Metamath Proof Explorer


Theorem onmcl

Description: If an ordinal is less than a power of omega, the product with a natural number is also less than that power of omega. (Contributed by RP, 19-Feb-2025)

Ref Expression
Assertion onmcl ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq1 โŠข ( ๐ด = โˆ… โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ ) = ( โˆ… ยทo ๐‘ ) )
2 simp3 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ฯ‰ )
3 nnon โŠข ( ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ๐‘ โˆˆ On )
4 om0r โŠข ( ๐‘ โˆˆ On โ†’ ( โˆ… ยทo ๐‘ ) = โˆ… )
5 2 3 4 3syl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( โˆ… ยทo ๐‘ ) = โˆ… )
6 1 5 sylan9eqr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง ๐ด = โˆ… ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ ) = โˆ… )
7 simpl2 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง ๐ด = โˆ… ) โ†’ ๐ต โˆˆ On )
8 omelon โŠข ฯ‰ โˆˆ On
9 7 8 jctil โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง ๐ด = โˆ… ) โ†’ ( ฯ‰ โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On ) )
10 peano1 โŠข โˆ… โˆˆ ฯ‰
11 oen0 โŠข ( ( ( ฯ‰ โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง โˆ… โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ โˆ… โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
12 9 10 11 sylancl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง ๐ด = โˆ… ) โ†’ โˆ… โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
13 6 12 eqeltrd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง ๐ด = โˆ… ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
14 13 a1d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง ๐ด = โˆ… ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) )
15 2 adantr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ฯ‰ )
16 simp1 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ๐ด โˆˆ On )
17 16 anim1i โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) )
18 ondif1 โŠข ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โ†” ( ๐ด โˆˆ On โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) )
19 17 18 sylibr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) )
20 simpl2 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ต โˆˆ On )
21 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = โˆ… โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยทo โˆ… ) )
22 21 eleq1d โŠข ( ๐‘ฅ = โˆ… โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โ†” ( ๐ด ยทo โˆ… ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) )
23 22 imbi2d โŠข ( ๐‘ฅ = โˆ… โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo โˆ… ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) )
24 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) )
25 24 eleq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โ†” ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) )
26 25 imbi2d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) )
27 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = suc ๐‘ฆ โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยทo suc ๐‘ฆ ) )
28 27 eleq1d โŠข ( ๐‘ฅ = suc ๐‘ฆ โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โ†” ( ๐ด ยทo suc ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) )
29 28 imbi2d โŠข ( ๐‘ฅ = suc ๐‘ฆ โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo suc ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) )
30 oveq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) = ( ๐ด ยทo ๐‘ ) )
31 30 eleq1d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โ†” ( ๐ด ยทo ๐‘ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) )
32 31 imbi2d โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘ โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฅ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†” ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) )
33 eldifi โŠข ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โ†’ ๐ด โˆˆ On )
34 om0 โŠข ( ๐ด โˆˆ On โ†’ ( ๐ด ยทo โˆ… ) = โˆ… )
35 33 34 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โ†’ ( ๐ด ยทo โˆ… ) = โˆ… )
36 35 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โ†’ ( ๐ด ยทo โˆ… ) = โˆ… )
37 8 jctl โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( ฯ‰ โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On ) )
38 37 10 11 sylancl โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ โˆ… โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
39 38 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โ†’ โˆ… โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
40 36 39 eqeltrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โ†’ ( ๐ด ยทo โˆ… ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
41 40 adantr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo โˆ… ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
42 33 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โ†’ ๐ด โˆˆ On )
43 42 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ On )
44 simpll โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) โˆง ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ )
45 onmsuc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ด ) )
46 43 44 45 syl2an2r โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) โˆง ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo suc ๐‘ฆ ) = ( ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ด ) )
47 simpr โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) โˆง ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
48 simplrr โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) โˆง ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
49 eqid โŠข ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต )
50 49 jctl โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) )
51 50 olcd โŠข ( ๐ต โˆˆ On โ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = โˆ… โˆจ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) ) )
52 51 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = โˆ… โˆจ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) ) )
53 52 ad2antrl โŠข ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) โ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = โˆ… โˆจ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) ) )
54 53 adantr โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) โˆง ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = โˆ… โˆจ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) ) )
55 oacl2g โŠข ( ( ( ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โˆง ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = โˆ… โˆจ ( ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) = ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ด ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
56 47 48 54 55 syl21anc โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) โˆง ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) +o ๐ด ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
57 46 56 eqeltrd โŠข ( ( ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) โˆง ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo suc ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) )
58 57 exp31 โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โ†’ ( ๐ด ยทo suc ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) )
59 58 a2d โŠข ( ๐‘ฆ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo suc ๐‘ฆ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) ) )
60 23 26 29 32 41 59 finds โŠข ( ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โ†’ ( ( ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) โˆง ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) )
61 60 expdimp โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ ฯ‰ โˆง ( ๐ด โˆˆ ( On โˆ– 1o ) โˆง ๐ต โˆˆ On ) ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) )
62 15 19 20 61 syl12anc โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โˆง โˆ… โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) )
63 on0eqel โŠข ( ๐ด โˆˆ On โ†’ ( ๐ด = โˆ… โˆจ โˆ… โˆˆ ๐ด ) )
64 16 63 syl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด = โˆ… โˆจ โˆ… โˆˆ ๐ด ) )
65 14 62 64 mpjaodan โŠข ( ( ๐ด โˆˆ On โˆง ๐ต โˆˆ On โˆง ๐‘ โˆˆ ฯ‰ ) โ†’ ( ๐ด โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) โ†’ ( ๐ด ยทo ๐‘ ) โˆˆ ( ฯ‰ โ†‘o ๐ต ) ) )