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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 sucelon 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