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Theorem fiunelros

Description: A ring of sets is closed under finite union. (Contributed by Thierry Arnoux, 19-Jul-2020)

Ref Expression
Hypotheses isros.1 𝑄 = { 𝑠 ∈ 𝒫 𝒫 𝑂 ∣ ( ∅ ∈ 𝑠 ∧ ∀ 𝑥𝑠𝑦𝑠 ( ( 𝑥𝑦 ) ∈ 𝑠 ∧ ( 𝑥𝑦 ) ∈ 𝑠 ) ) }
fiunelros.1 ( 𝜑𝑆𝑄 )
fiunelros.2 ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ )
fiunelros.3 ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ) → 𝐵𝑆 )
Assertion fiunelros ( 𝜑 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) 𝐵𝑆 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isros.1 𝑄 = { 𝑠 ∈ 𝒫 𝒫 𝑂 ∣ ( ∅ ∈ 𝑠 ∧ ∀ 𝑥𝑠𝑦𝑠 ( ( 𝑥𝑦 ) ∈ 𝑠 ∧ ( 𝑥𝑦 ) ∈ 𝑠 ) ) }
2 fiunelros.1 ( 𝜑𝑆𝑄 )
3 fiunelros.2 ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ )
4 fiunelros.3 ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ) → 𝐵𝑆 )
5 simpr ( ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ ) → 𝑁 ∈ ℕ )
6 5 nnred ( ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ ) → 𝑁 ∈ ℝ )
7 6 leidd ( ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ ) → 𝑁𝑁 )
8 breq1 ( 𝑛 = 1 → ( 𝑛𝑁 ↔ 1 ≤ 𝑁 ) )
9 oveq2 ( 𝑛 = 1 → ( 1 ..^ 𝑛 ) = ( 1 ..^ 1 ) )
10 9 iuneq1d ( 𝑛 = 1 → 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵 = 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 1 ) 𝐵 )
11 10 eleq1d ( 𝑛 = 1 → ( 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵𝑆 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 1 ) 𝐵𝑆 ) )
12 8 11 imbi12d ( 𝑛 = 1 → ( ( 𝑛𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵𝑆 ) ↔ ( 1 ≤ 𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 1 ) 𝐵𝑆 ) ) )
13 breq1 ( 𝑛 = 𝑖 → ( 𝑛𝑁𝑖𝑁 ) )
14 oveq2 ( 𝑛 = 𝑖 → ( 1 ..^ 𝑛 ) = ( 1 ..^ 𝑖 ) )
15 14 iuneq1d ( 𝑛 = 𝑖 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵 = 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵 )
16 15 eleq1d ( 𝑛 = 𝑖 → ( 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵𝑆 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) )
17 13 16 imbi12d ( 𝑛 = 𝑖 → ( ( 𝑛𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵𝑆 ) ↔ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) )
18 breq1 ( 𝑛 = ( 𝑖 + 1 ) → ( 𝑛𝑁 ↔ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) )
19 oveq2 ( 𝑛 = ( 𝑖 + 1 ) → ( 1 ..^ 𝑛 ) = ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) )
20 19 iuneq1d ( 𝑛 = ( 𝑖 + 1 ) → 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵 = 𝑘 ∈ ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) 𝐵 )
21 20 eleq1d ( 𝑛 = ( 𝑖 + 1 ) → ( 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵𝑆 𝑘 ∈ ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) 𝐵𝑆 ) )
22 18 21 imbi12d ( 𝑛 = ( 𝑖 + 1 ) → ( ( 𝑛𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵𝑆 ) ↔ ( ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) 𝐵𝑆 ) ) )
23 breq1 ( 𝑛 = 𝑁 → ( 𝑛𝑁𝑁𝑁 ) )
24 oveq2 ( 𝑛 = 𝑁 → ( 1 ..^ 𝑛 ) = ( 1 ..^ 𝑁 ) )
25 24 iuneq1d ( 𝑛 = 𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵 = 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) 𝐵 )
26 25 eleq1d ( 𝑛 = 𝑁 → ( 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵𝑆 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) 𝐵𝑆 ) )
27 23 26 imbi12d ( 𝑛 = 𝑁 → ( ( 𝑛𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑛 ) 𝐵𝑆 ) ↔ ( 𝑁𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) 𝐵𝑆 ) ) )
28 fzo0 ( 1 ..^ 1 ) = ∅
29 iuneq1 ( ( 1 ..^ 1 ) = ∅ → 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 1 ) 𝐵 = 𝑘 ∈ ∅ 𝐵 )
30 28 29 ax-mp 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 1 ) 𝐵 = 𝑘 ∈ ∅ 𝐵
31 0iun 𝑘 ∈ ∅ 𝐵 = ∅
32 30 31 eqtri 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 1 ) 𝐵 = ∅
33 1 0elros ( 𝑆𝑄 → ∅ ∈ 𝑆 )
34 2 33 syl ( 𝜑 → ∅ ∈ 𝑆 )
35 32 34 eqeltrid ( 𝜑 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 1 ) 𝐵𝑆 )
36 35 a1d ( 𝜑 → ( 1 ≤ 𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 1 ) 𝐵𝑆 ) )
37 simpllr ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑖 ∈ ℕ )
38 fzosplitsn ( 𝑖 ∈ ( ℤ ‘ 1 ) → ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) = ( ( 1 ..^ 𝑖 ) ∪ { 𝑖 } ) )
39 nnuz ℕ = ( ℤ ‘ 1 )
40 38 39 eleq2s ( 𝑖 ∈ ℕ → ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) = ( ( 1 ..^ 𝑖 ) ∪ { 𝑖 } ) )
