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Theorem infensuc

Description: Any infinite ordinal is equinumerous to its successor. Exercise 7 of TakeutiZaring p. 88. Proved without the Axiom of Infinity. (Contributed by NM, 30-Oct-2003) (Revised by Mario Carneiro, 13-Jan-2013)

Ref Expression
Assertion infensuc ⊢ A ∈ On ∧ ω ⊆ A → A ≈ suc ⁡ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 onprc ⊢ ¬ On ∈ V
2 eleq1 ⊢ ω = On → ω ∈ V ↔ On ∈ V
3 1 2 mtbiri ⊢ ω = On → ¬ ω ∈ V
4 ssexg ⊢ ω ⊆ A ∧ A ∈ On → ω ∈ V
5 4 ancoms ⊢ A ∈ On ∧ ω ⊆ A → ω ∈ V
6 3 5 nsyl3 ⊢ A ∈ On ∧ ω ⊆ A → ¬ ω = On
7 omon ⊢ ω ∈ On ∨ ω = On
8 7 ori ⊢ ¬ ω ∈ On → ω = On
9 6 8 nsyl2 ⊢ A ∈ On ∧ ω ⊆ A → ω ∈ On
10 id ⊢ x = ω → x = ω
11 suceq ⊢ x = ω → suc ⁡ x = suc ⁡ ω
12 10 11 breq12d ⊢ x = ω → x ≈ suc ⁡ x ↔ ω ≈ suc ⁡ ω
13 id ⊢ x = y → x = y
14 suceq ⊢ x = y → suc ⁡ x = suc ⁡ y
15 13 14 breq12d ⊢ x = y → x ≈ suc ⁡ x ↔ y ≈ suc ⁡ y
16 id ⊢ x = suc ⁡ y → x = suc ⁡ y
17 suceq ⊢ x = suc ⁡ y → suc ⁡ x = suc ⁡ suc ⁡ y
18 16 17 breq12d ⊢ x = suc ⁡ y → x ≈ suc ⁡ x ↔ suc ⁡ y ≈ suc ⁡ suc ⁡ y
19 id ⊢ x = A → x = A
20 suceq ⊢ x = A → suc ⁡ x = suc ⁡ A
21 19 20 breq12d ⊢ x = A → x ≈ suc ⁡ x ↔ A ≈ suc ⁡ A
22 limom ⊢ Lim ⁡ ω
23 22 limensuci ⊢ ω ∈ On → ω ≈ suc ⁡ ω
24 vex ⊢ y ∈ V
25 24 sucex ⊢ suc ⁡ y ∈ V
26 en2sn ⊢ y ∈ V ∧ suc ⁡ y ∈ V → y ≈ suc ⁡ y
27 24 25 26 mp2an ⊢ y ≈ suc ⁡ y
28 eloni ⊢ y ∈ On → Ord ⁡ y
29 ordirr ⊢ Ord ⁡ y → ¬ y ∈ y
30 28 29 syl ⊢ y ∈ On → ¬ y ∈ y
31 disjsn ⊢ y ∩ y = ∅ ↔ ¬ y ∈ y
32 30 31 sylibr ⊢ y ∈ On → y ∩ y = ∅
33 eloni ⊢ suc ⁡ y ∈ On → Ord ⁡ suc ⁡ y
34 ordirr ⊢ Ord ⁡ suc ⁡ y → ¬ suc ⁡ y ∈ suc ⁡ y
35 33 34 syl ⊢ suc ⁡ y ∈ On → ¬ suc ⁡ y ∈ suc ⁡ y
36 onsucb ⊢ y ∈ On ↔ suc ⁡ y ∈ On
37 disjsn ⊢ suc ⁡ y ∩ suc ⁡ y = ∅ ↔ ¬ suc ⁡ y ∈ suc ⁡ y
38 35 36 37 3imtr4i ⊢ y ∈ On → suc ⁡ y ∩ suc ⁡ y = ∅
39 32 38 jca ⊢ y ∈ On → y ∩ y = ∅ ∧ suc ⁡ y ∩ suc ⁡ y = ∅
40 unen ⊢ y ≈ suc ⁡ y ∧ y ≈ suc ⁡ y ∧ y ∩ y = ∅ ∧ suc ⁡ y ∩ suc ⁡ y = ∅ → y ∪ y ≈ suc ⁡ y ∪ suc ⁡ y
41 df-suc ⊢ suc ⁡ y = y ∪ y
42 df-suc ⊢ suc ⁡ suc ⁡ y = suc ⁡ y ∪ suc ⁡ y
43 40 41 42 3brtr4g ⊢ y ≈ suc ⁡ y ∧ y ≈ suc ⁡ y ∧ y ∩ y = ∅ ∧ suc ⁡ y ∩ suc ⁡ y = ∅ → suc ⁡ y ≈ suc ⁡ suc ⁡ y
44 43 ex ⊢ y ≈ suc ⁡ y ∧ y ≈ suc ⁡ y → y ∩ y = ∅ ∧ suc ⁡ y ∩ suc ⁡ y = ∅ → suc ⁡ y ≈ suc ⁡ suc ⁡ y
45 39 44 syl5 ⊢ y ≈ suc ⁡ y ∧ y ≈ suc ⁡ y → y ∈ On → suc ⁡ y ≈ suc ⁡ suc ⁡ y
46 27 45 mpan2 ⊢ y ≈ suc ⁡ y → y ∈ On → suc ⁡ y ≈ suc ⁡ suc ⁡ y
47 46 com12 ⊢ y ∈ On → y ≈ suc ⁡ y → suc ⁡ y ≈ suc ⁡ suc ⁡ y
48 47 ad2antrr ⊢ y ∈ On ∧ ω ∈ On ∧ ω ⊆ y → y ≈ suc ⁡ y → suc ⁡ y ≈ suc ⁡ suc ⁡ y
49 vex ⊢ x ∈ V
50 limensuc ⊢ x ∈ V ∧ Lim ⁡ x → x ≈ suc ⁡ x
51 49 50 mpan ⊢ Lim ⁡ x → x ≈ suc ⁡ x
52 51 ad2antrr ⊢ Lim ⁡ x ∧ ω ∈ On ∧ ω ⊆ x → x ≈ suc ⁡ x
53 52 a1d ⊢ Lim ⁡ x ∧ ω ∈ On ∧ ω ⊆ x → ∀ y ∈ x ω ⊆ y → y ≈ suc ⁡ y → x ≈ suc ⁡ x
54 12 15 18 21 23 48 53 tfindsg ⊢ A ∈ On ∧ ω ∈ On ∧ ω ⊆ A → A ≈ suc ⁡ A
55 54 exp31 ⊢ A ∈ On → ω ∈ On → ω ⊆ A → A ≈ suc ⁡ A
56 55 com23 ⊢ A ∈ On → ω ⊆ A → ω ∈ On → A ≈ suc ⁡ A
57 56 imp ⊢ A ∈ On ∧ ω ⊆ A → ω ∈ On → A ≈ suc ⁡ A
58 9 57 mpd ⊢ A ∈ On ∧ ω ⊆ A → A ≈ suc ⁡ A