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Theorem axdc3lem4

Description: Lemma for axdc3 . We have constructed a "candidate set" S , which consists of all finite sequences s that satisfy our property of interest, namely s ( x + 1 ) e. F ( s ( x ) ) on its domain, but with the added constraint that s ( 0 ) = C . These sets are possible "initial segments" of theinfinite sequence satisfying these constraints, but we can leverage the standard ax-dc (with no initial condition) to select a sequence of ever-lengthening finite sequences, namely ( hn ) : m --> A (for some integer m ). We let our "choice" function select a sequence whose domain is one more than the last one, and agrees with the previous one on its domain. Thus, the application of vanilla ax-dc yields a sequence of sequences whose domains increase without bound, and whose union is a function which has all the properties we want. In this lemma, we show that S is nonempty, and that G always maps to a nonempty subset of S , so that we can apply axdc2 . See axdc3lem2 for the rest of the proof. (Contributed by Mario Carneiro, 27-Jan-2013)

Ref Expression
Hypotheses axdc3lem4.1 AV
axdc3lem4.2 S=s|nωs:sucnAs=CknssuckFsk
axdc3lem4.3 G=xSyS|domy=sucdomxydomx=x
Assertion axdc3lem4 CAF:A𝒫Agg:ωAg=CkωgsuckFgk

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 axdc3lem4.1 AV
2 axdc3lem4.2 S=s|nωs:sucnAs=CknssuckFsk
3 axdc3lem4.3 G=xSyS|domy=sucdomxydomx=x
4 peano1 ω
5 eqid C=C
6 fsng ωCAC:CC=C
7 4 6 mpan CAC:CC=C
8 5 7 mpbiri CAC:C
9 snssi CACA
10 8 9 fssd CAC:A
11 suc0 suc=
12 11 feq2i C:sucAC:A
13 10 12 sylibr CAC:sucA
14 fvsng ωCAC=C
15 4 14 mpan CAC=C
16 ral0 kCsuckFCk
17 16 a1i CAkCsuckFCk
18 13 15 17 3jca CAC:sucAC=CkCsuckFCk
19 suceq m=sucm=suc
20 19 feq2d m=C:sucmAC:sucA
21 raleq m=kmCsuckFCkkCsuckFCk
22 20 21 3anbi13d m=C:sucmAC=CkmCsuckFCkC:sucAC=CkCsuckFCk
23 22 rspcev ωC:sucAC=CkCsuckFCkmωC:sucmAC=CkmCsuckFCk
24 4 18 23 sylancr CAmωC:sucmAC=CkmCsuckFCk
25 snex CV
26 1 2 25 axdc3lem3 CSmωC:sucmAC=CkmCsuckFCk
27 24 26 sylibr CACS
28 27 ne0d CAS
29 1 2 axdc3lem SV
30 ssrab2 yS|domy=sucdomxydomx=xS
31 29 30 elpwi2 yS|domy=sucdomxydomx=x𝒫S
32 31 a1i F:A𝒫AxSyS|domy=sucdomxydomx=x𝒫S
33 vex xV
34 1 2 33 axdc3lem3 xSmωx:sucmAx=CkmxsuckFxk
35 simp2 kmxsuckFxkx:sucmAmωx:sucmA
36 vex mV
37 36 sucid msucm
38 ffvelcdm x:sucmAmsucmxmA
39 37 38 mpan2 x:sucmAxmA
40 ffvelcdm F:A𝒫AxmAFxm𝒫A
41 39 40 sylan2 F:A𝒫Ax:sucmAFxm𝒫A
42 eldifn Fxm𝒫A¬Fxm
43 fvex FxmV
44 43 elsn FxmFxm=
45 44 necon3bbii ¬FxmFxm
46 n0 FxmzzFxm
47 45 46 bitri ¬FxmzzFxm
48 42 47 sylib Fxm𝒫AzzFxm
49 41 48 syl F:A𝒫Ax:sucmAzzFxm
50 simp32 zFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωx:sucmA
51 eldifi Fxm𝒫AFxm𝒫A
52 elelpwi zFxmFxm𝒫AzA
53 52 expcom Fxm𝒫AzFxmzA
54 41 51 53 3syl F:A𝒫Ax:sucmAzFxmzA
55 peano2 mωsucmω
56 55 3ad2ant3 kmxsuckFxkx:sucmAmωsucmω
