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Theorem findcard3 8188
Description: Schema for strong induction on the cardinality of a finite set. The inductive hypothesis is that the result is true on any proper subset. The result is then proven to be true for all finite sets. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Dec-2013.)
Hypotheses
Ref Expression
findcard3.1 (𝑥 = 𝑦 → (𝜑𝜒))
findcard3.2 (𝑥 = 𝐴 → (𝜑𝜏))
findcard3.3 (𝑦 ∈ Fin → (∀𝑥(𝑥𝑦𝜑) → 𝜒))
Assertion
Ref Expression
findcard3 (𝐴 ∈ Fin → 𝜏)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦   𝜑,𝑦   𝑥,𝐴   𝜏,𝑥   𝜒,𝑥
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥)   𝜒(𝑦)   𝜏(𝑦)   𝐴(𝑦)

Proof of Theorem findcard3
Dummy variables 𝑤 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 isfi 7964 . . 3 (𝐴 ∈ Fin ↔ ∃𝑤 ∈ ω 𝐴𝑤)
2 nnon 7056 . . . . . 6 (𝑤 ∈ ω → 𝑤 ∈ On)
3 eleq1 2687 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑧 → (𝑤 ∈ ω ↔ 𝑧 ∈ ω))
4 breq2 4648 . . . . . . . . . 10 (𝑤 = 𝑧 → (𝑥𝑤𝑥𝑧))
54imbi1d 331 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑧 → ((𝑥𝑤𝜑) ↔ (𝑥𝑧𝜑)))
65albidv 1847 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑧 → (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ↔ ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)))
73, 6imbi12d 334 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑧 → ((𝑤 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑)) ↔ (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑))))
8 rspe 3000 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → ∃𝑤 ∈ ω 𝑦𝑤)
9 isfi 7964 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ Fin ↔ ∃𝑤 ∈ ω 𝑦𝑤)
108, 9sylibr 224 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → 𝑦 ∈ Fin)
11 19.21v 1866 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (∀𝑥(𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ↔ (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)))
1211ralbii 2977 . . . . . . . . . . . . . . 15 (∀𝑧𝑤𝑥(𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ↔ ∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)))
13 ralcom4 3219 . . . . . . . . . . . . . . 15 (∀𝑧𝑤𝑥(𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ↔ ∀𝑥𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)))
1412, 13bitr3i 266 . . . . . . . . . . . . . 14 (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)) ↔ ∀𝑥𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)))
15 pssss 3694 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑥𝑦𝑥𝑦)
16 ssfi 8165 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝑥𝑦) → 𝑥 ∈ Fin)
17 isfi 7964 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑥 ∈ Fin ↔ ∃𝑧 ∈ ω 𝑥𝑧)
1816, 17sylib 208 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝑥𝑦) → ∃𝑧 ∈ ω 𝑥𝑧)
1910, 15, 18syl2an 494 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → ∃𝑧 ∈ ω 𝑥𝑧)
20 ensym 7990 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑥𝑧𝑧𝑥)
2120ad2antll 764 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑧𝑥)
22 php3 8131 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝑥𝑦) → 𝑥𝑦)
2310, 22sylan 488 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑥𝑦)
2423adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑥𝑦)
25 simpllr 798 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑦𝑤)
26 sdomentr 8079 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((𝑥𝑦𝑦𝑤) → 𝑥𝑤)
2724, 25, 26syl2anc 692 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑥𝑤)
28 ensdomtr 8081 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑧𝑥𝑥𝑤) → 𝑧𝑤)
2921, 27, 28syl2anc 692 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑧𝑤)
30 nnon 7056 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑧 ∈ ω → 𝑧 ∈ On)
3130ad2antrl 763 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑧 ∈ On)
322ad3antrrr 765 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑤 ∈ On)
33 sdomel 8092 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑧 ∈ On ∧ 𝑤 ∈ On) → (𝑧𝑤𝑧𝑤))
3431, 32, 33syl2anc 692 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → (𝑧𝑤𝑧𝑤))
3529, 34mpd 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑧𝑤)
3635ex 450 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧) → 𝑧𝑤))
37 simpr 477 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧) → 𝑥𝑧)
3837a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧) → 𝑥𝑧))
3936, 38jcad 555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧) → (𝑧𝑤𝑥𝑧)))
4039reximdv2 3011 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → (∃𝑧 ∈ ω 𝑥𝑧 → ∃𝑧𝑤 𝑥𝑧))
4119, 40mpd 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → ∃𝑧𝑤 𝑥𝑧)
42 r19.29 3068 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ ∃𝑧𝑤 𝑥𝑧) → ∃𝑧𝑤 ((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ 𝑥𝑧))
4342expcom 451 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (∃𝑧𝑤 𝑥𝑧 → (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) → ∃𝑧𝑤 ((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ 𝑥𝑧)))
4441, 43syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) → ∃𝑧𝑤 ((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ 𝑥𝑧)))
45 ordom 7059 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Ord ω
46 ordelss 5727 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((Ord ω ∧ 𝑤 ∈ ω) → 𝑤 ⊆ ω)
