 398 . . . . 5 (ω ≼ 𝐴 → (𝐴 ∈ Fin → ω ∈ Fin))
41, 3mtoi 190 . . . 4 (ω ≼ 𝐴 → ¬ 𝐴 ∈ Fin)
5 cfinfil 21917 . . . 4 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ¬ 𝐴 ∈ Fin) → {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ∈ (Fil‘𝑋))
64, 5syl3an3 1169 . . 3 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ∈ (Fil‘𝑋))
7 filssufil 21936 . . 3 ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ∈ (Fil‘𝑋) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓)
86, 7syl 17 . 2 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓)
9 elpw2g 4958 . . . . . . . 8 (𝑋𝐵 → (𝐴 ∈ 𝒫 𝑋𝐴𝑋))
109biimpar 463 . . . . . . 7 ((𝑋𝐵𝐴𝑋) → 𝐴 ∈ 𝒫 𝑋)
11103adant3 1126 . . . . . 6 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → 𝐴 ∈ 𝒫 𝑋)
12 0fin 8344 . . . . . . 7 ∅ ∈ Fin
1312a1i 11 . . . . . 6 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∅ ∈ Fin)
14 difeq2 3873 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝐴 → (𝐴𝑥) = (𝐴𝐴))
15 difid 4095 . . . . . . . . 9 (𝐴𝐴) = ∅
1614, 15syl6eq 2821 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝐴 → (𝐴𝑥) = ∅)
1716eleq1d 2835 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝐴 → ((𝐴𝑥) ∈ Fin ↔ ∅ ∈ Fin))
1817elrab 3515 . . . . . 6 (𝐴 ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ↔ (𝐴 ∈ 𝒫 𝑋 ∧ ∅ ∈ Fin))
1911, 13, 18sylanbrc 572 . . . . 5 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → 𝐴 ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin})
20 ssel 3746 . . . . 5 ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → (𝐴 ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} → 𝐴𝑓))
2119, 20syl5com 31 . . . 4 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓𝐴𝑓))
22 intss 4632 . . . . . 6 ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 𝑓 {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin})
23 neldifsn 4458 . . . . . . . . . 10 ¬ 𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})
24 elinti 4620 . . . . . . . . . 10 (𝑦 {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} → ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} → 𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})))
2523, 24mtoi 190 . . . . . . . . 9 (𝑦 {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} → ¬ (𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin})
26 simp2 1131 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → 𝐴𝑋)
2726ssdifssd 3899 . . . . . . . . . . 11 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ {𝑦}) ⊆ 𝑋)
28 elpw2g 4958 . . . . . . . . . . . 12 (𝑋𝐵 → ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋 ↔ (𝐴 ∖ {𝑦}) ⊆ 𝑋))
29283ad2ant1 1127 . . . . . . . . . . 11 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋 ↔ (𝐴 ∖ {𝑦}) ⊆ 𝑋))
3027, 29mpbird 247 . . . . . . . . . 10 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋)
31 snfi 8194 . . . . . . . . . . . 12 {𝑦} ∈ Fin
32 eldif 3733 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ↔ (𝑥𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})))
33 eldif 3733 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦}) ↔ (𝑥𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ {𝑦}))
3433notbii 309 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦}) ↔ ¬ (𝑥𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ {𝑦}))
35 iman 388 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑥𝐴𝑥 ∈ {𝑦}) ↔ ¬ (𝑥𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ {𝑦}))
3634, 35bitr4i 267 . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦}) ↔ (𝑥𝐴𝑥 ∈ {𝑦}))
3736anbi2i 609 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})) ↔ (𝑥𝐴 ∧ (𝑥𝐴𝑥 ∈ {𝑦})))
3832, 37bitri 264 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ↔ (𝑥𝐴 ∧ (𝑥𝐴𝑥 ∈ {𝑦})))
39 pm3.35 804 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥𝐴 ∧ (𝑥𝐴𝑥 ∈ {𝑦})) → 𝑥 ∈ {𝑦})
4038, 39sylbi 207 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) → 𝑥 ∈ {𝑦})
4140ssriv 3756 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ⊆ {𝑦}
42 ssfi 8336 . . . . . . . . . . . 12 (({𝑦} ∈ Fin ∧ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ⊆ {𝑦}) → (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin)
4331, 41, 42mp2an 672 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin
4443a1i 11 . . . . . . . . . 10 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin)
45 difeq2 3873 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = (𝐴 ∖ {𝑦}) → (𝐴𝑥) = (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})))
4645eleq1d 2835 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = (𝐴 ∖ {𝑦}) → ((𝐴𝑥) ∈ Fin ↔ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin))
4746elrab 3515 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ↔ ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋 ∧ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin))
4830, 44, 47sylanbrc 572 . . . . . . . . 9 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin})
4925, 48nsyl3 135 . . . . . . . 8 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ¬ 𝑦 {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin})
5049eq0rdv 4123 . . . . . . 7 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} = ∅)
5150sseq2d 3782 . . . . . 6 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ( 𝑓 {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ↔ 𝑓 ⊆ ∅))
5222, 51syl5ib 234 . . . . 5 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 𝑓 ⊆ ∅))
53 ss0 4118 . . . . 5 ( 𝑓 ⊆ ∅ → 𝑓 = ∅)
5452, 53syl6 35 . . . 4 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 𝑓 = ∅))
5521, 54jcad 502 . . 3 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → (𝐴𝑓 𝑓 = ∅)))
5655reximdv 3164 . 2 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)(𝐴𝑓 𝑓 = ∅)))
578, 56mpd 15 1 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)(𝐴𝑓 𝑓 = ∅))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 382  w3a 1071   = wceq 1631  wcel 2145  wrex 3062  {crab 3065  cdif 3720  wss 3723  c0 4063  𝒫 cpw 4297  {csn 4316   cint 4611   class class class wbr 4786  cfv 6031  ωcom 7212  cdom 8107  Fincfn 8109  Filcfil 21869  UFilcufil 21923
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-rep 4904  ax-sep 4915  ax-nul 4923  ax-pow 4974  ax-pr 5034  ax-un 7096  ax-ac2 9487
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-csb 3683  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-pss 3739  df-nul 4064  df-if 4226  df-pw 4299  df-sn 4317  df-pr 4319  df-tp 4321  df-op 4323  df-uni 4575  df-int 4612  df-iun 4656  df-br 4787  df-opab 4847  df-mpt 4864  df-tr 4887  df-id 5157  df-eprel 5162  df-po 5170  df-so 5171  df-fr 5208  df-se 5209  df-we 5210  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-pred 5823  df-ord 5869  df-on 5870  df-lim 5871  df-suc 5872  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-isom 6040  df-riota 6754  df-ov 6796  df-oprab 6797  df-mpt2 6798  df-rpss 7084  df-om 7213  df-wrecs 7559  df-recs 7621  df-rdg 7659  df-1o 7713  df-oadd 7717  df-er 7896  df-en 8110  df-dom 8111  df-sdom 8112  df-fin 8113  df-fi 8473  df-card 8965  df-ac 9139  df-cda 9192  df-fbas 19958  df-fg 19959  df-fil 21870  df-ufil 21925
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator