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Theorem axlowdimlem15

Description: Lemma for axlowdim . Set up a one-to-one function of points. (Contributed by Scott Fenton, 21-Apr-2013)

Ref Expression
Hypothesis axlowdimlem15.1 ⊢ F = i ∈ 1 … N − 1 ⟼ if i = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0
Assertion axlowdimlem15 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → F : 1 … N − 1 ⟶ 1-1 𝔼 ⁡ N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 axlowdimlem15.1 ⊢ F = i ∈ 1 … N − 1 ⟼ if i = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0
2 eqid ⊢ 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0
3 2 axlowdimlem7 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N
4 3 adantr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ i ∈ 1 … N − 1 → 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N
5 eluz3nn ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → N ∈ ℕ
6 eqid ⊢ i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0 = i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0
7 6 axlowdimlem10 ⊢ N ∈ ℕ ∧ i ∈ 1 … N − 1 → i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N
8 5 7 sylan ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ i ∈ 1 … N − 1 → i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N
9 4 8 ifcld ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ i ∈ 1 … N − 1 → if i = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N
10 9 1 fmptd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → F : 1 … N − 1 ⟶ 𝔼 ⁡ N
11 eqeq1 ⊢ i = j → i = 1 ↔ j = 1
12 oveq1 ⊢ i = j → i + 1 = j + 1
13 12 opeq1d ⊢ i = j → i + 1 1 = j + 1 1
14 13 sneqd ⊢ i = j → i + 1 1 = j + 1 1
15 12 sneqd ⊢ i = j → i + 1 = j + 1
16 15 difeq2d ⊢ i = j → 1 … N ∖ i + 1 = 1 … N ∖ j + 1
17 16 xpeq1d ⊢ i = j → 1 … N ∖ i + 1 × 0 = 1 … N ∖ j + 1 × 0
18 14 17 uneq12d ⊢ i = j → i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0 = j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0
19 11 18 ifbieq2d ⊢ i = j → if i = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0 = if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0
20 snex ⊢ 3 − 1 ∈ V
21 ovex ⊢ 1 … N ∈ V
22 21 difexi ⊢ 1 … N ∖ 3 ∈ V
23 snex ⊢ 0 ∈ V
24 22 23 xpex ⊢ 1 … N ∖ 3 × 0 ∈ V
25 20 24 unex ⊢ 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 ∈ V
26 snex ⊢ j + 1 1 ∈ V
27 21 difexi ⊢ 1 … N ∖ j + 1 ∈ V
28 27 23 xpex ⊢ 1 … N ∖ j + 1 × 0 ∈ V
29 26 28 unex ⊢ j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 ∈ V
30 25 29 ifex ⊢ if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 ∈ V
31 19 1 30 fvmpt ⊢ j ∈ 1 … N − 1 → F ⁡ j = if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0
32 eqeq1 ⊢ i = k → i = 1 ↔ k = 1
33 oveq1 ⊢ i = k → i + 1 = k + 1
34 33 opeq1d ⊢ i = k → i + 1 1 = k + 1 1
35 34 sneqd ⊢ i = k → i + 1 1 = k + 1 1
36 33 sneqd ⊢ i = k → i + 1 = k + 1
37 36 difeq2d ⊢ i = k → 1 … N ∖ i + 1 = 1 … N ∖ k + 1
38 37 xpeq1d ⊢ i = k → 1 … N ∖ i + 1 × 0 = 1 … N ∖ k + 1 × 0
39 35 38 uneq12d ⊢ i = k → i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
40 32 39 ifbieq2d ⊢ i = k → if i = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 i + 1 1 ∪ 1 … N ∖ i + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
41 snex ⊢ k + 1 1 ∈ V
42 21 difexi ⊢ 1 … N ∖ k + 1 ∈ V
43 42 23 xpex ⊢ 1 … N ∖ k + 1 × 0 ∈ V
44 41 43 unex ⊢ k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 ∈ V
45 25 44 ifex ⊢ if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 ∈ V
46 40 1 45 fvmpt ⊢ k ∈ 1 … N − 1 → F ⁡ k = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
47 31 46 eqeqan12d ⊢ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → F ⁡ j = F ⁡ k ↔ if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
48 47 adantl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → F ⁡ j = F ⁡ k ↔ if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
49 eqtr3 ⊢ j = 1 ∧ k = 1 → j = k
50 49 2a1d ⊢ j = 1 ∧ k = 1 → N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
