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Theorem alephsing

Description: The cofinality of a limit aleph is the same as the cofinality of its argument, so if ( alephA ) < A , then ( alephA ) is singular. Conversely, if ( alephA ) is regular (i.e. weakly inaccessible), then ( alephA ) = A , so A has to be rather large (see alephfp ). Proposition 11.13 of TakeutiZaring p. 103. (Contributed by Mario Carneiro, 9-Mar-2013)

Ref Expression
Assertion alephsing ⊢ Lim ⁡ A → cf ⁡ ℵ ⁡ A = cf ⁡ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 alephfnon ⊢ ℵ Fn On
2 fnfun ⊢ ℵ Fn On → Fun ⁡ ℵ
3 1 2 ax-mp ⊢ Fun ⁡ ℵ
4 simpl ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → A ∈ V
5 resfunexg ⊢ Fun ⁡ ℵ ∧ A ∈ V → ℵ ↾ A ∈ V
6 3 4 5 sylancr ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → ℵ ↾ A ∈ V
7 limelon ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → A ∈ On
8 onss ⊢ A ∈ On → A ⊆ On
9 7 8 syl ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → A ⊆ On
10 fnssres ⊢ ℵ Fn On ∧ A ⊆ On → ℵ ↾ A Fn A
11 1 9 10 sylancr ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → ℵ ↾ A Fn A
12 fvres ⊢ y ∈ A → ℵ ↾ A ⁡ y = ℵ ⁡ y
13 12 adantl ⊢ A ∈ On ∧ y ∈ A → ℵ ↾ A ⁡ y = ℵ ⁡ y
14 alephord2i ⊢ A ∈ On → y ∈ A → ℵ ⁡ y ∈ ℵ ⁡ A
15 14 imp ⊢ A ∈ On ∧ y ∈ A → ℵ ⁡ y ∈ ℵ ⁡ A
16 13 15 eqeltrd ⊢ A ∈ On ∧ y ∈ A → ℵ ↾ A ⁡ y ∈ ℵ ⁡ A
17 7 16 sylan ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A ∧ y ∈ A → ℵ ↾ A ⁡ y ∈ ℵ ⁡ A
18 17 ralrimiva ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → ∀ y ∈ A ℵ ↾ A ⁡ y ∈ ℵ ⁡ A
19 fnfvrnss ⊢ ℵ ↾ A Fn A ∧ ∀ y ∈ A ℵ ↾ A ⁡ y ∈ ℵ ⁡ A → ran ⁡ ℵ ↾ A ⊆ ℵ ⁡ A
20 11 18 19 syl2anc ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → ran ⁡ ℵ ↾ A ⊆ ℵ ⁡ A
21 df-f ⊢ ℵ ↾ A : A ⟶ ℵ ⁡ A ↔ ℵ ↾ A Fn A ∧ ran ⁡ ℵ ↾ A ⊆ ℵ ⁡ A
22 11 20 21 sylanbrc ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → ℵ ↾ A : A ⟶ ℵ ⁡ A
23 alephsmo ⊢ Smo ⁡ ℵ
24 1 fndmi ⊢ dom ⁡ ℵ = On
25 7 24 eleqtrrdi ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → A ∈ dom ⁡ ℵ
26 smores ⊢ Smo ⁡ ℵ ∧ A ∈ dom ⁡ ℵ → Smo ⁡ ℵ ↾ A
27 23 25 26 sylancr ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → Smo ⁡ ℵ ↾ A
28 alephlim ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → ℵ ⁡ A = ⋃ y ∈ A ℵ ⁡ y
29 28 eleq2d ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → x ∈ ℵ ⁡ A ↔ x ∈ ⋃ y ∈ A ℵ ⁡ y
