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Theorem cflim2

Description: The cofinality function is a limit ordinal iff its argument is. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Feb-2013) (Revised by Mario Carneiro, 15-Sep-2013)

Ref Expression
Hypothesis cflim2.1 ⊢ A ∈ V
Assertion cflim2 ⊢ Lim ⁡ A ↔ Lim ⁡ cf ⁡ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cflim2.1 ⊢ A ∈ V
2 rabid ⊢ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A ↔ y ∈ 𝒫 A ∧ ⋃ y = A
3 velpw ⊢ y ∈ 𝒫 A ↔ y ⊆ A
4 limord ⊢ Lim ⁡ A → Ord ⁡ A
5 ordsson ⊢ Ord ⁡ A → A ⊆ On
6 sstr ⊢ y ⊆ A ∧ A ⊆ On → y ⊆ On
7 6 expcom ⊢ A ⊆ On → y ⊆ A → y ⊆ On
8 4 5 7 3syl ⊢ Lim ⁡ A → y ⊆ A → y ⊆ On
9 8 imp ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A → y ⊆ On
10 9 3adant3 ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A → y ⊆ On
11 ssel2 ⊢ y ⊆ On ∧ s ∈ y → s ∈ On
12 eloni ⊢ s ∈ On → Ord ⁡ s
13 ordirr ⊢ Ord ⁡ s → ¬ s ∈ s
14 11 12 13 3syl ⊢ y ⊆ On ∧ s ∈ y → ¬ s ∈ s
15 ssel ⊢ y ⊆ s → s ∈ y → s ∈ s
16 15 com12 ⊢ s ∈ y → y ⊆ s → s ∈ s
17 16 adantl ⊢ y ⊆ On ∧ s ∈ y → y ⊆ s → s ∈ s
18 14 17 mtod ⊢ y ⊆ On ∧ s ∈ y → ¬ y ⊆ s
19 10 18 sylan ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ s ∈ y → ¬ y ⊆ s
20 simpl2 ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ s ∈ y → y ⊆ A
21 sstr ⊢ y ⊆ A ∧ A ⊆ s → y ⊆ s
22 20 21 sylan ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ s ∈ y ∧ A ⊆ s → y ⊆ s
23 19 22 mtand ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ s ∈ y → ¬ A ⊆ s
24 simpl3 ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ s ∈ y → ⋃ y = A
25 24 sseq1d ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ s ∈ y → ⋃ y ⊆ s ↔ A ⊆ s
26 23 25 mtbird ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ s ∈ y → ¬ ⋃ y ⊆ s
27 unissb ⊢ ⋃ y ⊆ s ↔ ∀ t ∈ y t ⊆ s
28 26 27 sylnib ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ s ∈ y → ¬ ∀ t ∈ y t ⊆ s
29 28 nrexdv ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A → ¬ ∃ s ∈ y ∀ t ∈ y t ⊆ s
30 ssel ⊢ y ⊆ On → s ∈ y → s ∈ On
31 ssel ⊢ y ⊆ On → t ∈ y → t ∈ On
32 ontri1 ⊢ t ∈ On ∧ s ∈ On → t ⊆ s ↔ ¬ s ∈ t
33 32 ancoms ⊢ s ∈ On ∧ t ∈ On → t ⊆ s ↔ ¬ s ∈ t
34 vex ⊢ t ∈ V
35 vex ⊢ s ∈ V
36 34 35 brcnv ⊢ t E -1 s ↔ s E t
37 epel ⊢ s E t ↔ s ∈ t
38 36 37 bitri ⊢ t E -1 s ↔ s ∈ t
39 38 notbii ⊢ ¬ t E -1 s ↔ ¬ s ∈ t
40 33 39 bitr4di ⊢ s ∈ On ∧ t ∈ On → t ⊆ s ↔ ¬ t E -1 s
41 40 a1i ⊢ y ⊆ On → s ∈ On ∧ t ∈ On → t ⊆ s ↔ ¬ t E -1 s
42 30 31 41 syl2and ⊢ y ⊆ On → s ∈ y ∧ t ∈ y → t ⊆ s ↔ ¬ t E -1 s
43 42 impl ⊢ y ⊆ On ∧ s ∈ y ∧ t ∈ y → t ⊆ s ↔ ¬ t E -1 s
44 43 ralbidva ⊢ y ⊆ On ∧ s ∈ y → ∀ t ∈ y t ⊆ s ↔ ∀ t ∈ y ¬ t E -1 s
45 44 rexbidva ⊢ y ⊆ On → ∃ s ∈ y ∀ t ∈ y t ⊆ s ↔ ∃ s ∈ y ∀ t ∈ y ¬ t E -1 s
