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Theorem cnfcom

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

Ref Expression
Hypotheses cnfcom.s S = dom ω CNF A
cnfcom.a φ A On
cnfcom.b φ B ω 𝑜 A
cnfcom.f F = ω CNF A -1 B
cnfcom.g G = OrdIso E F supp
cnfcom.h H = seq ω k V , z V M + 𝑜 z
cnfcom.t T = seq ω k V , f V K
cnfcom.m M = ω 𝑜 G k 𝑜 F G k
cnfcom.k K = x M dom f + 𝑜 x x dom f M + 𝑜 x -1
cnfcom.1 φ I dom G
Assertion cnfcom φ T suc I : H suc I 1-1 onto ω 𝑜 G I 𝑜 F G I

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cnfcom.s S = dom ω CNF A
2 cnfcom.a φ A On
3 cnfcom.b φ B ω 𝑜 A
4 cnfcom.f F = ω CNF A -1 B
5 cnfcom.g G = OrdIso E F supp
6 cnfcom.h H = seq ω k V , z V M + 𝑜 z
7 cnfcom.t T = seq ω k V , f V K
8 cnfcom.m M = ω 𝑜 G k 𝑜 F G k
9 cnfcom.k K = x M dom f + 𝑜 x x dom f M + 𝑜 x -1
10 cnfcom.1 φ I dom G
11 omelon ω On
12 11 a1i φ ω On
13 1 12 2 cantnff1o φ ω CNF A : S 1-1 onto ω 𝑜 A
14 f1ocnv ω CNF A : S 1-1 onto ω 𝑜 A ω CNF A -1 : ω 𝑜 A 1-1 onto S
15 f1of ω CNF A -1 : ω 𝑜 A 1-1 onto S ω CNF A -1 : ω 𝑜 A S
16 13 14 15 3syl φ ω CNF A -1 : ω 𝑜 A S
17 16 3 ffvelrnd φ ω CNF A -1 B S
18 4 17 eqeltrid φ F S
19 1 12 2 5 18 cantnfcl φ E We supp F dom G ω
20 19 simprd φ dom G ω
21 elnn I dom G dom G ω I ω
22 10 20 21 syl2anc φ I ω
23 eleq1 w = I w dom G I dom G
24 suceq w = I suc w = suc I
25 24 fveq2d w = I T suc w = T suc I
26 24 fveq2d w = I H suc w = H suc I
27 fveq2 w = I G w = G I
28 27 oveq2d w = I ω 𝑜 G w = ω 𝑜 G I
29 2fveq3 w = I F G w = F G I
30 28 29 oveq12d w = I ω 𝑜 G w 𝑜 F G w = ω 𝑜 G I 𝑜 F G I
31 25 26 30 f1oeq123d w = I T suc w : H suc w 1-1 onto ω 𝑜 G w 𝑜 F G w T suc I : H suc I 1-1 onto ω 𝑜 G I 𝑜 F G I
32 23 31 imbi12d w = I w dom G T suc w : H suc w 1-1 onto ω 𝑜 G w 𝑜 F G w I dom G T suc I : H suc I 1-1 onto ω 𝑜 G I 𝑜 F G I
33 32 imbi2d w = I φ w dom G T suc w : H suc w 1-1 onto ω 𝑜 G w 𝑜 F G w φ I dom G T suc I : H suc I 1-1 onto ω 𝑜 G I 𝑜 F G I
34 eleq1 w = w dom G dom G
35 suceq w = suc w = suc
36 35 fveq2d w = T suc w = T suc
37 35 fveq2d w = H suc w = H suc
38 fveq2 w = G w = G
39 38 oveq2d w = ω 𝑜 G w = ω 𝑜 G
40 2fveq3 w = F G w = F G
41 39 40 oveq12d w = ω 𝑜 G w 𝑜 F G w = ω 𝑜 G 𝑜 F G
42 36 37 41 f1oeq123d w = T suc w : H suc w 1-1 onto ω 𝑜 G w 𝑜 F G w T suc : H suc 1-1 onto ω 𝑜 G 𝑜 F G
43 34 42 imbi12d w = w dom G T suc w : H suc w 1-1 onto ω 𝑜 G w 𝑜 F G w dom G T suc : H suc 1-1 onto ω 𝑜 G 𝑜 F G
44 eleq1 w = y w dom G y dom G
45 suceq w = y suc w = suc y
46 45 fveq2d w = y T suc w = T suc y
47 45 fveq2d w = y H suc w = H suc y
48 fveq2 w = y G w = G y
49 48 oveq2d w = y ω 𝑜 G w = ω 𝑜 G y
50 2fveq3 w = y F G w = F G y
51 49 50 oveq12d w = y ω 𝑜 G w 𝑜 F G w = ω 𝑜 G y 𝑜 F G y
52 46 47 51 f1oeq123d w = y T suc w : H suc w 1-1 onto ω 𝑜 G w 𝑜 F G w T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y
53 44 52 imbi12d w = y w dom G T suc w : H suc w 1-1 onto ω 𝑜 G w 𝑜 F G w y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y
54 eleq1 w = suc y w dom G suc y dom G
55 suceq w = suc y suc w = suc suc y
56 55 fveq2d w = suc y T suc w = T suc suc y
57 55 fveq2d w = suc y H suc w = H suc suc y
58 fveq2 w = suc y G w = G suc y
59 58 oveq2d w = suc y ω 𝑜 G w = ω 𝑜 G suc y
60 2fveq3 w = suc y F G w = F G suc y
61 59 60 oveq12d w = suc y ω 𝑜 G w 𝑜 F G w = ω 𝑜 G suc y 𝑜 F G suc y
62 56 57 61 f1oeq123d w = suc y T suc w : H suc w 1-1 onto ω 𝑜 G w 𝑜 F G w T suc suc y : H suc suc y 1-1 onto ω 𝑜 G suc y 𝑜 F G suc y
63 54 62 imbi12d w = suc y w dom G T suc w : H suc w 1-1 onto ω 𝑜 G w 𝑜 F G w suc y dom G T suc suc y : H suc suc y 1-1 onto ω 𝑜 G suc y 𝑜 F G suc y
64 2 adantr φ dom G A On
65 3 adantr φ dom G B ω 𝑜 A
66 simpr φ dom G dom G
67 11 a1i φ dom G ω On
68 suppssdm F supp dom F
69 1 12 2 cantnfs φ F S F : A ω finSupp F
70 18 69 mpbid φ F : A ω finSupp F
71 70 simpld φ F : A ω
72 68 71 fssdm φ F supp A
73 onss A On A On
74 2 73 syl φ A On
75 72 74 sstrd φ F supp On
76 5 oif G : dom G F supp
77 76 ffvelrni dom G G supp F
78 ssel2 F supp On G supp F G On
79 75 77 78 syl2an φ dom G G On
80 peano1 ω
81 80 a1i φ dom G ω
82 oen0 ω On G On ω ω 𝑜 G
83 67 79 81 82 syl21anc φ dom G ω 𝑜 G
84 0ex V
85 7 seqom0g V T =
86 84 85 ax-mp T =
87 f1o0 : 1-1 onto
88 6 seqom0g V H =
89 f1oeq2 H = : H 1-1 onto : 1-1 onto
90 84 88 89 mp2b : H 1-1 onto : 1-1 onto
91 87 90 mpbir : H 1-1 onto
92 f1oeq1 T = T : H 1-1 onto : H 1-1 onto
93 91 92 mpbiri T = T : H 1-1 onto
94 86 93 mp1i φ dom G T : H 1-1 onto
95 1 64 65 4 5 6 7 8 9 66 83 94 cnfcomlem φ dom G T suc : H suc 1-1 onto ω 𝑜 G 𝑜 F G
96 95 ex φ dom G T suc : H suc 1-1 onto ω 𝑜 G 𝑜 F G
97 5 oicl Ord dom G
98 ordtr Ord dom G Tr dom G
99 97 98 ax-mp Tr dom G
100 trsuc Tr dom G suc y dom G y dom G
101 99 100 mpan suc y dom G y dom G
102 101 imim1i y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y
103 2 ad2antrr φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y A On
104 3 ad2antrr φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y B ω 𝑜 A
105 simprl φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y suc y dom G
106 74 ad2antrr φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y A On
107 72 ad2antrr φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y F supp A
108 76 ffvelrni suc y dom G G suc y supp F
109 108 ad2antrl φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y G suc y supp F
110 107 109 sseldd φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y G suc y A
111 106 110 sseldd φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y G suc y On
112 eloni G suc y On Ord G suc y
113 111 112 syl φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y Ord G suc y
114 vex y V
115 114 sucid y suc y
116 ovexd φ F supp V
117 19 simpld φ E We supp F
118 5 oiiso F supp V E We supp F G Isom E , E dom G F supp
119 116 117 118 syl2anc φ G Isom E , E dom G F supp
120 119 ad2antrr φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y G Isom E , E dom G F supp
121 101 ad2antrl φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y y dom G
122 isorel G Isom E , E dom G F supp y dom G suc y dom G y E suc y G y E G suc y
123 120 121 105 122 syl12anc φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y y E suc y G y E G suc y
124 114 sucex suc y V
125 124 epeli y E suc y y suc y
126 fvex G suc y V
127 126 epeli G y E G suc y G y G suc y
128 123 125 127 3bitr3g φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y y suc y G y G suc y
129 115 128 mpbii φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y G y G suc y
130 ordsucss Ord G suc y G y G suc y suc G y G suc y
