Metamath Proof Explorer


Theorem fin1a2lem6

Description: Lemma for fin1a2 . Establish that _om can be broken into two equipollent pieces. (Contributed by Stefan O'Rear, 7-Nov-2014)

Ref Expression
Hypotheses fin1a2lem.b โŠข ๐ธ = ( ๐‘ฅ โˆˆ ฯ‰ โ†ฆ ( 2o ยทo ๐‘ฅ ) )
fin1a2lem.aa โŠข ๐‘† = ( ๐‘ฅ โˆˆ On โ†ฆ suc ๐‘ฅ )
Assertion fin1a2lem6 ( ๐‘† โ†พ ran ๐ธ ) : ran ๐ธ โ€“1-1-ontoโ†’ ( ฯ‰ โˆ– ran ๐ธ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fin1a2lem.b โŠข ๐ธ = ( ๐‘ฅ โˆˆ ฯ‰ โ†ฆ ( 2o ยทo ๐‘ฅ ) )
2 fin1a2lem.aa โŠข ๐‘† = ( ๐‘ฅ โˆˆ On โ†ฆ suc ๐‘ฅ )
3 2 fin1a2lem2 โŠข ๐‘† : On โ€“1-1โ†’ On
4 1 fin1a2lem4 โŠข ๐ธ : ฯ‰ โ€“1-1โ†’ ฯ‰
5 f1f โŠข ( ๐ธ : ฯ‰ โ€“1-1โ†’ ฯ‰ โ†’ ๐ธ : ฯ‰ โŸถ ฯ‰ )
6 frn โŠข ( ๐ธ : ฯ‰ โŸถ ฯ‰ โ†’ ran ๐ธ โІ ฯ‰ )
7 omsson โŠข ฯ‰ โІ On
8 6 7 sstrdi โŠข ( ๐ธ : ฯ‰ โŸถ ฯ‰ โ†’ ran ๐ธ โІ On )
9 4 5 8 mp2b โŠข ran ๐ธ โІ On
10 f1ores โŠข ( ( ๐‘† : On โ€“1-1โ†’ On โˆง ran ๐ธ โІ On ) โ†’ ( ๐‘† โ†พ ran ๐ธ ) : ran ๐ธ โ€“1-1-ontoโ†’ ( ๐‘† โ€œ ran ๐ธ ) )
11 3 9 10 mp2an โŠข ( ๐‘† โ†พ ran ๐ธ ) : ran ๐ธ โ€“1-1-ontoโ†’ ( ๐‘† โ€œ ran ๐ธ )
12 9 sseli โŠข ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†’ ๐‘ โˆˆ On )
13 2 fin1a2lem1 โŠข ( ๐‘ โˆˆ On โ†’ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ ) = suc ๐‘ )
14 12 13 syl โŠข ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†’ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ ) = suc ๐‘ )
15 14 eqeq1d โŠข ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†’ ( ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ ) = ๐‘Ž โ†” suc ๐‘ = ๐‘Ž ) )
16 15 rexbiia โŠข ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ ) = ๐‘Ž โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ suc ๐‘ = ๐‘Ž )
17 4 5 6 mp2b โŠข ran ๐ธ โІ ฯ‰
18 17 sseli โŠข ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†’ ๐‘ โˆˆ ฯ‰ )
19 peano2 โŠข ( ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โ†’ suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ )
20 18 19 syl โŠข ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†’ suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ )
21 1 fin1a2lem5 โŠข ( ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†” ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) )
22 21 biimpd โŠข ( ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†’ ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) )
23 18 22 mpcom โŠข ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†’ ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ )
24 20 23 jca โŠข ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†’ ( suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) )
25 eleq1 โŠข ( suc ๐‘ = ๐‘Ž โ†’ ( suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โ†” ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ ) )
26 eleq1 โŠข ( suc ๐‘ = ๐‘Ž โ†’ ( suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†” ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) )
27 26 notbid โŠข ( suc ๐‘ = ๐‘Ž โ†’ ( ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†” ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) )
28 25 27 anbi12d โŠข ( suc ๐‘ = ๐‘Ž โ†’ ( ( suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) ) )
29 24 28 syl5ibcom โŠข ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†’ ( suc ๐‘ = ๐‘Ž โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) ) )
30 29 rexlimiv โŠข ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ suc ๐‘ = ๐‘Ž โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) )
31 peano1 โŠข โˆ… โˆˆ ฯ‰
32 1 fin1a2lem3 โŠข ( โˆ… โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ๐ธ โ€˜ โˆ… ) = ( 2o ยทo โˆ… ) )
33 31 32 ax-mp โŠข ( ๐ธ โ€˜ โˆ… ) = ( 2o ยทo โˆ… )
34 2on โŠข 2o โˆˆ On
35 om0 โŠข ( 2o โˆˆ On โ†’ ( 2o ยทo โˆ… ) = โˆ… )
36 34 35 ax-mp โŠข ( 2o ยทo โˆ… ) = โˆ…
37 33 36 eqtri โŠข ( ๐ธ โ€˜ โˆ… ) = โˆ…
38 f1fun โŠข ( ๐ธ : ฯ‰ โ€“1-1โ†’ ฯ‰ โ†’ Fun ๐ธ )
39 4 38 ax-mp โŠข Fun ๐ธ
40 f1dm โŠข ( ๐ธ : ฯ‰ โ€“1-1โ†’ ฯ‰ โ†’ dom ๐ธ = ฯ‰ )
41 4 40 ax-mp โŠข dom ๐ธ = ฯ‰
42 31 41 eleqtrri โŠข โˆ… โˆˆ dom ๐ธ
43 fvelrn โŠข ( ( Fun ๐ธ โˆง โˆ… โˆˆ dom ๐ธ ) โ†’ ( ๐ธ โ€˜ โˆ… ) โˆˆ ran ๐ธ )