46 10 45 syl ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A → ∃ s ∈ y ∀ t ∈ y t ⊆ s ↔ ∃ s ∈ y ∀ t ∈ y ¬ t E -1 s
47 29 46 mtbid ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A → ¬ ∃ s ∈ y ∀ t ∈ y ¬ t E -1 s
48 vex ⊢ y ∈ V
49 48 a1i ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ card ⁡ y ∈ ω → y ∈ V
50 epweon ⊢ E We On
51 wess ⊢ y ⊆ On → E We On → E We y
52 50 51 mpi ⊢ y ⊆ On → E We y
53 weso ⊢ E We y → E Or y
54 52 53 syl ⊢ y ⊆ On → E Or y
55 cnvso ⊢ E Or y ↔ E -1 Or y
56 54 55 sylib ⊢ y ⊆ On → E -1 Or y
57 onssnum ⊢ y ∈ V ∧ y ⊆ On → y ∈ dom ⁡ card
58 48 57 mpan ⊢ y ⊆ On → y ∈ dom ⁡ card
59 cardid2 ⊢ y ∈ dom ⁡ card → card ⁡ y ≈ y
60 ensym ⊢ card ⁡ y ≈ y → y ≈ card ⁡ y
61 58 59 60 3syl ⊢ y ⊆ On → y ≈ card ⁡ y
62 nnsdom ⊢ card ⁡ y ∈ ω → card ⁡ y ≺ ω
63 ensdomtr ⊢ y ≈ card ⁡ y ∧ card ⁡ y ≺ ω → y ≺ ω
64 61 62 63 syl2an ⊢ y ⊆ On ∧ card ⁡ y ∈ ω → y ≺ ω
65 isfinite ⊢ y ∈ Fin ↔ y ≺ ω
66 64 65 sylibr ⊢ y ⊆ On ∧ card ⁡ y ∈ ω → y ∈ Fin
67 wofi ⊢ E -1 Or y ∧ y ∈ Fin → E -1 We y
68 56 66 67 syl2an2r ⊢ y ⊆ On ∧ card ⁡ y ∈ ω → E -1 We y
69 10 68 sylan ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ card ⁡ y ∈ ω → E -1 We y
70 wefr ⊢ E -1 We y → E -1 Fr y
71 69 70 syl ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ card ⁡ y ∈ ω → E -1 Fr y
72 ssidd ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ card ⁡ y ∈ ω → y ⊆ y
73 unieq ⊢ y = ∅ → ⋃ y = ⋃ ∅
74 uni0 ⊢ ⋃ ∅ = ∅
75 73 74 eqtrdi ⊢ y = ∅ → ⋃ y = ∅
76 eqeq1 ⊢ ⋃ y = A → ⋃ y = ∅ ↔ A = ∅
77 75 76 imbitrid ⊢ ⋃ y = A → y = ∅ → A = ∅
78 nlim0 ⊢ ¬ Lim ⁡ ∅
79 limeq ⊢ A = ∅ → Lim ⁡ A ↔ Lim ⁡ ∅
80 78 79 mtbiri ⊢ A = ∅ → ¬ Lim ⁡ A
81 77 80 syl6 ⊢ ⋃ y = A → y = ∅ → ¬ Lim ⁡ A
82 81 necon2ad ⊢ ⋃ y = A → Lim ⁡ A → y ≠ ∅
83 82 impcom ⊢ Lim ⁡ A ∧ ⋃ y = A → y ≠ ∅
84 83 3adant2 ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A → y ≠ ∅
85 84 adantr ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ card ⁡ y ∈ ω → y ≠ ∅
86 fri ⊢ y ∈ V ∧ E -1 Fr y ∧ y ⊆ y ∧ y ≠ ∅ → ∃ s ∈ y ∀ t ∈ y ¬ t E -1 s
87 49 71 72 85 86 syl22anc ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A ∧ card ⁡ y ∈ ω → ∃ s ∈ y ∀ t ∈ y ¬ t E -1 s
88 47 87 mtand ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A → ¬ card ⁡ y ∈ ω
89 cardon ⊢ card ⁡ y ∈ On
90 eloni ⊢ card ⁡ y ∈ On → Ord ⁡ card ⁡ y
91 ordom ⊢ Ord ⁡ ω
92 ordtri1 ⊢ Ord ⁡ ω ∧ Ord ⁡ card ⁡ y → ω ⊆ card ⁡ y ↔ ¬ card ⁡ y ∈ ω
93 91 92 mpan ⊢ Ord ⁡ card ⁡ y → ω ⊆ card ⁡ y ↔ ¬ card ⁡ y ∈ ω
94 89 90 93 mp2b ⊢ ω ⊆ card ⁡ y ↔ ¬ card ⁡ y ∈ ω
95 88 94 sylibr ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ⊆ A ∧ ⋃ y = A → ω ⊆ card ⁡ y
96 3 95 syl3an2b ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ∈ 𝒫 A ∧ ⋃ y = A → ω ⊆ card ⁡ y
