Metamath Proof Explorer


Theorem cnfcom2

Description: Any nonzero ordinal B is equinumerous to the leading term of its Cantor normal form. (Contributed by Mario Carneiro, 30-May-2015) (Revised by AV, 3-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses cnfcom.s โŠข ๐‘† = dom ( ฯ‰ CNF ๐ด )
cnfcom.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ On )
cnfcom.b โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ด ) )
cnfcom.f โŠข ๐น = ( โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ๐ต )
cnfcom.g โŠข ๐บ = OrdIso ( E , ( ๐น supp โˆ… ) )
cnfcom.h โŠข ๐ป = seqฯ‰ ( ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ๐‘€ +o ๐‘ง ) ) , โˆ… )
cnfcom.t โŠข ๐‘‡ = seqฯ‰ ( ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘“ โˆˆ V โ†ฆ ๐พ ) , โˆ… )
cnfcom.m โŠข ๐‘€ = ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
cnfcom.k โŠข ๐พ = ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘€ โ†ฆ ( dom ๐‘“ +o ๐‘ฅ ) ) โˆช โ—ก ( ๐‘ฅ โˆˆ dom ๐‘“ โ†ฆ ( ๐‘€ +o ๐‘ฅ ) ) )
cnfcom.w โŠข ๐‘Š = ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ )
cnfcom2.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ… โˆˆ ๐ต )
Assertion cnfcom2 ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ dom ๐บ ) : ๐ต โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cnfcom.s โŠข ๐‘† = dom ( ฯ‰ CNF ๐ด )
2 cnfcom.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ On )
3 cnfcom.b โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ด ) )
4 cnfcom.f โŠข ๐น = ( โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ๐ต )
5 cnfcom.g โŠข ๐บ = OrdIso ( E , ( ๐น supp โˆ… ) )
6 cnfcom.h โŠข ๐ป = seqฯ‰ ( ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ๐‘€ +o ๐‘ง ) ) , โˆ… )
7 cnfcom.t โŠข ๐‘‡ = seqฯ‰ ( ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘“ โˆˆ V โ†ฆ ๐พ ) , โˆ… )
8 cnfcom.m โŠข ๐‘€ = ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
9 cnfcom.k โŠข ๐พ = ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘€ โ†ฆ ( dom ๐‘“ +o ๐‘ฅ ) ) โˆช โ—ก ( ๐‘ฅ โˆˆ dom ๐‘“ โ†ฆ ( ๐‘€ +o ๐‘ฅ ) ) )
10 cnfcom.w โŠข ๐‘Š = ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ )
11 cnfcom2.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ… โˆˆ ๐ต )
12 ovex โŠข ( ๐น supp โˆ… ) โˆˆ V
13 5 oion โŠข ( ( ๐น supp โˆ… ) โˆˆ V โ†’ dom ๐บ โˆˆ On )
14 12 13 ax-mp โŠข dom ๐บ โˆˆ On
15 14 elexi โŠข dom ๐บ โˆˆ V
16 15 uniex โŠข โˆช dom ๐บ โˆˆ V
17 16 sucid โŠข โˆช dom ๐บ โˆˆ suc โˆช dom ๐บ
18 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 cnfcom2lem โŠข ( ๐œ‘ โ†’ dom ๐บ = suc โˆช dom ๐บ )
19 17 18 eleqtrrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆช dom ๐บ โˆˆ dom ๐บ )
20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 19 cnfcom โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) : ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) ) ) )
21 10 oveq2i โŠข ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) = ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) )
22 10 fveq2i โŠข ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) = ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) )
23 21 22 oveq12i โŠข ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) ) )
24 f1oeq3 โŠข ( ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) = ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘‡ โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) : ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†” ( ๐‘‡ โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) : ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) ) ) ) )
25 23 24 ax-mp โŠข ( ( ๐‘‡ โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) : ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†” ( ๐‘‡ โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) : ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ โˆช dom ๐บ ) ) ) )
26 20 25 sylibr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) : ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) )
27 18 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ dom ๐บ ) = ( ๐‘‡ โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) )