57 56 3ad2ant1 kmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmzAx=Csucmω
58 simplr mωx:sucmAzAx:sucmA
59 33 dmex domxV
60 vex zV
61 eqid domxz=domxz
62 fsng domxVzVdomxz:domxzdomxz=domxz
63 61 62 mpbiri domxVzVdomxz:domxz
64 59 60 63 mp2an domxz:domxz
65 simpr mωx:sucmAzAzA
66 65 snssd mωx:sucmAzAzA
67 fss domxz:domxzzAdomxz:domxA
68 64 66 67 sylancr mωx:sucmAzAdomxz:domxA
69 fdm x:sucmAdomx=sucm
70 55 adantr mωdomx=sucmsucmω
71 eleq1 domx=sucmdomxωsucmω
72 71 adantl mωdomx=sucmdomxωsucmω
73 70 72 mpbird mωdomx=sucmdomxω
74 nnord domxωOrddomx
75 ordirr Orddomx¬domxdomx
76 73 74 75 3syl mωdomx=sucm¬domxdomx
77 eleq2 domx=sucmdomxdomxdomxsucm
78 77 adantl mωdomx=sucmdomxdomxdomxsucm
79 76 78 mtbid mωdomx=sucm¬domxsucm
80 disjsn sucmdomx=¬domxsucm
81 79 80 sylibr mωdomx=sucmsucmdomx=
82 69 81 sylan2 mωx:sucmAsucmdomx=
83 82 adantr mωx:sucmAzAsucmdomx=
84 58 68 83 fun2d mωx:sucmAzAxdomxz:sucmdomxA
85 sneq domx=sucmdomx=sucm
86 85 uneq2d domx=sucmsucmdomx=sucmsucm
87 df-suc sucsucm=sucmsucm
88 86 87 eqtr4di domx=sucmsucmdomx=sucsucm
89 69 88 syl x:sucmAsucmdomx=sucsucm
90 89 ad2antlr mωx:sucmAzAsucmdomx=sucsucm
91 90 feq2d mωx:sucmAzAxdomxz:sucmdomxAxdomxz:sucsucmA
92 84 91 mpbid mωx:sucmAzAxdomxz:sucsucmA
93 92 ex mωx:sucmAzAxdomxz:sucsucmA
94 93 adantrd mωx:sucmAzAx=Cxdomxz:sucsucmA
95 94 a1d mωx:sucmAzFxmzAx=Cxdomxz:sucsucmA
96 95 ancoms x:sucmAmωzFxmzAx=Cxdomxz:sucsucmA
97 96 3adant1 kmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmzAx=Cxdomxz:sucsucmA
98 97 3imp kmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmzAx=Cxdomxz:sucsucmA
99 ffun x:sucmAFunx
100 99 adantl mωx:sucmAFunx
101 59 60 funsn Fundomxz
102 100 101 jctir mωx:sucmAFunxFundomxz
103 60 dmsnop domdomxz=domx
104 103 ineq2i domxdomdomxz=domxdomx
105 disjsn domxdomx=¬domxdomx
106 76 105 sylibr mωdomx=sucmdomxdomx=
107 104 106 eqtrid mωdomx=sucmdomxdomdomxz=
108 69 107 sylan2 mωx:sucmAdomxdomdomxz=
109 funun FunxFundomxzdomxdomdomxz=Funxdomxz
110 102 108 109 syl2anc mωx:sucmAFunxdomxz
111 ssun1 xxdomxz
112 111 a1i mωx:sucmAxxdomxz
113 nnord mωOrdm
114 0elsuc Ordmsucm
115 113 114 syl mωsucm
116 115 adantr mωx:sucmAsucm
117 69 eleq2d x:sucmAdomxsucm
118 117 adantl mωx:sucmAdomxsucm
119 116 118 mpbird mωx:sucmAdomx
120 funssfv Funxdomxzxxdomxzdomxxdomxz=x
121 110 112 119 120 syl3anc mωx:sucmAxdomxz=x
122 121 eqeq1d mωx:sucmAxdomxz=Cx=C
123 122 ancoms x:sucmAmωxdomxz=Cx=C
124 123 3adant1 kmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxz=Cx=C
125 124 biimpar kmxsuckFxkx:sucmAmωx=Cxdomxz=C
126 125 adantrl kmxsuckFxkx:sucmAmωzAx=Cxdomxz=C
127 126 3adant2 kmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmzAx=Cxdomxz=C
128 nfra1 kkmxsuckFxk
129 nfv kx:sucmA
130 nfv kmω
131 128 129 130 nf3an kkmxsuckFxkx:sucmAmω
132 nfv kzFxm
133 nfv kzAx=C
134 131 132 133 nf3an kkmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmzAx=C
