Metamath Proof Explorer


Theorem oecl

Description: Closure law for ordinal exponentiation. Remark 2.8 of Schloeder p. 5. (Contributed by NM, 1-Jan-2005) (Proof shortened by Andrew Salmon, 22-Oct-2011)

Ref Expression
Assertion oecl ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq2 โŠข ( ๐ต = โˆ… โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) = ( โˆ… โ†‘o โˆ… ) )
2 oe0m0 โŠข ( โˆ… โ†‘o โˆ… ) = 1o
3 1on โŠข 1o โˆˆ On
4 2 3 eqeltri โŠข ( โˆ… โ†‘o โˆ… ) โˆˆ On
5 1 4 eqeltrdi โŠข ( ๐ต = โˆ… โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )
6 5 adantl โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ต = โˆ… ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )
7 oe0m1 โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( โˆ… โˆˆ ๐ต โ†” ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) = โˆ… ) )
8 7 biimpa โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) = โˆ… )
9 0elon โŠข โˆ… โˆˆ On
10 8 9 eqeltrdi โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )
11 10 adantll โŠข ( ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง โˆ… โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )
12 6 11 oe0lem โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On ) โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )
13 12 anidms โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )
14 oveq1 โŠข ( ๐ด = โˆ… โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) = ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) )
15 14 eleq1d โŠข ( ๐ด = โˆ… โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On โ†” ( โˆ… โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On ) )
16 13 15 imbitrrid โŠข ( ๐ด = โˆ… โ†’ ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On ) )
17 16 impcom โŠข ( ( ๐ต โˆˆ On โˆง ๐ด = โˆ… ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )
18 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = โˆ… โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘o โˆ… ) )
19 18 eleq1d โŠข ( ๐‘ฅ = โˆ… โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) โˆˆ On โ†” ( ๐ด โ†‘o โˆ… ) โˆˆ On ) )
20 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) )
21 20 eleq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) โˆˆ On โ†” ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On ) )
22 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = suc ๐‘ฆ โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘o suc ๐‘ฆ ) )
23 22 eleq1d โŠข ( ๐‘ฅ = suc ๐‘ฆ โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) โˆˆ On โ†” ( ๐ด โ†‘o suc ๐‘ฆ ) โˆˆ On ) )
24 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) = ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) )
25 24 eleq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐ต โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) โˆˆ On โ†” ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On ) )
26 oe0 โŠข ( ๐ด โˆˆ On โ†’ ( ๐ด โ†‘o โˆ… ) = 1o )
27 26 3 eqeltrdi โŠข ( ๐ด โˆˆ On โ†’ ( ๐ด โ†‘o โˆ… ) โˆˆ On )
28 27 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o โˆ… ) โˆˆ On )
29 omcl โŠข ( ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On โˆง ๐ด โˆˆ On ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) ยทo ๐ด ) โˆˆ On )
30 29 expcom โŠข ( ๐ด โˆˆ On โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) ยทo ๐ด ) โˆˆ On ) )
31 30 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐‘ฆ โˆˆ On ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) ยทo ๐ด ) โˆˆ On ) )
32 oesuc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐‘ฆ โˆˆ On ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o suc ๐‘ฆ ) = ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) ยทo ๐ด ) )
33 32 eleq1d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐‘ฆ โˆˆ On ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o suc ๐‘ฆ ) โˆˆ On โ†” ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) ยทo ๐ด ) โˆˆ On ) )
34 31 33 sylibrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐‘ฆ โˆˆ On ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On โ†’ ( ๐ด โ†‘o suc ๐‘ฆ ) โˆˆ On ) )
35 34 expcom โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ On โ†’ ( ๐ด โˆˆ On โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On โ†’ ( ๐ด โ†‘o suc ๐‘ฆ ) โˆˆ On ) ) )
36 35 adantrd โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ On โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On โ†’ ( ๐ด โ†‘o suc ๐‘ฆ ) โˆˆ On ) ) )
37 vex โŠข ๐‘ฅ โˆˆ V
38 iunon โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ V โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On ) โ†’ โˆช ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On )
39 37 38 mpan โŠข ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On โ†’ โˆช ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On )
40 oelim โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ V โˆง Lim ๐‘ฅ ) ) โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) = โˆช ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) )
41 37 40 mpanlr1 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง Lim ๐‘ฅ ) โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) = โˆช ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) )
42 41 anasss โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ( Lim ๐‘ฅ โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) = โˆช ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) )
43 42 an12s โŠข ( ( Lim ๐‘ฅ โˆง ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) = โˆช ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) )
44 43 eleq1d โŠข ( ( Lim ๐‘ฅ โˆง ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) โˆˆ On โ†” โˆช ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On ) )
45 39 44 imbitrrid โŠข ( ( Lim ๐‘ฅ โˆง ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) โˆˆ On ) )
46 45 ex โŠข ( Lim ๐‘ฅ โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ๐‘ฅ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฆ ) โˆˆ On โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐‘ฅ ) โˆˆ On ) ) )
47 19 21 23 25 28 36 46 tfinds3 โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On ) )
48 47 expd โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( ๐ด โˆˆ On โ†’ ( โˆ… โˆˆ ๐ด โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On ) ) )
49 48 com12 โŠข ( ๐ด โˆˆ On โ†’ ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( โˆ… โˆˆ ๐ด โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On ) ) )
50 49 imp31 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )
51 17 50 oe0lem โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On ) โ†’ ( ๐ด โ†‘o ๐ต ) โˆˆ On )