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Theorem noinfep

Description: Using the Axiom of Regularity in the form zfregfr , show that there are no infinite descending e. -chains. Proposition 7.34 of TakeutiZaring p. 44. (Contributed by NM, 26-Jan-2006) (Revised by Mario Carneiro, 22-Mar-2013)

Ref Expression
Assertion noinfep ⊢ ∃ x ∈ ω F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 omex ⊢ ω ∈ V
2 1 mptex ⊢ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ∈ V
3 2 rnex ⊢ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ∈ V
4 zfregfr ⊢ E Fr ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w
5 ssid ⊢ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⊆ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w
6 dmmptg ⊢ ∀ w ∈ ω F ⁡ w ∈ V → dom ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w = ω
7 fvexd ⊢ w ∈ ω → F ⁡ w ∈ V
8 6 7 mprg ⊢ dom ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w = ω
9 peano1 ⊢ ∅ ∈ ω
10 9 ne0ii ⊢ ω ≠ ∅
11 8 10 eqnetri ⊢ dom ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ≠ ∅
12 dm0rn0 ⊢ dom ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w = ∅ ↔ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w = ∅
13 12 necon3bii ⊢ dom ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ≠ ∅ ↔ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ≠ ∅
14 11 13 mpbi ⊢ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ≠ ∅
15 fri ⊢ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ∈ V ∧ E Fr ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ∧ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⊆ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ∧ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ≠ ∅ → ∃ y ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ∀ z ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ¬ z E y
16 3 4 5 14 15 mp4an ⊢ ∃ y ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ∀ z ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ¬ z E y
17 fvex ⊢ F ⁡ w ∈ V
18 eqid ⊢ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w = w ∈ ω ⟼ F ⁡ w
19 17 18 fnmpti ⊢ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w Fn ω
20 fvelrnb ⊢ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w Fn ω → y ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ↔ ∃ x ∈ ω w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ x = y
21 19 20 ax-mp ⊢ y ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ↔ ∃ x ∈ ω w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ x = y
22 peano2 ⊢ x ∈ ω → suc ⁡ x ∈ ω
23 fveq2 ⊢ w = suc ⁡ x → F ⁡ w = F ⁡ suc ⁡ x
24 fvex ⊢ F ⁡ suc ⁡ x ∈ V
25 23 18 24 fvmpt ⊢ suc ⁡ x ∈ ω → w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ suc ⁡ x = F ⁡ suc ⁡ x
26 22 25 syl ⊢ x ∈ ω → w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ suc ⁡ x = F ⁡ suc ⁡ x
27 fnfvelrn ⊢ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w Fn ω ∧ suc ⁡ x ∈ ω → w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ suc ⁡ x ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w
28 19 22 27 sylancr ⊢ x ∈ ω → w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ suc ⁡ x ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w
29 26 28 eqeltrrd ⊢ x ∈ ω → F ⁡ suc ⁡ x ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w
30 epel ⊢ z E y ↔ z ∈ y
31 eleq1 ⊢ z = F ⁡ suc ⁡ x → z ∈ y ↔ F ⁡ suc ⁡ x ∈ y
32 30 31 bitrid ⊢ z = F ⁡ suc ⁡ x → z E y ↔ F ⁡ suc ⁡ x ∈ y
33 32 notbid ⊢ z = F ⁡ suc ⁡ x → ¬ z E y ↔ ¬ F ⁡ suc ⁡ x ∈ y
34 df-nel ⊢ F ⁡ suc ⁡ x ∉ y ↔ ¬ F ⁡ suc ⁡ x ∈ y
35 33 34 bitr4di ⊢ z = F ⁡ suc ⁡ x → ¬ z E y ↔ F ⁡ suc ⁡ x ∉ y
36 35 rspccv ⊢ ∀ z ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ¬ z E y → F ⁡ suc ⁡ x ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w → F ⁡ suc ⁡ x ∉ y
37 29 36 syl5com ⊢ x ∈ ω → ∀ z ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ¬ z E y → F ⁡ suc ⁡ x ∉ y
38 fveq2 ⊢ w = x → F ⁡ w = F ⁡ x
39 fvex ⊢ F ⁡ x ∈ V
40 38 18 39 fvmpt ⊢ x ∈ ω → w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ x = F ⁡ x
41 eqeq1 ⊢ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ x = y → w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ x = F ⁡ x ↔ y = F ⁡ x
42 40 41 syl5ibcom ⊢ x ∈ ω → w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ x = y → y = F ⁡ x
43 neleq2 ⊢ y = F ⁡ x → F ⁡ suc ⁡ x ∉ y ↔ F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x
44 43 biimpd ⊢ y = F ⁡ x → F ⁡ suc ⁡ x ∉ y → F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x
45 42 44 syl6 ⊢ x ∈ ω → w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ x = y → F ⁡ suc ⁡ x ∉ y → F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x
46 45 com23 ⊢ x ∈ ω → F ⁡ suc ⁡ x ∉ y → w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ x = y → F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x
47 37 46 syldc ⊢ ∀ z ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ¬ z E y → x ∈ ω → w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ x = y → F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x
48 47 reximdvai ⊢ ∀ z ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ¬ z E y → ∃ x ∈ ω w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ⁡ x = y → ∃ x ∈ ω F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x
49 21 48 biimtrid ⊢ ∀ z ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ¬ z E y → y ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w → ∃ x ∈ ω F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x
50 49 com12 ⊢ y ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w → ∀ z ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ¬ z E y → ∃ x ∈ ω F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x
51 50 rexlimiv ⊢ ∃ y ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ∀ z ∈ ran ⁡ w ∈ ω ⟼ F ⁡ w ¬ z E y → ∃ x ∈ ω F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x
52 16 51 ax-mp ⊢ ∃ x ∈ ω F ⁡ suc ⁡ x ∉ F ⁡ x