4745, 46mpan 705 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑤 ∈ ω → 𝑤 ⊆ ω)
4847ad2antrr 761 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑤 ⊆ ω)
4948sseld 3594 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑧𝑤𝑧 ∈ ω))
50 pm2.27 42 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑧 ∈ ω → ((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) → (𝑥𝑧𝜑)))
5150impd 447 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑧 ∈ ω → (((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ 𝑥𝑧) → 𝜑))
5249, 51syl6 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑧𝑤 → (((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ 𝑥𝑧) → 𝜑)))
5352rexlimdv 3026 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → (∃𝑧𝑤 ((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ 𝑥𝑧) → 𝜑))
5444, 53syld 47 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) → 𝜑))
5554ex 450 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → (𝑥𝑦 → (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) → 𝜑)))
5655com23 86 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) → (𝑥𝑦𝜑)))
5756alimdv 1843 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → (∀𝑥𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) → ∀𝑥(𝑥𝑦𝜑)))
5814, 57syl5bi 232 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)) → ∀𝑥(𝑥𝑦𝜑)))
59 findcard3.3 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ Fin → (∀𝑥(𝑥𝑦𝜑) → 𝜒))
6010, 58, 59sylsyld 61 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)) → 𝜒))
6160impancom 456 . . . . . . . . . . 11 ((𝑤 ∈ ω ∧ ∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑))) → (𝑦𝑤𝜒))
6261alrimiv 1853 . . . . . . . . . 10 ((𝑤 ∈ ω ∧ ∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑))) → ∀𝑦(𝑦𝑤𝜒))
6362expcom 451 . . . . . . . . 9 (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)) → (𝑤 ∈ ω → ∀𝑦(𝑦𝑤𝜒)))
64 breq1 4647 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑦 → (𝑥𝑤𝑦𝑤))
65 findcard3.1 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑦 → (𝜑𝜒))
6664, 65imbi12d 334 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑥𝑤𝜑) ↔ (𝑦𝑤𝜒)))
6766cbvalv 2271 . . . . . . . . 9 (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ↔ ∀𝑦(𝑦𝑤𝜒))
6863, 67syl6ibr 242 . . . . . . . 8 (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)) → (𝑤 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑)))
6968a1i 11 . . . . . . 7 (𝑤 ∈ On → (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)) → (𝑤 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑))))
707, 69tfis2 7041 . . . . . 6 (𝑤 ∈ On → (𝑤 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑)))
712, 70mpcom 38 . . . . 5 (𝑤 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑))
7271rgen 2919 . . . 4 𝑤 ∈ ω ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑)
73 r19.29 3068 . . . 4 ((∀𝑤 ∈ ω ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ ∃𝑤 ∈ ω 𝐴𝑤) → ∃𝑤 ∈ ω (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ 𝐴𝑤))
7472, 73mpan 705 . . 3 (∃𝑤 ∈ ω 𝐴𝑤 → ∃𝑤 ∈ ω (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ 𝐴𝑤))
751, 74sylbi 207 . 2 (𝐴 ∈ Fin → ∃𝑤 ∈ ω (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ 𝐴𝑤))
76 breq1 4647 . . . . . 6 (𝑥 = 𝐴 → (𝑥𝑤𝐴𝑤))
77 findcard3.2 . . . . . 6 (𝑥 = 𝐴 → (𝜑𝜏))
7876, 77imbi12d 334 . . . . 5 (𝑥 = 𝐴 → ((𝑥𝑤𝜑) ↔ (𝐴𝑤𝜏)))
7978spcgv 3288 . . . 4 (𝐴 ∈ Fin → (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) → (𝐴𝑤𝜏)))
8079impd 447 . . 3 (𝐴 ∈ Fin → ((∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ 𝐴𝑤) → 𝜏))
8180rexlimdvw 3030 . 2 (𝐴 ∈ Fin → (∃𝑤 ∈ ω (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ 𝐴𝑤) → 𝜏))
8275, 81mpd 15 1 (𝐴 ∈ Fin → 𝜏)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 384  wal 1479   = wceq 1481  wcel 1988  wral 2909  wrex 2910  wss 3567  wpss 3568   class class class wbr 4644  Ord word 5710  Oncon0 5711  ωcom 7050  cen 7937  csdm 7939  Fincfn 7940
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1720  ax-4 1735  ax-5 1837  ax-6 1886  ax-7 1933  ax-8 1990  ax-9 1997  ax-10 2017  ax-11 2032  ax-12 2045  ax-13 2244  ax-ext 2600  ax-sep 4772  ax-nul 4780  ax-pow 4834  ax-pr 4897  ax-un 6934
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1484  df-ex 1703  df-nf 1708  df-sb 1879  df-eu 2472  df-mo 2473  df-clab 2607  df-cleq 2613  df-clel 2616  df-nfc 2751  df-ne 2792  df-ral 2914  df-rex 2915  df-rab 2918  df-v 3197  df-sbc 3430  df-dif 3570  df-un 3572  df-in 3574  df-ss 3581  df-pss 3583  df-nul 3908  df-if 4078  df-pw 4151  df-sn 4169  df-pr 4171  df-tp 4173  df-op 4175  df-uni 4428  df-br 4645  df-opab 4704  df-tr 4744  df-id 5014  df-eprel 5019  df-po 5025  df-so 5026  df-fr 5063  df-we 5065  df-xp 5110  df-rel 5111  df-cnv 5112  df-co 5113  df-dm 5114  df-rn 5115  df-res 5116  df-ima 5117  df-ord 5714  df-on 5715  df-lim 5716  df-suc 5717  df-iota 5839  df-fun 5878  df-fn 5879  df-f 5880  df-f1 5881  df-fo 5882  df-f1o 5883  df-fv 5884  df-om 7051  df-er 7727  df-en 7941  df-dom 7942  df-sdom 7943  df-fin 7944
This theorem is referenced by:  marypha1lem  8324  pgpfac1  18460  pgpfac  18464  fbfinnfr  21626  wilthlem3  24777
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