Metamath Proof Explorer


Theorem isercolllem2

Description: Lemma for isercoll . (Contributed by Mario Carneiro, 6-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses isercoll.z ⊢ Z = ℤ ≥ M
isercoll.m ⊢ φ → M ∈ ℤ
isercoll.g ⊢ φ → G : ℕ ⟶ Z
isercoll.i ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ → G ⁡ k < G ⁡ k + 1
Assertion isercolllem2 ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → 1 … G G -1 M … N = G -1 M … N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isercoll.z ⊢ Z = ℤ ≥ M
2 isercoll.m ⊢ φ → M ∈ ℤ
3 isercoll.g ⊢ φ → G : ℕ ⟶ Z
4 isercoll.i ⊢ φ ∧ k ∈ ℕ → G ⁡ k < G ⁡ k + 1
5 elfznn ⊢ x ∈ 1 … sup G -1 M … N ℝ < → x ∈ ℕ
6 5 a1i ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → x ∈ 1 … sup G -1 M … N ℝ < → x ∈ ℕ
7 cnvimass ⊢ G -1 M … N ⊆ dom ⁡ G
8 3 adantr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G : ℕ ⟶ Z
9 7 8 fssdm ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G -1 M … N ⊆ ℕ
10 9 sseld ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → x ∈ G -1 M … N → x ∈ ℕ
11 id ⊢ x ∈ ℕ → x ∈ ℕ
12 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
13 11 12 eleqtrdi ⊢ x ∈ ℕ → x ∈ ℤ ≥ 1
14 ltso ⊢ < Or ℝ
15 14 a1i ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → < Or ℝ
16 fzfid ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → M … N ∈ Fin
17 ffun ⊢ G : ℕ ⟶ Z → Fun ⁡ G
18 funimacnv ⊢ Fun ⁡ G → G G -1 M … N = M … N ∩ ran ⁡ G
19 8 17 18 3syl ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G G -1 M … N = M … N ∩ ran ⁡ G
20 inss1 ⊢ M … N ∩ ran ⁡ G ⊆ M … N
21 19 20 eqsstrdi ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G G -1 M … N ⊆ M … N
22 16 21 ssfid ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G G -1 M … N ∈ Fin
23 ssid ⊢ ℕ ⊆ ℕ
24 1 2 3 4 isercolllem1 ⊢ φ ∧ ℕ ⊆ ℕ → G ↾ ℕ Isom < , < ℕ G ℕ
25 23 24 mpan2 ⊢ φ → G ↾ ℕ Isom < , < ℕ G ℕ
26 ffn ⊢ G : ℕ ⟶ Z → G Fn ℕ
27 fnresdm ⊢ G Fn ℕ → G ↾ ℕ = G
28 isoeq1 ⊢ G ↾ ℕ = G → G ↾ ℕ Isom < , < ℕ G ℕ ↔ G Isom < , < ℕ G ℕ
29 3 26 27 28 4syl ⊢ φ → G ↾ ℕ Isom < , < ℕ G ℕ ↔ G Isom < , < ℕ G ℕ
30 25 29 mpbid ⊢ φ → G Isom < , < ℕ G ℕ
31 isof1o ⊢ G Isom < , < ℕ G ℕ → G : ℕ ⟶ 1-1 onto G ℕ
32 f1ocnv ⊢ G : ℕ ⟶ 1-1 onto G ℕ → G -1 : G ℕ ⟶ 1-1 onto ℕ
33 f1ofun ⊢ G -1 : G ℕ ⟶ 1-1 onto ℕ → Fun ⁡ G -1
34 30 31 32 33 4syl ⊢ φ → Fun ⁡ G -1
35 df-f1 ⊢ G : ℕ ⟶ 1-1 Z ↔ G : ℕ ⟶ Z ∧ Fun ⁡ G -1
36 3 34 35 sylanbrc ⊢ φ → G : ℕ ⟶ 1-1 Z
37 36 adantr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G : ℕ ⟶ 1-1 Z
38 nnex ⊢ ℕ ∈ V
39 ssexg ⊢ G -1 M … N ⊆ ℕ ∧ ℕ ∈ V → G -1 M … N ∈ V
40 9 38 39 sylancl ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G -1 M … N ∈ V
41 f1imaeng ⊢ G : ℕ ⟶ 1-1 Z ∧ G -1 M … N ⊆ ℕ ∧ G -1 M … N ∈ V → G G -1 M … N ≈ G -1 M … N
42 37 9 40 41 syl3anc ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G G -1 M … N ≈ G -1 M … N
43 42 ensymd ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G -1 M … N ≈ G G -1 M … N
44 enfii ⊢ G G -1 M … N ∈ Fin ∧ G -1 M … N ≈ G G -1 M … N → G -1 M … N ∈ Fin
45 22 43 44 syl2anc ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G -1 M … N ∈ Fin
46 1nn ⊢ 1 ∈ ℕ
47 46 a1i ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → 1 ∈ ℕ
48 ffvelcdm ⊢ G : ℕ ⟶ Z ∧ 1 ∈ ℕ → G ⁡ 1 ∈ Z
49 3 46 48 sylancl ⊢ φ → G ⁡ 1 ∈ Z
50 49 1 eleqtrdi ⊢ φ → G ⁡ 1 ∈ ℤ ≥ M
51 50 adantr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G ⁡ 1 ∈ ℤ ≥ M
52 simpr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1
53 elfzuzb ⊢ G ⁡ 1 ∈ M … N ↔ G ⁡ 1 ∈ ℤ ≥ M ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1
54 51 52 53 sylanbrc ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G ⁡ 1 ∈ M … N
55 8 ffnd ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G Fn ℕ