131 113 129 130 sylc φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y suc G y G suc y
132 76 ffvelrni y dom G G y supp F
133 121 132 syl φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y G y supp F
134 107 133 sseldd φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y G y A
135 106 134 sseldd φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y G y On
136 suceloni G y On suc G y On
137 135 136 syl φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y suc G y On
138 11 a1i φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω On
139 80 a1i φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω
140 oewordi suc G y On G suc y On ω On ω suc G y G suc y ω 𝑜 suc G y ω 𝑜 G suc y
141 137 111 138 139 140 syl31anc φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y suc G y G suc y ω 𝑜 suc G y ω 𝑜 G suc y
142 131 141 mpd φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 suc G y ω 𝑜 G suc y
143 71 ad2antrr φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y F : A ω
144 143 134 ffvelrnd φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y F G y ω
145 nnon F G y ω F G y On
146 144 145 syl φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y F G y On
147 oecl ω On G y On ω 𝑜 G y On
148 138 135 147 syl2anc φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 G y On
149 oen0 ω On G y On ω ω 𝑜 G y
150 138 135 139 149 syl21anc φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 G y
151 omord2 F G y On ω On ω 𝑜 G y On ω 𝑜 G y F G y ω ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 G y 𝑜 ω
152 146 138 148 150 151 syl31anc φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y F G y ω ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 G y 𝑜 ω
153 144 152 mpbid φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 G y 𝑜 ω
154 oesuc ω On G y On ω 𝑜 suc G y = ω 𝑜 G y 𝑜 ω
155 138 135 154 syl2anc φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 suc G y = ω 𝑜 G y 𝑜 ω
156 153 155 eleqtrrd φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 suc G y
157 142 156 sseldd φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 G y 𝑜 F G y ω 𝑜 G suc y
158 simprr φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y
159 1 103 104 4 5 6 7 8 9 105 157 158 cnfcomlem φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y T suc suc y : H suc suc y 1-1 onto ω 𝑜 G suc y 𝑜 F G suc y
160 159 exp32 φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y T suc suc y : H suc suc y 1-1 onto ω 𝑜 G suc y 𝑜 F G suc y
161 160 a2d φ y ω suc y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y suc y dom G T suc suc y : H suc suc y 1-1 onto ω 𝑜 G suc y 𝑜 F G suc y
162 102 161 syl5 φ y ω y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y suc y dom G T suc suc y : H suc suc y 1-1 onto ω 𝑜 G suc y 𝑜 F G suc y
163 162 expcom y ω φ y dom G T suc y : H suc y 1-1 onto ω 𝑜 G y 𝑜 F G y suc y dom G T suc suc y : H suc suc y 1-1 onto ω 𝑜 G suc y 𝑜 F G suc y
164 43 53 63 96 163 finds2 w ω φ w dom G T suc w : H suc w 1-1 onto ω 𝑜 G w 𝑜 F G w
165 33 164 vtoclga I ω φ I dom G T suc I : H suc I 1-1 onto ω 𝑜 G I 𝑜 F G I
166 22 165 mpcom φ I dom G T suc I : H suc I 1-1 onto ω 𝑜 G I 𝑜 F G I
167 10 166 mpd φ T suc I : H suc I 1-1 onto ω 𝑜 G I 𝑜 F G I