135 simplr kmxsuckFxkksucmx:sucmAksucm
136 elsuci ksucmkmk=m
137 rsp kmxsuckFxkkmxsuckFxk
138 137 impcom kmkmxsuckFxkxsuckFxk
139 138 ad2ant2lr mωkmkmxsuckFxkksucmxsuckFxk
140 139 3adant3 mωkmkmxsuckFxkksucmx:sucmAxsuckFxk
141 110 adantlr mωkmx:sucmAFunxdomxz
142 111 a1i mωkmx:sucmAxxdomxz
143 ordsucelsuc Ordmkmsucksucm
144 113 143 syl mωkmsucksucm
145 144 biimpa mωkmsucksucm
146 eleq2 domx=sucmsuckdomxsucksucm
147 146 biimparc sucksucmdomx=sucmsuckdomx
148 145 69 147 syl2an mωkmx:sucmAsuckdomx
149 funssfv Funxdomxzxxdomxzsuckdomxxdomxzsuck=xsuck
150 141 142 148 149 syl3anc mωkmx:sucmAxdomxzsuck=xsuck
151 150 3adant2 mωkmksucmx:sucmAxdomxzsuck=xsuck
152 110 3adant2 mωksucmx:sucmAFunxdomxz
153 111 a1i mωksucmx:sucmAxxdomxz
154 eleq2 domx=sucmkdomxksucm
155 154 biimparc ksucmdomx=sucmkdomx
156 69 155 sylan2 ksucmx:sucmAkdomx
157 156 3adant1 mωksucmx:sucmAkdomx
158 funssfv Funxdomxzxxdomxzkdomxxdomxzk=xk
159 152 153 157 158 syl3anc mωksucmx:sucmAxdomxzk=xk
160 159 3adant1r mωkmksucmx:sucmAxdomxzk=xk
161 160 fveq2d mωkmksucmx:sucmAFxdomxzk=Fxk
162 151 161 eleq12d mωkmksucmx:sucmAxdomxzsuckFxdomxzkxsuckFxk
163 162 3adant2l mωkmkmxsuckFxkksucmx:sucmAxdomxzsuckFxdomxzkxsuckFxk
164 140 163 mpbird mωkmkmxsuckFxkksucmx:sucmAxdomxzsuckFxdomxzk
165 164 a1d mωkmkmxsuckFxkksucmx:sucmAzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
166 165 3expib mωkmkmxsuckFxkksucmx:sucmAzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
167 166 expcom kmmωkmxsuckFxkksucmx:sucmAzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
168 110 3adant1 k=mmωx:sucmAFunxdomxz
169 ssun2 domxzxdomxz
170 169 a1i k=mmωx:sucmAdomxzxdomxz
171 suceq k=msuck=sucm
172 171 eqeq2d k=mdomx=suckdomx=sucm
173 172 biimpar k=mdomx=sucmdomx=suck
174 59 snid domxdomx
175 174 103 eleqtrri domxdomdomxz
176 173 175 eqeltrrdi k=mdomx=sucmsuckdomdomxz
177 69 176 sylan2 k=mx:sucmAsuckdomdomxz
178 177 3adant2 k=mmωx:sucmAsuckdomdomxz
179 funssfv Funxdomxzdomxzxdomxzsuckdomdomxzxdomxzsuck=domxzsuck
180 168 170 178 179 syl3anc k=mmωx:sucmAxdomxzsuck=domxzsuck
181 173 3adant2 k=mmωdomx=sucmdomx=suck
182 fveq2 domx=suckdomxzdomx=domxzsuck
183 59 60 fvsn domxzdomx=z
184 182 183 eqtr3di domx=suckdomxzsuck=z
185 181 184 syl k=mmωdomx=sucmdomxzsuck=z
186 69 185 syl3an3 k=mmωx:sucmAdomxzsuck=z
187 180 186 eqtrd k=mmωx:sucmAxdomxzsuck=z
188 187 3expa k=mmωx:sucmAxdomxzsuck=z
189 188 3adant2 k=mmωksucmx:sucmAxdomxzsuck=z
190 159 3adant1l k=mmωksucmx:sucmAxdomxzk=xk
191 fveq2 k=mxk=xm
192 191 adantr k=mmωxk=xm
193 192 3ad2ant1 k=mmωksucmx:sucmAxk=xm
194 190 193 eqtrd k=mmωksucmx:sucmAxdomxzk=xm
195 194 fveq2d k=mmωksucmx:sucmAFxdomxzk=Fxm
196 189 195 eleq12d k=mmωksucmx:sucmAxdomxzsuckFxdomxzkzFxm
197 196 3adant2l k=mmωkmxsuckFxkksucmx:sucmAxdomxzsuckFxdomxzkzFxm
198 197 biimprd k=mmωkmxsuckFxkksucmx:sucmAzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