56 elpreima ⊢ G Fn ℕ → 1 ∈ G -1 M … N ↔ 1 ∈ ℕ ∧ G ⁡ 1 ∈ M … N
57 55 56 syl ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → 1 ∈ G -1 M … N ↔ 1 ∈ ℕ ∧ G ⁡ 1 ∈ M … N
58 47 54 57 mpbir2and ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → 1 ∈ G -1 M … N
59 58 ne0d ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G -1 M … N ≠ ∅
60 nnssre ⊢ ℕ ⊆ ℝ
61 9 60 sstrdi ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G -1 M … N ⊆ ℝ
62 fisupcl ⊢ < Or ℝ ∧ G -1 M … N ∈ Fin ∧ G -1 M … N ≠ ∅ ∧ G -1 M … N ⊆ ℝ → sup G -1 M … N ℝ < ∈ G -1 M … N
63 15 45 59 61 62 syl13anc ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → sup G -1 M … N ℝ < ∈ G -1 M … N
64 9 63 sseldd ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℕ
65 64 nnzd ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℤ
66 elfz5 ⊢ x ∈ ℤ ≥ 1 ∧ sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℤ → x ∈ 1 … sup G -1 M … N ℝ < ↔ x ≤ sup G -1 M … N ℝ <
67 13 65 66 syl2anr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → x ∈ 1 … sup G -1 M … N ℝ < ↔ x ≤ sup G -1 M … N ℝ <
68 elpreima ⊢ G Fn ℕ → sup G -1 M … N ℝ < ∈ G -1 M … N ↔ sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℕ ∧ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ∈ M … N
69 55 68 syl ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → sup G -1 M … N ℝ < ∈ G -1 M … N ↔ sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℕ ∧ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ∈ M … N
70 63 69 mpbid ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℕ ∧ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ∈ M … N
71 elfzle2 ⊢ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ∈ M … N → G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ≤ N
72 70 71 simpl2im ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ≤ N
73 72 adantr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ≤ N
74 uzssz ⊢ ℤ ≥ M ⊆ ℤ
75 1 74 eqsstri ⊢ Z ⊆ ℤ
76 zssre ⊢ ℤ ⊆ ℝ
77 75 76 sstri ⊢ Z ⊆ ℝ
78 8 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ⁡ x ∈ Z
79 77 78 sselid ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ⁡ x ∈ ℝ
80 8 64 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ∈ Z
81 80 adantr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ∈ Z
82 77 81 sselid ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℝ
83 eluzelz ⊢ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → N ∈ ℤ
84 83 ad2antlr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → N ∈ ℤ
85 76 84 sselid ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → N ∈ ℝ
86 letr ⊢ G ⁡ x ∈ ℝ ∧ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℝ ∧ N ∈ ℝ → G ⁡ x ≤ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ∧ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ≤ N → G ⁡ x ≤ N
87 79 82 85 86 syl3anc ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ⁡ x ≤ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ∧ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < ≤ N → G ⁡ x ≤ N
88 73 87 mpan2d ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ⁡ x ≤ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ < → G ⁡ x ≤ N
89 30 ad2antrr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G Isom < , < ℕ G ℕ
90 60 a1i ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → ℕ ⊆ ℝ
91 ressxr ⊢ ℝ ⊆ ℝ *
92 90 91 sstrdi ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → ℕ ⊆ ℝ *
93 imassrn ⊢ G ℕ ⊆ ran ⁡ G
94 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G : ℕ ⟶ Z
95 94 frnd ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → ran ⁡ G ⊆ Z
96 93 95 sstrid ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ℕ ⊆ Z
97 96 77 sstrdi ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ℕ ⊆ ℝ
