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Theorem canthp1

Description: A slightly stronger form of Cantor's theorem: For 1 < n , n + 1 < 2 ^ n . Corollary 1.6 of KanamoriPincus p. 417. (Contributed by Mario Carneiro, 18-May-2015)

Ref Expression
Assertion canthp1 ( 1o𝐴 → ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≺ 𝒫 𝐴 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 1sdom2 1o ≺ 2o
2 sdomdom ( 1o ≺ 2o → 1o ≼ 2o )
3 1 2 ax-mp 1o ≼ 2o
4 relsdom Rel ≺
5 4 brrelex2i ( 1o𝐴𝐴 ∈ V )
6 djudom2 ( ( 1o ≼ 2o𝐴 ∈ V ) → ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≼ ( 𝐴 ⊔ 2o ) )
7 3 5 6 sylancr ( 1o𝐴 → ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≼ ( 𝐴 ⊔ 2o ) )
8 canthp1lem1 ( 1o𝐴 → ( 𝐴 ⊔ 2o ) ≼ 𝒫 𝐴 )
9 domtr ( ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≼ ( 𝐴 ⊔ 2o ) ∧ ( 𝐴 ⊔ 2o ) ≼ 𝒫 𝐴 ) → ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≼ 𝒫 𝐴 )
10 7 8 9 syl2anc ( 1o𝐴 → ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≼ 𝒫 𝐴 )
11 fal ¬ ⊥
12 ensym ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≈ 𝒫 𝐴 → 𝒫 𝐴 ≈ ( 𝐴 ⊔ 1o ) )
13 bren ( 𝒫 𝐴 ≈ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ↔ ∃ 𝑓 𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) )
14 12 13 sylib ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≈ 𝒫 𝐴 → ∃ 𝑓 𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) )
15 f1of ( 𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) → 𝑓 : 𝒫 𝐴 ⟶ ( 𝐴 ⊔ 1o ) )
16 pwidg ( 𝐴 ∈ V → 𝐴 ∈ 𝒫 𝐴 )
17 5 16 syl ( 1o𝐴𝐴 ∈ 𝒫 𝐴 )
18 ffvelrn ( ( 𝑓 : 𝒫 𝐴 ⟶ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∧ 𝐴 ∈ 𝒫 𝐴 ) → ( 𝑓𝐴 ) ∈ ( 𝐴 ⊔ 1o ) )
19 15 17 18 syl2anr ( ( 1o𝐴𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ) → ( 𝑓𝐴 ) ∈ ( 𝐴 ⊔ 1o ) )
20 dju1dif ( ( 𝐴 ∈ V ∧ ( 𝑓𝐴 ) ∈ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ) → ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) ≈ 𝐴 )
21 5 19 20 syl2an2r ( ( 1o𝐴𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ) → ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) ≈ 𝐴 )
22 bren ( ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) ≈ 𝐴 ↔ ∃ 𝑔 𝑔 : ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) –1-1-onto𝐴 )
23 21 22 sylib ( ( 1o𝐴𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ) → ∃ 𝑔 𝑔 : ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) –1-1-onto𝐴 )
24 simpll ( ( ( 1o𝐴𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ) ∧ 𝑔 : ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) –1-1-onto𝐴 ) → 1o𝐴 )
25 simplr ( ( ( 1o𝐴𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ) ∧ 𝑔 : ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) –1-1-onto𝐴 ) → 𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) )
