Metamath Proof Explorer


Theorem iundisjfi

Description: Rewrite a countable union as a disjoint union, finite version. Cf. iundisj . (Contributed by Thierry Arnoux, 15-Feb-2017)

Ref Expression
Hypotheses iundisj3.0 ⊢ Ⅎ _ n B
iundisj3.1 ⊢ n = k → A = B
Assertion iundisjfi ⊢ ⋃ n ∈ 1 ..^ N A = ⋃ n ∈ 1 ..^ N A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 iundisj3.0 ⊢ Ⅎ _ n B
2 iundisj3.1 ⊢ n = k → A = B
3 ssrab2 ⊢ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ⊆ 1 ..^ N
4 fzossnn ⊢ 1 ..^ N ⊆ ℕ
5 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
6 4 5 sseqtri ⊢ 1 ..^ N ⊆ ℤ ≥ 1
7 3 6 sstri ⊢ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ⊆ ℤ ≥ 1
8 rabn0 ⊢ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ≠ ∅ ↔ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A
9 8 biimpri ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ≠ ∅
10 infssuzcl ⊢ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ⊆ ℤ ≥ 1 ∧ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ≠ ∅ → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∈ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A
11 7 9 10 sylancr ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∈ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A
12 3 11 sselid ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∈ 1 ..^ N
13 nfrab1 ⊢ Ⅎ _ n n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A
14 nfcv ⊢ Ⅎ _ n ℝ
15 nfcv ⊢ Ⅎ _ n <
16 13 14 15 nfinf ⊢ Ⅎ _ n inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ <
17 nfcv ⊢ Ⅎ _ n 1 ..^ N
18 16 nfcsb1 ⊢ Ⅎ _ n ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A
19 18 nfcri ⊢ Ⅎ n x ∈ ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A
20 csbeq1a ⊢ n = inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < → A = ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A
21 20 eleq2d ⊢ n = inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < → x ∈ A ↔ x ∈ ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A
22 16 17 19 21 elrabf ⊢ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∈ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ↔ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∈ 1 ..^ N ∧ x ∈ ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A
23 11 22 sylib ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∈ 1 ..^ N ∧ x ∈ ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A
24 23 simprd ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → x ∈ ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A
25 3 4 sstri ⊢ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ⊆ ℕ
26 nnssre ⊢ ℕ ⊆ ℝ
27 25 26 sstri ⊢ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ⊆ ℝ
28 27 11 sselid ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∈ ℝ
29 28 ltnrd ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → ¬ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < < inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ <
30 eliun ⊢ x ∈ ⋃ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < B ↔ ∃ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < x ∈ B
31 28 ad2antrr ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∧ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∧ x ∈ B → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∈ ℝ
32 elfzouz2 ⊢ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∈ 1 ..^ N → N ∈ ℤ ≥ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ <
33 fzoss2 ⊢ N ∈ ℤ ≥ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < → 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ⊆ 1 ..^ N
34 12 32 33 3syl ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ⊆ 1 ..^ N
35 34 sselda ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∧ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < → k ∈ 1 ..^ N
36 35 adantr ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∧ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∧ x ∈ B → k ∈ 1 ..^ N
37 4 36 sselid ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∧ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∧ x ∈ B → k ∈ ℕ
38 37 nnred ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∧ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∧ x ∈ B → k ∈ ℝ
39 simpr ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∧ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∧ x ∈ B → x ∈ B
40 nfcv ⊢ Ⅎ _ n k
41 1 nfcri ⊢ Ⅎ n x ∈ B
42 2 eleq2d ⊢ n = k → x ∈ A ↔ x ∈ B
43 40 17 41 42 elrabf ⊢ k ∈ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ↔ k ∈ 1 ..^ N ∧ x ∈ B
44 36 39 43 sylanbrc ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∧ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∧ x ∈ B → k ∈ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A
45 infssuzle ⊢ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ⊆ ℤ ≥ 1 ∧ k ∈ n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ≤ k
46 7 44 45 sylancr ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∧ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∧ x ∈ B → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ≤ k
47 elfzolt2 ⊢ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < → k < inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ <
48 47 ad2antlr ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∧ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∧ x ∈ B → k < inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ <
49 31 38 31 46 48 lelttrd ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∧ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∧ x ∈ B → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < < inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ <
50 49 rexlimdva2 ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → ∃ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < x ∈ B → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < < inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ <
51 30 50 biimtrid ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → x ∈ ⋃ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < B → inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < < inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ <
52 29 51 mtod ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → ¬ x ∈ ⋃ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < B
53 24 52 eldifd ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → x ∈ ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < B
54 csbeq1 ⊢ m = inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < → ⦋ m / n⦌ A = ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A
55 oveq2 ⊢ m = inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < → 1 ..^ m = 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ <
56 55 iuneq1d ⊢ m = inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < → ⋃ k ∈ 1 ..^ m B = ⋃ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < B
57 54 56 difeq12d ⊢ m = inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < → ⦋ m / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ m B = ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < B
58 57 eleq2d ⊢ m = inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < → x ∈ ⦋ m / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ m B ↔ x ∈ ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < B
59 58 rspcev ⊢ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < ∈ 1 ..^ N ∧ x ∈ ⦋ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ inf n ∈ 1 ..^ N | x ∈ A ℝ < B → ∃ m ∈ 1 ..^ N x ∈ ⦋ m / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ m B
60 12 53 59 syl2anc ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → ∃ m ∈ 1 ..^ N x ∈ ⦋ m / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ m B
61 nfv ⊢ Ⅎ m x ∈ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B
62 nfcsb1v ⊢ Ⅎ _ n ⦋ m / n⦌ A
63 nfcv ⊢ Ⅎ _ n 1 ..^ m
64 63 1 nfiun ⊢ Ⅎ _ n ⋃ k ∈ 1 ..^ m B
65 62 64 nfdif ⊢ Ⅎ _ n ⦋ m / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ m B
66 65 nfcri ⊢ Ⅎ n x ∈ ⦋ m / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ m B
67 csbeq1a ⊢ n = m → A = ⦋ m / n⦌ A
68 oveq2 ⊢ n = m → 1 ..^ n = 1 ..^ m
69 68 iuneq1d ⊢ n = m → ⋃ k ∈ 1 ..^ n B = ⋃ k ∈ 1 ..^ m B
70 67 69 difeq12d ⊢ n = m → A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B = ⦋ m / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ m B
71 70 eleq2d ⊢ n = m → x ∈ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B ↔ x ∈ ⦋ m / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ m B
72 61 66 71 cbvrexw ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B ↔ ∃ m ∈ 1 ..^ N x ∈ ⦋ m / n⦌ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ m B
73 60 72 sylibr ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A → ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B
74 eldifi ⊢ x ∈ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B → x ∈ A
75 74 reximi ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B → ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A
76 73 75 impbii ⊢ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ↔ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B
77 eliun ⊢ x ∈ ⋃ n ∈ 1 ..^ N A ↔ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A
78 eliun ⊢ x ∈ ⋃ n ∈ 1 ..^ N A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B ↔ ∃ n ∈ 1 ..^ N x ∈ A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B
79 76 77 78 3bitr4i ⊢ x ∈ ⋃ n ∈ 1 ..^ N A ↔ x ∈ ⋃ n ∈ 1 ..^ N A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B
80 79 eqriv ⊢ ⋃ n ∈ 1 ..^ N A = ⋃ n ∈ 1 ..^ N A ∖ ⋃ k ∈ 1 ..^ n B