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Theorem fin23lem27

Description: The mapping constructed in fin23lem22 is in fact an isomorphism. (Contributed by Stefan O'Rear, 2-Nov-2014)

Ref Expression
Hypothesis fin23lem22.b 𝐶 = ( 𝑖 ∈ ω ↦ ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑖 ) )
Assertion fin23lem27 ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) → 𝐶 Isom E , E ( ω , 𝑆 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fin23lem22.b 𝐶 = ( 𝑖 ∈ ω ↦ ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑖 ) )
2 ordom Ord ω
3 ordwe ( Ord ω → E We ω )
4 weso ( E We ω → E Or ω )
5 2 3 4 mp2b E Or ω
6 5 a1i ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) → E Or ω )
7 sopo ( E Or ω → E Po ω )
8 5 7 ax-mp E Po ω
9 poss ( 𝑆 ⊆ ω → ( E Po ω → E Po 𝑆 ) )
10 8 9 mpi ( 𝑆 ⊆ ω → E Po 𝑆 )
11 10 adantr ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) → E Po 𝑆 )
12 1 fin23lem22 ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) → 𝐶 : ω –1-1-onto𝑆 )
13 f1ofo ( 𝐶 : ω –1-1-onto𝑆𝐶 : ω –onto𝑆 )
14 12 13 syl ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) → 𝐶 : ω –onto𝑆 )
15 nnsdomel ( ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) → ( 𝑎𝑏𝑎𝑏 ) )
16 15 adantl ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝑎𝑏𝑎𝑏 ) )
17 16 biimpd ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝑎𝑏𝑎𝑏 ) )
18 fin23lem23 ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ 𝑎 ∈ ω ) → ∃! 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 )
19 18 adantrr ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ∃! 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 )
20 ineq1 ( 𝑗 = 𝑖 → ( 𝑗𝑆 ) = ( 𝑖𝑆 ) )
21 20 breq1d ( 𝑗 = 𝑖 → ( ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ↔ ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑎 ) )
22 21 cbvreuvw ( ∃! 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ↔ ∃! 𝑖𝑆 ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑎 )
23 19 22 sylib ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ∃! 𝑖𝑆 ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑎 )
24 nfv 𝑖 ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑎
25 21 cbvriotavw ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) = ( 𝑖𝑆 ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑎 )
26 ineq1 ( 𝑖 = ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) → ( 𝑖𝑆 ) = ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) )
27 26 breq1d ( 𝑖 = ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) → ( ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑎 ↔ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑎 ) )
28 24 25 27 riotaprop ( ∃! 𝑖𝑆 ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑎 → ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ 𝑆 ∧ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑎 ) )
29 23 28 syl ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ 𝑆 ∧ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑎 ) )
30 29 simprd ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑎 )
31 30 adantrr ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ∧ 𝑎𝑏 ) ) → ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑎 )
32 simprr ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ∧ 𝑎𝑏 ) ) → 𝑎𝑏 )
33 fin23lem23 ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ 𝑏 ∈ ω ) → ∃! 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 )
34 33 adantrl ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ∃! 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 )
35 20 breq1d ( 𝑗 = 𝑖 → ( ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ↔ ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑏 ) )
36 35 cbvreuvw ( ∃! 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ↔ ∃! 𝑖𝑆 ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑏 )
37 34 36 sylib ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ∃! 𝑖𝑆 ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑏 )
38 nfv 𝑖 ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑏
39 35 cbvriotavw ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) = ( 𝑖𝑆 ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑏 )
40 ineq1 ( 𝑖 = ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) → ( 𝑖𝑆 ) = ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) )
41 40 breq1d ( 𝑖 = ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) → ( ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑏 ↔ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑏 ) )
42 38 39 41 riotaprop ( ∃! 𝑖𝑆 ( 𝑖𝑆 ) ≈ 𝑏 → ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∈ 𝑆 ∧ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑏 ) )
