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Theorem findcard3 8359
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 8133 . . 3 (𝐴 ∈ Fin ↔ ∃𝑤 ∈ ω 𝐴𝑤)
2 nnon 7218 . . . . . 6 (𝑤 ∈ ω → 𝑤 ∈ On)
3 eleq1w 2833 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑧 → (𝑤 ∈ ω ↔ 𝑧 ∈ ω))
4 breq2 4790 . . . . . . . . . 10 (𝑤 = 𝑧 → (𝑥𝑤𝑥𝑧))
54imbi1d 330 . . . . . . . . 9 (𝑤 = 𝑧 → ((𝑥𝑤𝜑) ↔ (𝑥𝑧𝜑)))
65albidv 2001 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑧 → (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ↔ ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)))
73, 6imbi12d 333 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑧 → ((𝑤 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑)) ↔ (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑))))
8 rspe 3151 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → ∃𝑤 ∈ ω 𝑦𝑤)
9 isfi 8133 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ Fin ↔ ∃𝑤 ∈ ω 𝑦𝑤)
108, 9sylibr 224 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → 𝑦 ∈ Fin)
11 19.21v 2020 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (∀𝑥(𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ↔ (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)))
1211ralbii 3129 . . . . . . . . . . . . . . 15 (∀𝑧𝑤𝑥(𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ↔ ∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)))
13 ralcom4 3376 . . . . . . . . . . . . . . 15 (∀𝑧𝑤𝑥(𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ↔ ∀𝑥𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)))
1412, 13bitr3i 266 . . . . . . . . . . . . . 14 (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)) ↔ ∀𝑥𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)))
15 pssss 3852 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑥𝑦𝑥𝑦)
16 ssfi 8336 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝑥𝑦) → 𝑥 ∈ Fin)
17 isfi 8133 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑥 ∈ Fin ↔ ∃𝑧 ∈ ω 𝑥𝑧)
1816, 17sylib 208 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝑥𝑦) → ∃𝑧 ∈ ω 𝑥𝑧)
1910, 15, 18syl2an 583 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → ∃𝑧 ∈ ω 𝑥𝑧)
20 ensym 8158 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑥𝑧𝑧𝑥)
2120ad2antll 708 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑧𝑥)
22 php3 8302 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ((𝑦 ∈ Fin ∧ 𝑥𝑦) → 𝑥𝑦)
2310, 22sylan 569 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑥𝑦)
2423adantr 466 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑥𝑦)
25 simpllr 760 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑦𝑤)
26 sdomentr 8250 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((𝑥𝑦𝑦𝑤) → 𝑥𝑤)
2724, 25, 26syl2anc 573 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑥𝑤)
28 ensdomtr 8252 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑧𝑥𝑥𝑤) → 𝑧𝑤)
2921, 27, 28syl2anc 573 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑧𝑤)
30 nnon 7218 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑧 ∈ ω → 𝑧 ∈ On)
3130ad2antrl 707 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑧 ∈ On)
322ad3antrrr 709 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑤 ∈ On)
33 sdomel 8263 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑧 ∈ On ∧ 𝑤 ∈ On) → (𝑧𝑤𝑧𝑤))
3431, 32, 33syl2anc 573 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → (𝑧𝑤𝑧𝑤))
3529, 34mpd 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) ∧ (𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧)) → 𝑧𝑤)
3635ex 397 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧) → 𝑧𝑤))
37 simpr 471 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧) → 𝑥𝑧)
3837a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧) → 𝑥𝑧))