199 198 3expib k=mmωkmxsuckFxkksucmx:sucmAzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
200 199 ex k=mmωkmxsuckFxkksucmx:sucmAzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
201 167 200 jaoi kmk=mmωkmxsuckFxkksucmx:sucmAzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
202 136 201 syl ksucmmωkmxsuckFxkksucmx:sucmAzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
203 202 com3r kmxsuckFxkksucmx:sucmAksucmmωzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
204 135 203 mpd kmxsuckFxkksucmx:sucmAmωzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
205 204 ex kmxsuckFxkksucmx:sucmAmωzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
206 205 expcom ksucmkmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
207 206 3impd ksucmkmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
208 207 impd ksucmkmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmxdomxzsuckFxdomxzk
209 208 com12 kmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmksucmxdomxzsuckFxdomxzk
210 209 3adant3 kmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmzAx=CksucmxdomxzsuckFxdomxzk
211 134 210 ralrimi kmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmzAx=CksucmxdomxzsuckFxdomxzk
212 suceq p=sucmsucp=sucsucm
213 212 feq2d p=sucmxdomxz:sucpAxdomxz:sucsucmA
214 raleq p=sucmkpxdomxzsuckFxdomxzkksucmxdomxzsuckFxdomxzk
215 213 214 3anbi13d p=sucmxdomxz:sucpAxdomxz=CkpxdomxzsuckFxdomxzkxdomxz:sucsucmAxdomxz=CksucmxdomxzsuckFxdomxzk
216 215 rspcev sucmωxdomxz:sucsucmAxdomxz=CksucmxdomxzsuckFxdomxzkpωxdomxz:sucpAxdomxz=CkpxdomxzsuckFxdomxzk
217 57 98 127 211 216 syl13anc kmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmzAx=Cpωxdomxz:sucpAxdomxz=CkpxdomxzsuckFxdomxzk
218 snex domxzV
219 33 218 unex xdomxzV
220 1 2 219 axdc3lem3 xdomxzSpωxdomxz:sucpAxdomxz=CkpxdomxzsuckFxdomxzk
221 217 220 sylibr kmxsuckFxkx:sucmAmωzFxmzAx=CxdomxzS
222 221 3coml zFxmzAx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzS
223 222 3exp zFxmzAx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzS
224 223 expd zFxmzAx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzS
225 54 224 sylcom F:A𝒫Ax:sucmAzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzS
226 225 3impd F:A𝒫Ax:sucmAzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzS
227 226 ex F:A𝒫Ax:sucmAzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzS
228 227 com23 F:A𝒫AzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωx:sucmAxdomxzS
229 50 228 mpdi F:A𝒫AzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzS
230 229 imp F:A𝒫AzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzS
231 resundir xdomxzdomx=xdomxdomxzdomx
232 frel x:sucmARelx
233 resdm Relxxdomx=x
234 232 233 syl x:sucmAxdomx=x
235 234 adantl mωx:sucmAxdomx=x
236 69 73 sylan2 mωx:sucmAdomxω
237 74 75 syl domxω¬domxdomx
238 incom domxdomx=domxdomx