30 eliun ⊢ x ∈ ⋃ y ∈ A ℵ ⁡ y ↔ ∃ y ∈ A x ∈ ℵ ⁡ y
31 alephon ⊢ ℵ ⁡ y ∈ On
32 31 onelssi ⊢ x ∈ ℵ ⁡ y → x ⊆ ℵ ⁡ y
33 32 reximi ⊢ ∃ y ∈ A x ∈ ℵ ⁡ y → ∃ y ∈ A x ⊆ ℵ ⁡ y
34 30 33 sylbi ⊢ x ∈ ⋃ y ∈ A ℵ ⁡ y → ∃ y ∈ A x ⊆ ℵ ⁡ y
35 29 34 biimtrdi ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → x ∈ ℵ ⁡ A → ∃ y ∈ A x ⊆ ℵ ⁡ y
36 35 ralrimiv ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ ℵ ⁡ y
37 feq1 ⊢ f = ℵ ↾ A → f : A ⟶ ℵ ⁡ A ↔ ℵ ↾ A : A ⟶ ℵ ⁡ A
38 smoeq ⊢ f = ℵ ↾ A → Smo ⁡ f ↔ Smo ⁡ ℵ ↾ A
39 fveq1 ⊢ f = ℵ ↾ A → f ⁡ y = ℵ ↾ A ⁡ y
40 39 12 sylan9eq ⊢ f = ℵ ↾ A ∧ y ∈ A → f ⁡ y = ℵ ⁡ y
41 40 sseq2d ⊢ f = ℵ ↾ A ∧ y ∈ A → x ⊆ f ⁡ y ↔ x ⊆ ℵ ⁡ y
42 41 rexbidva ⊢ f = ℵ ↾ A → ∃ y ∈ A x ⊆ f ⁡ y ↔ ∃ y ∈ A x ⊆ ℵ ⁡ y
43 42 ralbidv ⊢ f = ℵ ↾ A → ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ f ⁡ y ↔ ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ ℵ ⁡ y
44 37 38 43 3anbi123d ⊢ f = ℵ ↾ A → f : A ⟶ ℵ ⁡ A ∧ Smo ⁡ f ∧ ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ f ⁡ y ↔ ℵ ↾ A : A ⟶ ℵ ⁡ A ∧ Smo ⁡ ℵ ↾ A ∧ ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ ℵ ⁡ y
45 44 spcegv ⊢ ℵ ↾ A ∈ V → ℵ ↾ A : A ⟶ ℵ ⁡ A ∧ Smo ⁡ ℵ ↾ A ∧ ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ ℵ ⁡ y → ∃ f f : A ⟶ ℵ ⁡ A ∧ Smo ⁡ f ∧ ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ f ⁡ y
46 45 imp ⊢ ℵ ↾ A ∈ V ∧ ℵ ↾ A : A ⟶ ℵ ⁡ A ∧ Smo ⁡ ℵ ↾ A ∧ ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ ℵ ⁡ y → ∃ f f : A ⟶ ℵ ⁡ A ∧ Smo ⁡ f ∧ ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ f ⁡ y
47 6 22 27 36 46 syl13anc ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → ∃ f f : A ⟶ ℵ ⁡ A ∧ Smo ⁡ f ∧ ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ f ⁡ y
48 alephon ⊢ ℵ ⁡ A ∈ On
49 cfcof ⊢ ℵ ⁡ A ∈ On ∧ A ∈ On → ∃ f f : A ⟶ ℵ ⁡ A ∧ Smo ⁡ f ∧ ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ f ⁡ y → cf ⁡ ℵ ⁡ A = cf ⁡ A
50 48 7 49 sylancr ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → ∃ f f : A ⟶ ℵ ⁡ A ∧ Smo ⁡ f ∧ ∀ x ∈ ℵ ⁡ A ∃ y ∈ A x ⊆ f ⁡ y → cf ⁡ ℵ ⁡ A = cf ⁡ A
51 47 50 mpd ⊢ A ∈ V ∧ Lim ⁡ A → cf ⁡ ℵ ⁡ A = cf ⁡ A
52 51 expcom ⊢ Lim ⁡ A → A ∈ V → cf ⁡ ℵ ⁡ A = cf ⁡ A
53 cf0 ⊢ cf ⁡ ∅ = ∅
54 fvprc ⊢ ¬ A ∈ V → ℵ ⁡ A = ∅
55 54 fveq2d ⊢ ¬ A ∈ V → cf ⁡ ℵ ⁡ A = cf ⁡ ∅
56 fvprc ⊢ ¬ A ∈ V → cf ⁡ A = ∅
57 53 55 56 3eqtr4a ⊢ ¬ A ∈ V → cf ⁡ ℵ ⁡ A = cf ⁡ A
58 52 57 pm2.61d1 ⊢ Lim ⁡ A → cf ⁡ ℵ ⁡ A = cf ⁡ A