43 37 42 syl ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∈ 𝑆 ∧ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑏 ) )
44 43 simprd ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑏 )
45 44 ensymd ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → 𝑏 ≈ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) )
46 45 adantrr ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ∧ 𝑎𝑏 ) ) → 𝑏 ≈ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) )
47 sdomentr ( ( 𝑎𝑏𝑏 ≈ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) ) → 𝑎 ≺ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) )
48 32 46 47 syl2anc ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ∧ 𝑎𝑏 ) ) → 𝑎 ≺ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) )
49 ensdomtr ( ( ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≈ 𝑎𝑎 ≺ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) ) → ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≺ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) )
50 31 48 49 syl2anc ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ∧ 𝑎𝑏 ) ) → ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≺ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) )
51 50 expr ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝑎𝑏 → ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≺ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) ) )
52 simpll ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → 𝑆 ⊆ ω )
53 omsson ω ⊆ On
54 52 53 sstrdi ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → 𝑆 ⊆ On )
55 29 simpld ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ 𝑆 )
56 54 55 sseldd ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ On )
57 43 simpld ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∈ 𝑆 )
58 54 57 sseldd ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∈ On )
59 onsdominel ( ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ On ∧ ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∈ On ∧ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≺ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) ) → ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) )
60 59 3expia ( ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ On ∧ ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∈ On ) → ( ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≺ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) → ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ) )
61 56 58 60 syl2anc ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∩ 𝑆 ) ≺ ( ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ∩ 𝑆 ) → ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ) )
62 17 51 61 3syld ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝑎𝑏 → ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ) )
63 breq2 ( 𝑖 = 𝑎 → ( ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑖 ↔ ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) )
64 63 riotabidv ( 𝑖 = 𝑎 → ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑖 ) = ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) )
65 simprl ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → 𝑎 ∈ ω )
66 1 64 65 55 fvmptd3 ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝐶𝑎 ) = ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) )
67 breq2 ( 𝑖 = 𝑏 → ( ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑖 ↔ ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) )
68 67 riotabidv ( 𝑖 = 𝑏 → ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑖 ) = ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) )
69 simprr ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → 𝑏 ∈ ω )
70 1 68 69 57 fvmptd3 ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝐶𝑏 ) = ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) )
71 66 70 eleq12d ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( ( 𝐶𝑎 ) ∈ ( 𝐶𝑏 ) ↔ ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑎 ) ∈ ( 𝑗𝑆 ( 𝑗𝑆 ) ≈ 𝑏 ) ) )
72 62 71 sylibrd ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝑎𝑏 → ( 𝐶𝑎 ) ∈ ( 𝐶𝑏 ) ) )
73 epel ( 𝑎 E 𝑏𝑎𝑏 )
74 fvex ( 𝐶𝑏 ) ∈ V
75 74 epeli ( ( 𝐶𝑎 ) E ( 𝐶𝑏 ) ↔ ( 𝐶𝑎 ) ∈ ( 𝐶𝑏 ) )
76 72 73 75 3imtr4g ( ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) ∧ ( 𝑎 ∈ ω ∧ 𝑏 ∈ ω ) ) → ( 𝑎 E 𝑏 → ( 𝐶𝑎 ) E ( 𝐶𝑏 ) ) )
77 76 ralrimivva ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) → ∀ 𝑎 ∈ ω ∀ 𝑏 ∈ ω ( 𝑎 E 𝑏 → ( 𝐶𝑎 ) E ( 𝐶𝑏 ) ) )
78 soisoi ( ( ( E Or ω ∧ E Po 𝑆 ) ∧ ( 𝐶 : ω –onto𝑆 ∧ ∀ 𝑎 ∈ ω ∀ 𝑏 ∈ ω ( 𝑎 E 𝑏 → ( 𝐶𝑎 ) E ( 𝐶𝑏 ) ) ) ) → 𝐶 Isom E , E ( ω , 𝑆 ) )
79 6 11 14 77 78 syl22anc ( ( 𝑆 ⊆ ω ∧ ¬ 𝑆 ∈ Fin ) → 𝐶 Isom E , E ( ω , 𝑆 ) )