51 eqid ⊢ k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
52 2 51 axlowdimlem13 ⊢ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 1 … N − 1 → 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 ≠ k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
53 52 neneqd ⊢ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 1 … N − 1 → ¬ 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
54 53 pm2.21d ⊢ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 1 … N − 1 → 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
55 54 adantrl ⊢ N ∈ ℕ ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
56 5 55 sylan ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
57 iftrue ⊢ j = 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0
58 iffalse ⊢ ¬ k = 1 → if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
59 57 58 eqeqan12d ⊢ j = 1 ∧ ¬ k = 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 ↔ 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
60 59 imbi1d ⊢ j = 1 ∧ ¬ k = 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k ↔ 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
61 56 60 imbitrrid ⊢ j = 1 ∧ ¬ k = 1 → N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
62 eqid ⊢ j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0
63 2 62 axlowdimlem13 ⊢ N ∈ ℕ ∧ j ∈ 1 … N − 1 → 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 ≠ j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0
64 63 necomd ⊢ N ∈ ℕ ∧ j ∈ 1 … N − 1 → j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 ≠ 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0
65 64 neneqd ⊢ N ∈ ℕ ∧ j ∈ 1 … N − 1 → ¬ j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0
66 65 pm2.21d ⊢ N ∈ ℕ ∧ j ∈ 1 … N − 1 → j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 → j = k
67 5 66 sylan ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 → j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 → j = k
68 67 adantrr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 → j = k
69 iffalse ⊢ ¬ j = 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0
70 iftrue ⊢ k = 1 → if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0
71 69 70 eqeqan12d ⊢ ¬ j = 1 ∧ k = 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 ↔ j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0
72 71 imbi1d ⊢ ¬ j = 1 ∧ k = 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k ↔ j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 → j = k
73 68 72 imbitrrid ⊢ ¬ j = 1 ∧ k = 1 → N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
74 62 51 axlowdimlem14 ⊢ N ∈ ℕ ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
75 74 3expb ⊢ N ∈ ℕ ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
76 5 75 sylan ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
77 69 58 eqeqan12d ⊢ ¬ j = 1 ∧ ¬ k = 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 ↔ j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0
78 77 imbi1d ⊢ ¬ j = 1 ∧ ¬ k = 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k ↔ j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
79 76 78 imbitrrid ⊢ ¬ j = 1 ∧ ¬ k = 1 → N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
80 50 61 73 79 4cases ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → if j = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 j + 1 1 ∪ 1 … N ∖ j + 1 × 0 = if k = 1 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0 k + 1 1 ∪ 1 … N ∖ k + 1 × 0 → j = k
81 48 80 sylbid ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ j ∈ 1 … N − 1 ∧ k ∈ 1 … N − 1 → F ⁡ j = F ⁡ k → j = k
82 81 ralrimivva ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → ∀ j ∈ 1 … N − 1 ∀ k ∈ 1 … N − 1 F ⁡ j = F ⁡ k → j = k
83 dff13 ⊢ F : 1 … N − 1 ⟶ 1-1 𝔼 ⁡ N ↔ F : 1 … N − 1 ⟶ 𝔼 ⁡ N ∧ ∀ j ∈ 1 … N − 1 ∀ k ∈ 1 … N − 1 F ⁡ j = F ⁡ k → j = k
84 10 82 83 sylanbrc ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → F : 1 … N − 1 ⟶ 1-1 𝔼 ⁡ N