41 40 iuneq1d ( 𝑖 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) 𝐵 = 𝑘 ∈ ( ( 1 ..^ 𝑖 ) ∪ { 𝑖 } ) 𝐵 )
42 37 41 syl ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑘 ∈ ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) 𝐵 = 𝑘 ∈ ( ( 1 ..^ 𝑖 ) ∪ { 𝑖 } ) 𝐵 )
43 iunxun 𝑘 ∈ ( ( 1 ..^ 𝑖 ) ∪ { 𝑖 } ) 𝐵 = ( 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵 𝑘 ∈ { 𝑖 } 𝐵 )
44 42 43 eqtrdi ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑘 ∈ ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) 𝐵 = ( 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵 𝑘 ∈ { 𝑖 } 𝐵 ) )
45 2 ad3antrrr ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑆𝑄 )
46 37 nnred ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑖 ∈ ℝ )
47 3 ad3antrrr ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑁 ∈ ℕ )
48 47 nnred ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑁 ∈ ℝ )
49 simpr ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 )
50 nnltp1le ( ( 𝑖 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ) → ( 𝑖 < 𝑁 ↔ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) )
51 37 47 50 syl2anc ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → ( 𝑖 < 𝑁 ↔ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) )
52 49 51 mpbird ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑖 < 𝑁 )
53 46 48 52 ltled ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑖𝑁 )
54 simplr ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) )
55 53 54 mpd ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 )
56 nfcsb1v 𝑘 𝑖 / 𝑘 𝐵
57 csbeq1a ( 𝑘 = 𝑖𝐵 = 𝑖 / 𝑘 𝐵 )
58 56 57 iunxsngf ( 𝑖 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ { 𝑖 } 𝐵 = 𝑖 / 𝑘 𝐵 )
59 37 58 syl ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑘 ∈ { 𝑖 } 𝐵 = 𝑖 / 𝑘 𝐵 )
60 simplll ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝜑 )
61 elfzo1 ( 𝑖 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ↔ ( 𝑖 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑖 < 𝑁 ) )
62 37 47 52 61 syl3anbrc ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑖 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) )
63 nfv 𝑘 ( 𝜑𝑖 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) )
64 nfcv 𝑘 𝑆
65 56 64 nfel 𝑘 𝑖 / 𝑘 𝐵𝑆
66 63 65 nfim 𝑘 ( ( 𝜑𝑖 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ) → 𝑖 / 𝑘 𝐵𝑆 )
67 eleq1w ( 𝑘 = 𝑖 → ( 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ↔ 𝑖 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ) )
68 67 anbi2d ( 𝑘 = 𝑖 → ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ) ↔ ( 𝜑𝑖 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ) ) )
69 57 eleq1d ( 𝑘 = 𝑖 → ( 𝐵𝑆 𝑖 / 𝑘 𝐵𝑆 ) )
70 68 69 imbi12d ( 𝑘 = 𝑖 → ( ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ) → 𝐵𝑆 ) ↔ ( ( 𝜑𝑖 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ) → 𝑖 / 𝑘 𝐵𝑆 ) ) )
71 66 70 4 chvarfv ( ( 𝜑𝑖 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) ) → 𝑖 / 𝑘 𝐵𝑆 )
72 60 62 71 syl2anc ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑖 / 𝑘 𝐵𝑆 )
73 59 72 eqeltrd ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑘 ∈ { 𝑖 } 𝐵𝑆 )
74 1 unelros ( ( 𝑆𝑄 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 𝑘 ∈ { 𝑖 } 𝐵𝑆 ) → ( 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵 𝑘 ∈ { 𝑖 } 𝐵 ) ∈ 𝑆 )
75 45 55 73 74 syl3anc ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → ( 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵 𝑘 ∈ { 𝑖 } 𝐵 ) ∈ 𝑆 )
76 44 75 eqeltrd ( ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) ∧ ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 ) → 𝑘 ∈ ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) 𝐵𝑆 )
77 76 ex ( ( ( 𝜑𝑖 ∈ ℕ ) ∧ ( 𝑖𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑖 ) 𝐵𝑆 ) ) → ( ( 𝑖 + 1 ) ≤ 𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ ( 𝑖 + 1 ) ) 𝐵𝑆 ) )
78 12 17 22 27 36 77 nnindd ( ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ ) → ( 𝑁𝑁 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) 𝐵𝑆 ) )
79 7 78 mpd ( ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ ) → 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) 𝐵𝑆 )
80 3 79 mpdan ( 𝜑 𝑘 ∈ ( 1 ..^ 𝑁 ) 𝐵𝑆 )