28 27 f1oeq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘‡ โ€˜ dom ๐บ ) : ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†” ( ๐‘‡ โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) : ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) ) )
29 26 28 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ dom ๐บ ) : ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) )
30 omelon โŠข ฯ‰ โˆˆ On
31 30 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฯ‰ โˆˆ On )
32 1 31 2 cantnff1o โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ฯ‰ CNF ๐ด ) : ๐‘† โ€“1-1-ontoโ†’ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ด ) )
33 f1ocnv โŠข ( ( ฯ‰ CNF ๐ด ) : ๐‘† โ€“1-1-ontoโ†’ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ด ) โ†’ โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) : ( ฯ‰ โ†‘o ๐ด ) โ€“1-1-ontoโ†’ ๐‘† )
34 f1of โŠข ( โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) : ( ฯ‰ โ†‘o ๐ด ) โ€“1-1-ontoโ†’ ๐‘† โ†’ โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) : ( ฯ‰ โ†‘o ๐ด ) โŸถ ๐‘† )
35 32 33 34 3syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) : ( ฯ‰ โ†‘o ๐ด ) โŸถ ๐‘† )
36 35 3 ffvelcdmd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ๐ต ) โˆˆ ๐‘† )
37 4 36 eqeltrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ๐‘† )
38 8 oveq1i โŠข ( ๐‘€ +o ๐‘ง ) = ( ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) +o ๐‘ง )
39 38 a1i โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ V โˆง ๐‘ง โˆˆ V ) โ†’ ( ๐‘€ +o ๐‘ง ) = ( ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) +o ๐‘ง ) )
40 39 mpoeq3ia โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ๐‘€ +o ๐‘ง ) ) = ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) +o ๐‘ง ) )
41 eqid โŠข โˆ… = โˆ…
42 seqomeq12 โŠข ( ( ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ๐‘€ +o ๐‘ง ) ) = ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) +o ๐‘ง ) ) โˆง โˆ… = โˆ… ) โ†’ seqฯ‰ ( ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ๐‘€ +o ๐‘ง ) ) , โˆ… ) = seqฯ‰ ( ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) +o ๐‘ง ) ) , โˆ… ) )
43 40 41 42 mp2an โŠข seqฯ‰ ( ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ๐‘€ +o ๐‘ง ) ) , โˆ… ) = seqฯ‰ ( ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) +o ๐‘ง ) ) , โˆ… )
44 6 43 eqtri โŠข ๐ป = seqฯ‰ ( ( ๐‘˜ โˆˆ V , ๐‘ง โˆˆ V โ†ฆ ( ( ( ฯ‰ โ†‘o ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ยทo ( ๐น โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) +o ๐‘ง ) ) , โˆ… )
45 1 31 2 5 37 44 cantnfval โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ๐น ) = ( ๐ป โ€˜ dom ๐บ ) )
46 4 fveq2i โŠข ( ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ๐น ) = ( ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ( โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ๐ต ) )
47 45 46 eqtr3di โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป โ€˜ dom ๐บ ) = ( ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ( โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ๐ต ) ) )
48 18 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป โ€˜ dom ๐บ ) = ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) )
49 f1ocnvfv2 โŠข ( ( ( ฯ‰ CNF ๐ด ) : ๐‘† โ€“1-1-ontoโ†’ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ด ) โˆง ๐ต โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ด ) ) โ†’ ( ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ( โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ๐ต ) ) = ๐ต )
50 32 3 49 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ( โ—ก ( ฯ‰ CNF ๐ด ) โ€˜ ๐ต ) ) = ๐ต )
51 47 48 50 3eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) = ๐ต )
52 51 f1oeq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘‡ โ€˜ dom ๐บ ) : ( ๐ป โ€˜ suc โˆช dom ๐บ ) โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) โ†” ( ๐‘‡ โ€˜ dom ๐บ ) : ๐ต โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) ) )
53 29 52 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‡ โ€˜ dom ๐บ ) : ๐ต โ€“1-1-ontoโ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐‘Š ) ยทo ( ๐น โ€˜ ๐‘Š ) ) )