239 238 eqeq1i domxdomx=domxdomx=
240 59 60 fnsn domxzFndomx
241 fnresdisj domxzFndomxdomxdomx=domxzdomx=
242 240 241 ax-mp domxdomx=domxzdomx=
243 239 242 105 3bitr3ri ¬domxdomxdomxzdomx=
244 237 243 sylib domxωdomxzdomx=
245 236 244 syl mωx:sucmAdomxzdomx=
246 235 245 uneq12d mωx:sucmAxdomxdomxzdomx=x
247 un0 x=x
248 246 247 eqtrdi mωx:sucmAxdomxdomxzdomx=x
249 231 248 eqtrid mωx:sucmAxdomxzdomx=x
250 249 ancoms x:sucmAmωxdomxzdomx=x
251 250 3adant1 kmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzdomx=x
252 251 3ad2ant3 zFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzdomx=x
253 252 adantl F:A𝒫AzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωxdomxzdomx=x
254 103 uneq2i domxdomdomxz=domxdomx
255 dmun domxdomxz=domxdomdomxz
256 df-suc sucdomx=domxdomx
257 254 255 256 3eqtr4i domxdomxz=sucdomx
258 253 257 jctil F:A𝒫AzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωdomxdomxz=sucdomxxdomxzdomx=x
259 dmeq y=xdomxzdomy=domxdomxz
260 259 eqeq1d y=xdomxzdomy=sucdomxdomxdomxz=sucdomx
261 reseq1 y=xdomxzydomx=xdomxzdomx
262 261 eqeq1d y=xdomxzydomx=xxdomxzdomx=x
263 260 262 anbi12d y=xdomxzdomy=sucdomxydomx=xdomxdomxz=sucdomxxdomxzdomx=x
264 263 rspcev xdomxzSdomxdomxz=sucdomxxdomxzdomx=xySdomy=sucdomxydomx=x
265 230 258 264 syl2anc F:A𝒫AzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωySdomy=sucdomxydomx=x
266 265 3exp2 F:A𝒫AzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωySdomy=sucdomxydomx=x
267 266 exlimdv F:A𝒫AzzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωySdomy=sucdomxydomx=x
268 267 adantr F:A𝒫Ax:sucmAzzFxmx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωySdomy=sucdomxydomx=x
269 49 268 mpd F:A𝒫Ax:sucmAx=CkmxsuckFxkx:sucmAmωySdomy=sucdomxydomx=x
270 269 com3r kmxsuckFxkx:sucmAmωF:A𝒫Ax:sucmAx=CySdomy=sucdomxydomx=x
271 35 270 mpan2d kmxsuckFxkx:sucmAmωF:A𝒫Ax=CySdomy=sucdomxydomx=x
272 271 com3r x=CkmxsuckFxkx:sucmAmωF:A𝒫AySdomy=sucdomxydomx=x
273 272 3expd x=CkmxsuckFxkx:sucmAmωF:A𝒫AySdomy=sucdomxydomx=x
274 273 com3r x:sucmAx=CkmxsuckFxkmωF:A𝒫AySdomy=sucdomxydomx=x
275 274 3imp x:sucmAx=CkmxsuckFxkmωF:A𝒫AySdomy=sucdomxydomx=x
276 275 com12 mωx:sucmAx=CkmxsuckFxkF:A𝒫AySdomy=sucdomxydomx=x
277 276 rexlimiv mωx:sucmAx=CkmxsuckFxkF:A𝒫AySdomy=sucdomxydomx=x
278 34 277 sylbi xSF:A𝒫AySdomy=sucdomxydomx=x
279 278 impcom F:A𝒫AxSySdomy=sucdomxydomx=x
280 rabn0 yS|domy=sucdomxydomx=xySdomy=sucdomxydomx=x
281 279 280 sylibr F:A𝒫AxSyS|domy=sucdomxydomx=x
282 29 rabex yS|domy=sucdomxydomx=xV
283 282 elsn yS|domy=sucdomxydomx=xyS|domy=sucdomxydomx=x=
284 283 necon3bbii ¬yS|domy=sucdomxydomx=xyS|domy=sucdomxydomx=x
285 281 284 sylibr F:A𝒫AxS¬yS|domy=sucdomxydomx=x
286 32 285 eldifd F:A𝒫AxSyS|domy=sucdomxydomx=x𝒫S
287 286 3 fmptd F:A𝒫AG:S𝒫S
288 29 axdc2 SG:S𝒫Shh:ωSkωhsuckGhk
289 28 287 288 syl2an CAF:A𝒫Ahh:ωSkωhsuckGhk
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