97 96 3expb ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ∈ 𝒫 A ∧ ⋃ y = A → ω ⊆ card ⁡ y
98 2 97 sylan2b ⊢ Lim ⁡ A ∧ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A → ω ⊆ card ⁡ y
99 98 ralrimiva ⊢ Lim ⁡ A → ∀ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A ω ⊆ card ⁡ y
100 ssiin ⊢ ω ⊆ ⋂ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A card ⁡ y ↔ ∀ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A ω ⊆ card ⁡ y
101 99 100 sylibr ⊢ Lim ⁡ A → ω ⊆ ⋂ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A card ⁡ y
102 1 cflim3 ⊢ Lim ⁡ A → cf ⁡ A = ⋂ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A card ⁡ y
103 101 102 sseqtrrd ⊢ Lim ⁡ A → ω ⊆ cf ⁡ A
104 fvex ⊢ card ⁡ y ∈ V
105 104 dfiin2 ⊢ ⋂ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A card ⁡ y = ⋂ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y
106 102 105 eqtrdi ⊢ Lim ⁡ A → cf ⁡ A = ⋂ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y
107 cardlim ⊢ ω ⊆ card ⁡ y ↔ Lim ⁡ card ⁡ y
108 sseq2 ⊢ x = card ⁡ y → ω ⊆ x ↔ ω ⊆ card ⁡ y
109 limeq ⊢ x = card ⁡ y → Lim ⁡ x ↔ Lim ⁡ card ⁡ y
110 108 109 bibi12d ⊢ x = card ⁡ y → ω ⊆ x ↔ Lim ⁡ x ↔ ω ⊆ card ⁡ y ↔ Lim ⁡ card ⁡ y
111 107 110 mpbiri ⊢ x = card ⁡ y → ω ⊆ x ↔ Lim ⁡ x
112 111 rexlimivw ⊢ ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y → ω ⊆ x ↔ Lim ⁡ x
113 112 ss2abi ⊢ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ⊆ x | ω ⊆ x ↔ Lim ⁡ x
114 eleq1 ⊢ x = card ⁡ y → x ∈ On ↔ card ⁡ y ∈ On
115 89 114 mpbiri ⊢ x = card ⁡ y → x ∈ On
116 115 rexlimivw ⊢ ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y → x ∈ On
117 116 abssi ⊢ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ⊆ On
118 fvex ⊢ cf ⁡ A ∈ V
119 106 118 eqeltrrdi ⊢ Lim ⁡ A → ⋂ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ∈ V
120 intex ⊢ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ≠ ∅ ↔ ⋂ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ∈ V
121 119 120 sylibr ⊢ Lim ⁡ A → x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ≠ ∅
122 onint ⊢ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ⊆ On ∧ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ≠ ∅ → ⋂ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ∈ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y
123 117 121 122 sylancr ⊢ Lim ⁡ A → ⋂ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ∈ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y
124 113 123 sselid ⊢ Lim ⁡ A → ⋂ x | ∃ y ∈ y ∈ 𝒫 A | ⋃ y = A x = card ⁡ y ∈ x | ω ⊆ x ↔ Lim ⁡ x
125 106 124 eqeltrd ⊢ Lim ⁡ A → cf ⁡ A ∈ x | ω ⊆ x ↔ Lim ⁡ x
126 sseq2 ⊢ x = cf ⁡ A → ω ⊆ x ↔ ω ⊆ cf ⁡ A
127 limeq ⊢ x = cf ⁡ A → Lim ⁡ x ↔ Lim ⁡ cf ⁡ A