98 97 91 sstrdi ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ℕ ⊆ ℝ *
99 simpr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → x ∈ ℕ
100 64 adantr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℕ
101 leisorel ⊢ G Isom < , < ℕ G ℕ ∧ ℕ ⊆ ℝ * ∧ G ℕ ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℕ ∧ sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℕ → x ≤ sup G -1 M … N ℝ < ↔ G ⁡ x ≤ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ <
102 89 92 98 99 100 101 syl122anc ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → x ≤ sup G -1 M … N ℝ < ↔ G ⁡ x ≤ G ⁡ sup G -1 M … N ℝ <
103 78 1 eleqtrdi ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ⁡ x ∈ ℤ ≥ M
104 elfz5 ⊢ G ⁡ x ∈ ℤ ≥ M ∧ N ∈ ℤ → G ⁡ x ∈ M … N ↔ G ⁡ x ≤ N
105 103 84 104 syl2anc ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → G ⁡ x ∈ M … N ↔ G ⁡ x ≤ N
106 88 102 105 3imtr4d ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → x ≤ sup G -1 M … N ℝ < → G ⁡ x ∈ M … N
107 elpreima ⊢ G Fn ℕ → x ∈ G -1 M … N ↔ x ∈ ℕ ∧ G ⁡ x ∈ M … N
108 107 baibd ⊢ G Fn ℕ ∧ x ∈ ℕ → x ∈ G -1 M … N ↔ G ⁡ x ∈ M … N
109 55 108 sylan ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → x ∈ G -1 M … N ↔ G ⁡ x ∈ M … N
110 106 109 sylibrd ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → x ≤ sup G -1 M … N ℝ < → x ∈ G -1 M … N
111 fimaxre2 ⊢ G -1 M … N ⊆ ℝ ∧ G -1 M … N ∈ Fin → ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ G -1 M … N y ≤ x
112 61 45 111 syl2anc ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ G -1 M … N y ≤ x
113 suprub ⊢ G -1 M … N ⊆ ℝ ∧ G -1 M … N ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ G -1 M … N y ≤ x ∧ x ∈ G -1 M … N → x ≤ sup G -1 M … N ℝ <
114 113 ex ⊢ G -1 M … N ⊆ ℝ ∧ G -1 M … N ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ G -1 M … N y ≤ x → x ∈ G -1 M … N → x ≤ sup G -1 M … N ℝ <
115 61 59 112 114 syl3anc ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → x ∈ G -1 M … N → x ≤ sup G -1 M … N ℝ <
116 115 adantr ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → x ∈ G -1 M … N → x ≤ sup G -1 M … N ℝ <
117 110 116 impbid ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → x ≤ sup G -1 M … N ℝ < ↔ x ∈ G -1 M … N
118 67 117 bitrd ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 ∧ x ∈ ℕ → x ∈ 1 … sup G -1 M … N ℝ < ↔ x ∈ G -1 M … N
119 118 ex ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → x ∈ ℕ → x ∈ 1 … sup G -1 M … N ℝ < ↔ x ∈ G -1 M … N
120 6 10 119 pm5.21ndd ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → x ∈ 1 … sup G -1 M … N ℝ < ↔ x ∈ G -1 M … N
121 120 eqrdv ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → 1 … sup G -1 M … N ℝ < = G -1 M … N
122 121 fveq2d ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → 1 … sup G -1 M … N ℝ < = G -1 M … N
123 64 nnnn0d ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℕ 0
124 hashfz1 ⊢ sup G -1 M … N ℝ < ∈ ℕ 0 → 1 … sup G -1 M … N ℝ < = sup G -1 M … N ℝ <
125 123 124 syl ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → 1 … sup G -1 M … N ℝ < = sup G -1 M … N ℝ <
126 hashen ⊢ G -1 M … N ∈ Fin ∧ G G -1 M … N ∈ Fin → G -1 M … N = G G -1 M … N ↔ G -1 M … N ≈ G G -1 M … N
127 45 22 126 syl2anc ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G -1 M … N = G G -1 M … N ↔ G -1 M … N ≈ G G -1 M … N
128 43 127 mpbird ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → G -1 M … N = G G -1 M … N
129 122 125 128 3eqtr3d ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → sup G -1 M … N ℝ < = G G -1 M … N
130 129 oveq2d ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → 1 … sup G -1 M … N ℝ < = 1 … G G -1 M … N
131 130 121 eqtr3d ⊢ φ ∧ N ∈ ℤ ≥ G ⁡ 1 → 1 … G G -1 M … N = G -1 M … N