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Theorem trcl

Description: For any set A , show the properties of its transitive closure C . Similar to Theorem 9.1 of TakeutiZaring p. 73 except that we show an explicit expression for the transitive closure rather than just its existence. See tz9.1 for an abbreviated version showing existence. (Contributed by NM, 14-Sep-2003) (Revised by Mario Carneiro, 11-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses trcl.1 A V
trcl.2 F = rec z V z z A ω
trcl.3 C = y ω F y
Assertion trcl A C Tr C x A x Tr x C x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 trcl.1 A V
2 trcl.2 F = rec z V z z A ω
3 trcl.3 C = y ω F y
4 peano1 ω
5 2 fveq1i F = rec z V z z A ω
6 fr0g A V rec z V z z A ω = A
7 1 6 ax-mp rec z V z z A ω = A
8 5 7 eqtr2i A = F
9 8 eqimssi A F
10 fveq2 y = F y = F
11 10 sseq2d y = A F y A F
12 11 rspcev ω A F y ω A F y
13 4 9 12 mp2an y ω A F y
14 ssiun y ω A F y A y ω F y
15 13 14 ax-mp A y ω F y
16 15 3 sseqtrri A C
17 dftr2 Tr y ω F y v u v u u y ω F y v y ω F y
18 eliun u y ω F y y ω u F y
19 18 anbi2i v u u y ω F y v u y ω u F y
20 r19.42v y ω v u u F y v u y ω u F y
21 19 20 bitr4i v u u y ω F y y ω v u u F y
22 elunii v u u F y v F y
23 ssun2 F y F y F y
24 fvex F y V
25 24 uniex F y V
26 24 25 unex F y F y V
27 id x = z x = z
28 unieq x = z x = z
29 27 28 uneq12d x = z x x = z z
30 id x = F y x = F y
31 unieq x = F y x = F y
32 30 31 uneq12d x = F y x x = F y F y
33 2 29 32 frsucmpt2 y ω F y F y V F suc y = F y F y
34 26 33 mpan2 y ω F suc y = F y F y
35 23 34 sseqtrrid y ω F y F suc y
36 35 sseld y ω v F y v F suc y
37 22 36 syl5 y ω v u u F y v F suc y
38 37 reximia y ω v u u F y y ω v F suc y
39 21 38 sylbi v u u y ω F y y ω v F suc y
40 peano2 y ω suc y ω
41 fveq2 u = suc y F u = F suc y
42 41 eleq2d u = suc y v F u v F suc y
43 42 rspcev suc y ω v F suc y u ω v F u
44 43 ex suc y ω v F suc y u ω v F u
45 40 44 syl y ω v F suc y u ω v F u
46 45 rexlimiv y ω v F suc y u ω v F u
47 fveq2 y = u F y = F u
48 47 eleq2d y = u v F y v F u
49 48 cbvrexvw y ω v F y u ω v F u
50 46 49 sylibr y ω v F suc y y ω v F y
51 eliun v y ω F y y ω v F y
52 50 51 sylibr y ω v F suc y v y ω F y
53 39 52 syl v u u y ω F y v y ω F y
54 53 ax-gen u v u u y ω F y v y ω F y
55 17 54 mpgbir Tr y ω F y
56 treq C = y ω F y Tr C Tr y ω F y
57 3 56 ax-mp Tr C Tr y ω F y
58 55 57 mpbir Tr C
59 fveq2 v = F v = F
60 59 sseq1d v = F v x F x
61 fveq2 v = y F v = F y
62 61 sseq1d v = y F v x F y x
63 fveq2 v = suc y F v = F suc y
64 63 sseq1d v = suc y F v x F suc y x
65 5 7 eqtri F = A
66 65 sseq1i F x A x
67 66 biimpri A x F x
68 67 adantr A x Tr x F x
69 uniss F y x F y x
70 df-tr Tr x x x
71 sstr2 F y x x x F y x
72 70 71 syl5bi F y x Tr x F y x
73 69 72 syl F y x Tr x F y x
74 73 anc2li F y x Tr x F y x F y x
75 unss F y x F y x F y F y x
76 74 75 syl6ib F y x Tr x F y F y x
77 34 sseq1d y ω F suc y x F y F y x
78 77 biimprd y ω F y F y x F suc y x
79 76 78 syl9r y ω F y x Tr x F suc y x
80 79 com23 y ω Tr x F y x F suc y x
81 80 adantld y ω A x Tr x F y x F suc y x
82 60 62 64 68 81 finds2 v ω A x Tr x F v x
83 82 com12 A x Tr x v ω F v x
84 83 ralrimiv A x Tr x v ω F v x
85 fveq2 y = v F y = F v
86 85 cbviunv y ω F y = v ω F v
87 3 86 eqtri C = v ω F v
88 87 sseq1i C x v ω F v x
89 iunss v ω F v x v ω F v x
90 88 89 bitri C x v ω F v x
91 84 90 sylibr A x Tr x C x
92 91 ax-gen x A x Tr x C x
93 16 58 92 3pm3.2i A C Tr C x A x Tr x C x