128 126 127 bibi12d ⊢ x = cf ⁡ A → ω ⊆ x ↔ Lim ⁡ x ↔ ω ⊆ cf ⁡ A ↔ Lim ⁡ cf ⁡ A
129 118 128 elab ⊢ cf ⁡ A ∈ x | ω ⊆ x ↔ Lim ⁡ x ↔ ω ⊆ cf ⁡ A ↔ Lim ⁡ cf ⁡ A
130 125 129 sylib ⊢ Lim ⁡ A → ω ⊆ cf ⁡ A ↔ Lim ⁡ cf ⁡ A
131 103 130 mpbid ⊢ Lim ⁡ A → Lim ⁡ cf ⁡ A
132 eloni ⊢ A ∈ On → Ord ⁡ A
133 ordzsl ⊢ Ord ⁡ A ↔ A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x ∨ Lim ⁡ A
134 132 133 sylib ⊢ A ∈ On → A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x ∨ Lim ⁡ A
135 df-3or ⊢ A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x ∨ Lim ⁡ A ↔ A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x ∨ Lim ⁡ A
136 orcom ⊢ A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x ∨ Lim ⁡ A ↔ Lim ⁡ A ∨ A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x
137 df-or ⊢ Lim ⁡ A ∨ A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x ↔ ¬ Lim ⁡ A → A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x
138 135 136 137 3bitri ⊢ A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x ∨ Lim ⁡ A ↔ ¬ Lim ⁡ A → A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x
139 134 138 sylib ⊢ A ∈ On → ¬ Lim ⁡ A → A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x
140 fveq2 ⊢ A = ∅ → cf ⁡ A = cf ⁡ ∅
141 cf0 ⊢ cf ⁡ ∅ = ∅
142 140 141 eqtrdi ⊢ A = ∅ → cf ⁡ A = ∅
143 limeq ⊢ cf ⁡ A = ∅ → Lim ⁡ cf ⁡ A ↔ Lim ⁡ ∅
144 142 143 syl ⊢ A = ∅ → Lim ⁡ cf ⁡ A ↔ Lim ⁡ ∅
145 78 144 mtbiri ⊢ A = ∅ → ¬ Lim ⁡ cf ⁡ A
146 1n0 ⊢ 1 𝑜 ≠ ∅
147 df1o2 ⊢ 1 𝑜 = ∅
148 147 unieqi ⊢ ⋃ 1 𝑜 = ⋃ ∅
149 0ex ⊢ ∅ ∈ V
150 149 unisn ⊢ ⋃ ∅ = ∅
151 148 150 eqtri ⊢ ⋃ 1 𝑜 = ∅
152 146 151 neeqtrri ⊢ 1 𝑜 ≠ ⋃ 1 𝑜
153 limuni ⊢ Lim ⁡ 1 𝑜 → 1 𝑜 = ⋃ 1 𝑜
154 153 necon3ai ⊢ 1 𝑜 ≠ ⋃ 1 𝑜 → ¬ Lim ⁡ 1 𝑜
155 152 154 ax-mp ⊢ ¬ Lim ⁡ 1 𝑜
156 fveq2 ⊢ A = suc ⁡ x → cf ⁡ A = cf ⁡ suc ⁡ x
157 cfsuc ⊢ x ∈ On → cf ⁡ suc ⁡ x = 1 𝑜
158 156 157 sylan9eqr ⊢ x ∈ On ∧ A = suc ⁡ x → cf ⁡ A = 1 𝑜
159 limeq ⊢ cf ⁡ A = 1 𝑜 → Lim ⁡ cf ⁡ A ↔ Lim ⁡ 1 𝑜
160 158 159 syl ⊢ x ∈ On ∧ A = suc ⁡ x → Lim ⁡ cf ⁡ A ↔ Lim ⁡ 1 𝑜
161 155 160 mtbiri ⊢ x ∈ On ∧ A = suc ⁡ x → ¬ Lim ⁡ cf ⁡ A
162 161 rexlimiva ⊢ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x → ¬ Lim ⁡ cf ⁡ A
163 145 162 jaoi ⊢ A = ∅ ∨ ∃ x ∈ On A = suc ⁡ x → ¬ Lim ⁡ cf ⁡ A
164 139 163 syl6 ⊢ A ∈ On → ¬ Lim ⁡ A → ¬ Lim ⁡ cf ⁡ A
165 164 con4d ⊢ A ∈ On → Lim ⁡ cf ⁡ A → Lim ⁡ A
166 cff ⊢ cf : On ⟶ On
167 166 fdmi ⊢ dom ⁡ cf = On
168 167 eleq2i ⊢ A ∈ dom ⁡ cf ↔ A ∈ On
169 ndmfv ⊢ ¬ A ∈ dom ⁡ cf → cf ⁡ A = ∅
170 168 169 sylnbir ⊢ ¬ A ∈ On → cf ⁡ A = ∅
171 170 143 syl ⊢ ¬ A ∈ On → Lim ⁡ cf ⁡ A ↔ Lim ⁡ ∅
172 78 171 mtbiri ⊢ ¬ A ∈ On → ¬ Lim ⁡ cf ⁡ A
173 172 pm2.21d ⊢ ¬ A ∈ On → Lim ⁡ cf ⁡ A → Lim ⁡ A
174 165 173 pm2.61i ⊢ Lim ⁡ cf ⁡ A → Lim ⁡ A
175 131 174 impbii ⊢ Lim ⁡ A ↔ Lim ⁡ cf ⁡ A