26 simpr ( ( ( 1o𝐴𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ) ∧ 𝑔 : ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) –1-1-onto𝐴 ) → 𝑔 : ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) –1-1-onto𝐴 )
27 eqeq1 ( 𝑤 = 𝑥 → ( 𝑤 = 𝐴𝑥 = 𝐴 ) )
28 id ( 𝑤 = 𝑥𝑤 = 𝑥 )
29 27 28 ifbieq2d ( 𝑤 = 𝑥 → if ( 𝑤 = 𝐴 , ∅ , 𝑤 ) = if ( 𝑥 = 𝐴 , ∅ , 𝑥 ) )
30 29 cbvmptv ( 𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if ( 𝑤 = 𝐴 , ∅ , 𝑤 ) ) = ( 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if ( 𝑥 = 𝐴 , ∅ , 𝑥 ) )
31 30 coeq2i ( ( 𝑔𝑓 ) ∘ ( 𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if ( 𝑤 = 𝐴 , ∅ , 𝑤 ) ) ) = ( ( 𝑔𝑓 ) ∘ ( 𝑥 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if ( 𝑥 = 𝐴 , ∅ , 𝑥 ) ) )
32 eqid { ⟨ 𝑎 , 𝑠 ⟩ ∣ ( ( 𝑎𝐴𝑠 ⊆ ( 𝑎 × 𝑎 ) ) ∧ ( 𝑠 We 𝑎 ∧ ∀ 𝑧𝑎 ( ( ( 𝑔𝑓 ) ∘ ( 𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if ( 𝑤 = 𝐴 , ∅ , 𝑤 ) ) ) ‘ ( 𝑠 “ { 𝑧 } ) ) = 𝑧 ) ) } = { ⟨ 𝑎 , 𝑠 ⟩ ∣ ( ( 𝑎𝐴𝑠 ⊆ ( 𝑎 × 𝑎 ) ) ∧ ( 𝑠 We 𝑎 ∧ ∀ 𝑧𝑎 ( ( ( 𝑔𝑓 ) ∘ ( 𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if ( 𝑤 = 𝐴 , ∅ , 𝑤 ) ) ) ‘ ( 𝑠 “ { 𝑧 } ) ) = 𝑧 ) ) }
33 32 fpwwecbv { ⟨ 𝑎 , 𝑠 ⟩ ∣ ( ( 𝑎𝐴𝑠 ⊆ ( 𝑎 × 𝑎 ) ) ∧ ( 𝑠 We 𝑎 ∧ ∀ 𝑧𝑎 ( ( ( 𝑔𝑓 ) ∘ ( 𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if ( 𝑤 = 𝐴 , ∅ , 𝑤 ) ) ) ‘ ( 𝑠 “ { 𝑧 } ) ) = 𝑧 ) ) } = { ⟨ 𝑥 , 𝑟 ⟩ ∣ ( ( 𝑥𝐴𝑟 ⊆ ( 𝑥 × 𝑥 ) ) ∧ ( 𝑟 We 𝑥 ∧ ∀ 𝑦𝑥 ( ( ( 𝑔𝑓 ) ∘ ( 𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if ( 𝑤 = 𝐴 , ∅ , 𝑤 ) ) ) ‘ ( 𝑟 “ { 𝑦 } ) ) = 𝑦 ) ) }
34 eqid dom { ⟨ 𝑎 , 𝑠 ⟩ ∣ ( ( 𝑎𝐴𝑠 ⊆ ( 𝑎 × 𝑎 ) ) ∧ ( 𝑠 We 𝑎 ∧ ∀ 𝑧𝑎 ( ( ( 𝑔𝑓 ) ∘ ( 𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if ( 𝑤 = 𝐴 , ∅ , 𝑤 ) ) ) ‘ ( 𝑠 “ { 𝑧 } ) ) = 𝑧 ) ) } = dom { ⟨ 𝑎 , 𝑠 ⟩ ∣ ( ( 𝑎𝐴𝑠 ⊆ ( 𝑎 × 𝑎 ) ) ∧ ( 𝑠 We 𝑎 ∧ ∀ 𝑧𝑎 ( ( ( 𝑔𝑓 ) ∘ ( 𝑤 ∈ 𝒫 𝐴 ↦ if ( 𝑤 = 𝐴 , ∅ , 𝑤 ) ) ) ‘ ( 𝑠 “ { 𝑧 } ) ) = 𝑧 ) ) }
35 24 25 26 31 33 34 canthp1lem2 ¬ ( ( 1o𝐴𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ) ∧ 𝑔 : ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) –1-1-onto𝐴 )
36 35 pm2.21i ( ( ( 1o𝐴𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ) ∧ 𝑔 : ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ∖ { ( 𝑓𝐴 ) } ) –1-1-onto𝐴 ) → ⊥ )
37 23 36 exlimddv ( ( 1o𝐴𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ) → ⊥ )
38 37 ex ( 1o𝐴 → ( 𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) → ⊥ ) )
39 38 exlimdv ( 1o𝐴 → ( ∃ 𝑓 𝑓 : 𝒫 𝐴1-1-onto→ ( 𝐴 ⊔ 1o ) → ⊥ ) )
40 14 39 syl5 ( 1o𝐴 → ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≈ 𝒫 𝐴 → ⊥ ) )
41 11 40 mtoi ( 1o𝐴 → ¬ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≈ 𝒫 𝐴 )
42 brsdom ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≺ 𝒫 𝐴 ↔ ( ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≼ 𝒫 𝐴 ∧ ¬ ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≈ 𝒫 𝐴 ) )
43 10 41 42 sylanbrc ( 1o𝐴 → ( 𝐴 ⊔ 1o ) ≺ 𝒫 𝐴 )