44 39 42 43 mp2an โŠข ( ๐ธ โ€˜ โˆ… ) โˆˆ ran ๐ธ
45 37 44 eqeltrri โŠข โˆ… โˆˆ ran ๐ธ
46 eleq1 โŠข ( ๐‘Ž = โˆ… โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ โ†” โˆ… โˆˆ ran ๐ธ ) )
47 45 46 mpbiri โŠข ( ๐‘Ž = โˆ… โ†’ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ )
48 47 necon3bi โŠข ( ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ โ†’ ๐‘Ž โ‰  โˆ… )
49 nnsuc โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘Ž โ‰  โˆ… ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ๐‘Ž = suc ๐‘ )
50 48 49 sylan2 โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ๐‘Ž = suc ๐‘ )
51 eleq1 โŠข ( ๐‘Ž = suc ๐‘ โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โ†” suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) )
52 eleq1 โŠข ( ๐‘Ž = suc ๐‘ โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ โ†” suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) )
53 52 notbid โŠข ( ๐‘Ž = suc ๐‘ โ†’ ( ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ โ†” ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) )
54 51 53 anbi12d โŠข ( ๐‘Ž = suc ๐‘ โ†’ ( ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) โ†” ( suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) ) )
55 54 anbi1d โŠข ( ๐‘Ž = suc ๐‘ โ†’ ( ( ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†” ( ( suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) ) )
56 simplr โŠข ( ( ( suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ )
57 21 adantl โŠข ( ( ( suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ โ†” ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) )
58 56 57 mpbird โŠข ( ( ( suc ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ suc ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ )
59 55 58 biimtrdi โŠข ( ๐‘Ž = suc ๐‘ โ†’ ( ( ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) )
60 59 com12 โŠข ( ( ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐‘Ž = suc ๐‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ) )
61 60 impr โŠข ( ( ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) โˆง ( ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘Ž = suc ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ )
62 simprr โŠข ( ( ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) โˆง ( ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘Ž = suc ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘Ž = suc ๐‘ )
63 62 eqcomd โŠข ( ( ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) โˆง ( ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ๐‘Ž = suc ๐‘ ) ) โ†’ suc ๐‘ = ๐‘Ž )
64 50 61 63 reximssdv โŠข ( ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ suc ๐‘ = ๐‘Ž )
65 30 64 impbii โŠข ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ suc ๐‘ = ๐‘Ž โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) )
66 16 65 bitri โŠข ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ ) = ๐‘Ž โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) )
67 f1fn โŠข ( ๐‘† : On โ€“1-1โ†’ On โ†’ ๐‘† Fn On )
68 3 67 ax-mp โŠข ๐‘† Fn On
69 fvelimab โŠข ( ( ๐‘† Fn On โˆง ran ๐ธ โІ On ) โ†’ ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐‘† โ€œ ran ๐ธ ) โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ ) = ๐‘Ž ) )
70 68 9 69 mp2an โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐‘† โ€œ ran ๐ธ ) โ†” โˆƒ ๐‘ โˆˆ ran ๐ธ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘ ) = ๐‘Ž )
71 eldif โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ( ฯ‰ โˆ– ran ๐ธ ) โ†” ( ๐‘Ž โˆˆ ฯ‰ โˆง ยฌ ๐‘Ž โˆˆ ran ๐ธ ) )
72 66 70 71 3bitr4i โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ ( ๐‘† โ€œ ran ๐ธ ) โ†” ๐‘Ž โˆˆ ( ฯ‰ โˆ– ran ๐ธ ) )
73 72 eqriv โŠข ( ๐‘† โ€œ ran ๐ธ ) = ( ฯ‰ โˆ– ran ๐ธ )
74 f1oeq3 โŠข ( ( ๐‘† โ€œ ran ๐ธ ) = ( ฯ‰ โˆ– ran ๐ธ ) โ†’ ( ( ๐‘† โ†พ ran ๐ธ ) : ran ๐ธ โ€“1-1-ontoโ†’ ( ๐‘† โ€œ ran ๐ธ ) โ†” ( ๐‘† โ†พ ran ๐ธ ) : ran ๐ธ โ€“1-1-ontoโ†’ ( ฯ‰ โˆ– ran ๐ธ ) ) )
75 73 74 ax-mp โŠข ( ( ๐‘† โ†พ ran ๐ธ ) : ran ๐ธ โ€“1-1-ontoโ†’ ( ๐‘† โ€œ ran ๐ธ ) โ†” ( ๐‘† โ†พ ran ๐ธ ) : ran ๐ธ โ€“1-1-ontoโ†’ ( ฯ‰ โˆ– ran ๐ธ ) )
76 11 75 mpbi โŠข ( ๐‘† โ†พ ran ๐ธ ) : ran ๐ธ โ€“1-1-ontoโ†’ ( ฯ‰ โˆ– ran ๐ธ )