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Theorem wofib

Description: The only sets which are well-ordered forwards and backwards are finite sets. (Contributed by Mario Carneiro, 30-Jan-2014) (Revised by Mario Carneiro, 23-May-2015)

Ref Expression
Hypothesis wofib.1 ⊢ A ∈ V
Assertion wofib ⊢ R Or A ∧ A ∈ Fin ↔ R We A ∧ R -1 We A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 wofib.1 ⊢ A ∈ V
2 wofi ⊢ R Or A ∧ A ∈ Fin → R We A
3 cnvso ⊢ R Or A ↔ R -1 Or A
4 wofi ⊢ R -1 Or A ∧ A ∈ Fin → R -1 We A
5 3 4 sylanb ⊢ R Or A ∧ A ∈ Fin → R -1 We A
6 2 5 jca ⊢ R Or A ∧ A ∈ Fin → R We A ∧ R -1 We A
7 weso ⊢ R We A → R Or A
8 7 adantr ⊢ R We A ∧ R -1 We A → R Or A
9 peano2 ⊢ y ∈ ω → suc ⁡ y ∈ ω
10 sucidg ⊢ y ∈ ω → y ∈ suc ⁡ y
11 vex ⊢ z ∈ V
12 vex ⊢ y ∈ V
13 11 12 brcnv ⊢ z E -1 y ↔ y E z
14 epel ⊢ y E z ↔ y ∈ z
15 13 14 bitri ⊢ z E -1 y ↔ y ∈ z
16 eleq2 ⊢ z = suc ⁡ y → y ∈ z ↔ y ∈ suc ⁡ y
17 15 16 bitrid ⊢ z = suc ⁡ y → z E -1 y ↔ y ∈ suc ⁡ y
18 17 rspcev ⊢ suc ⁡ y ∈ ω ∧ y ∈ suc ⁡ y → ∃ z ∈ ω z E -1 y
19 9 10 18 syl2anc ⊢ y ∈ ω → ∃ z ∈ ω z E -1 y
20 dfrex2 ⊢ ∃ z ∈ ω z E -1 y ↔ ¬ ∀ z ∈ ω ¬ z E -1 y
21 19 20 sylib ⊢ y ∈ ω → ¬ ∀ z ∈ ω ¬ z E -1 y
22 21 nrex ⊢ ¬ ∃ y ∈ ω ∀ z ∈ ω ¬ z E -1 y
23 ordom ⊢ Ord ⁡ ω
24 eqid ⊢ OrdIso R A = OrdIso R A
25 24 oicl ⊢ Ord ⁡ dom ⁡ OrdIso R A
26 ordtri1 ⊢ Ord ⁡ ω ∧ Ord ⁡ dom ⁡ OrdIso R A → ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A ↔ ¬ dom ⁡ OrdIso R A ∈ ω
27 23 25 26 mp2an ⊢ ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A ↔ ¬ dom ⁡ OrdIso R A ∈ ω
28 24 oion ⊢ A ∈ V → dom ⁡ OrdIso R A ∈ On
29 1 28 mp1i ⊢ R We A ∧ R -1 We A ∧ ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A → dom ⁡ OrdIso R A ∈ On
30 simpr ⊢ R We A ∧ R -1 We A ∧ ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A → ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A
31 29 30 ssexd ⊢ R We A ∧ R -1 We A ∧ ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A → ω ∈ V
32 24 oiiso ⊢ A ∈ V ∧ R We A → OrdIso R A Isom E , R dom ⁡ OrdIso R A A
33 1 32 mpan ⊢ R We A → OrdIso R A Isom E , R dom ⁡ OrdIso R A A
34 isocnv2 ⊢ OrdIso R A Isom E , R dom ⁡ OrdIso R A A ↔ OrdIso R A Isom E -1 , R -1 dom ⁡ OrdIso R A A
35 33 34 sylib ⊢ R We A → OrdIso R A Isom E -1 , R -1 dom ⁡ OrdIso R A A
36 wefr ⊢ R -1 We A → R -1 Fr A
37 isofr ⊢ OrdIso R A Isom E -1 , R -1 dom ⁡ OrdIso R A A → E -1 Fr dom ⁡ OrdIso R A ↔ R -1 Fr A
38 37 biimpar ⊢ OrdIso R A Isom E -1 , R -1 dom ⁡ OrdIso R A A ∧ R -1 Fr A → E -1 Fr dom ⁡ OrdIso R A
39 35 36 38 syl2an ⊢ R We A ∧ R -1 We A → E -1 Fr dom ⁡ OrdIso R A
40 39 adantr ⊢ R We A ∧ R -1 We A ∧ ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A → E -1 Fr dom ⁡ OrdIso R A
41 1onn ⊢ 1 𝑜 ∈ ω
42 ne0i ⊢ 1 𝑜 ∈ ω → ω ≠ ∅
43 41 42 mp1i ⊢ R We A ∧ R -1 We A ∧ ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A → ω ≠ ∅
44 fri ⊢ ω ∈ V ∧ E -1 Fr dom ⁡ OrdIso R A ∧ ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A ∧ ω ≠ ∅ → ∃ y ∈ ω ∀ z ∈ ω ¬ z E -1 y
45 31 40 30 43 44 syl22anc ⊢ R We A ∧ R -1 We A ∧ ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A → ∃ y ∈ ω ∀ z ∈ ω ¬ z E -1 y
46 45 ex ⊢ R We A ∧ R -1 We A → ω ⊆ dom ⁡ OrdIso R A → ∃ y ∈ ω ∀ z ∈ ω ¬ z E -1 y
47 27 46 biimtrrid ⊢ R We A ∧ R -1 We A → ¬ dom ⁡ OrdIso R A ∈ ω → ∃ y ∈ ω ∀ z ∈ ω ¬ z E -1 y
48 22 47 mt3i ⊢ R We A ∧ R -1 We A → dom ⁡ OrdIso R A ∈ ω
49 ssid ⊢ dom ⁡ OrdIso R A ⊆ dom ⁡ OrdIso R A
50 ssnnfi ⊢ dom ⁡ OrdIso R A ∈ ω ∧ dom ⁡ OrdIso R A ⊆ dom ⁡ OrdIso R A → dom ⁡ OrdIso R A ∈ Fin
51 48 49 50 sylancl ⊢ R We A ∧ R -1 We A → dom ⁡ OrdIso R A ∈ Fin
52 simpl ⊢ R We A ∧ R -1 We A → R We A
53 24 oien ⊢ A ∈ V ∧ R We A → dom ⁡ OrdIso R A ≈ A
54 1 52 53 sylancr ⊢ R We A ∧ R -1 We A → dom ⁡ OrdIso R A ≈ A
55 enfi ⊢ dom ⁡ OrdIso R A ≈ A → dom ⁡ OrdIso R A ∈ Fin ↔ A ∈ Fin
56 54 55 syl ⊢ R We A ∧ R -1 We A → dom ⁡ OrdIso R A ∈ Fin ↔ A ∈ Fin
57 51 56 mpbid ⊢ R We A ∧ R -1 We A → A ∈ Fin
58 8 57 jca ⊢ R We A ∧ R -1 We A → R Or A ∧ A ∈ Fin
59 6 58 impbii ⊢ R Or A ∧ A ∈ Fin ↔ R We A ∧ R -1 We A