3936, 38jcad 502 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → ((𝑧 ∈ ω ∧ 𝑥𝑧) → (𝑧𝑤𝑥𝑧)))
4039reximdv2 3162 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → (∃𝑧 ∈ ω 𝑥𝑧 → ∃𝑧𝑤 𝑥𝑧))
4119, 40mpd 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → ∃𝑧𝑤 𝑥𝑧)
42 r19.29 3220 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ ∃𝑧𝑤 𝑥𝑧) → ∃𝑧𝑤 ((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ 𝑥𝑧))
4342expcom 398 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 7221 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Ord ω
46 ordelss 5882 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((Ord ω ∧ 𝑤 ∈ ω) → 𝑤 ⊆ ω)
4745, 46mpan 670 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑤 ∈ ω → 𝑤 ⊆ ω)
4847ad2antrr 705 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → 𝑤 ⊆ ω)
4948sseld 3751 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑧𝑤𝑧 ∈ ω))
50 pm2.27 42 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑧 ∈ ω → ((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) → (𝑥𝑧𝜑)))
5150impd 396 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑧 ∈ ω → (((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ 𝑥𝑧) → 𝜑))
5249, 51syl6 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) ∧ 𝑥𝑦) → (𝑧𝑤 → (((𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) ∧ 𝑥𝑧) → 𝜑)))
5352rexlimdv 3178 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 397 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → (𝑥𝑦 → (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) → 𝜑)))
5655com23 86 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑤 ∈ ω ∧ 𝑦𝑤) → (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → (𝑥𝑧𝜑)) → (𝑥𝑦𝜑)))
5756alimdv 1997 . . . . . . . . . . . . . 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 439 . . . . . . . . . . 11 ((𝑤 ∈ ω ∧ ∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑))) → (𝑦𝑤𝜒))
6261alrimiv 2007 . . . . . . . . . 10 ((𝑤 ∈ ω ∧ ∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑))) → ∀𝑦(𝑦𝑤𝜒))
6362expcom 398 . . . . . . . . 9 (∀𝑧𝑤 (𝑧 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑧𝜑)) → (𝑤 ∈ ω → ∀𝑦(𝑦𝑤𝜒)))
64 breq1 4789 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑦 → (𝑥𝑤𝑦𝑤))
65 findcard3.1 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑦 → (𝜑𝜒))
6664, 65imbi12d 333 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = 𝑦 → ((𝑥𝑤𝜑) ↔ (𝑦𝑤𝜒)))
6766cbvalvw 2125 . . . . . . . . 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 7203 . . . . . 6 (𝑤 ∈ On → (𝑤 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑)))
712, 70mpcom 38 . . . . 5 (𝑤 ∈ ω → ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑))
7271rgen 3071 . . . 4 𝑤 ∈ ω ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑)
73 r19.29 3220 . . . 4 ((∀𝑤 ∈ ω ∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ ∃𝑤 ∈ ω 𝐴𝑤) → ∃𝑤 ∈ ω (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ 𝐴𝑤))
7472, 73mpan 670 . . 3 (∃𝑤 ∈ ω 𝐴𝑤 → ∃𝑤 ∈ ω (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ 𝐴𝑤))
751, 74sylbi 207 . 2 (𝐴 ∈ Fin → ∃𝑤 ∈ ω (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ 𝐴𝑤))
76 breq1 4789 . . . . . 6 (𝑥 = 𝐴 → (𝑥𝑤𝐴𝑤))
77 findcard3.2 . . . . . 6 (𝑥 = 𝐴 → (𝜑𝜏))
7876, 77imbi12d 333 . . . . 5 (𝑥 = 𝐴 → ((𝑥𝑤𝜑) ↔ (𝐴𝑤𝜏)))
7978spcgv 3444 . . . 4 (𝐴 ∈ Fin → (∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) → (𝐴𝑤𝜏)))
8079impd 396 . . 3 (𝐴 ∈ Fin → ((∀𝑥(𝑥𝑤𝜑) ∧ 𝐴𝑤) → 𝜏))
8180rexlimdvw 3182 . 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 382  wal 1629   = wceq 1631  wcel 2145  wral 3061  wrex 3062  wss 3723  wpss 3724   class class class wbr 4786  Ord word 5865  Oncon0 5866  ωcom 7212  cen 8106  csdm 8108  Fincfn 8109
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-sep 4915  ax-nul 4923  ax-pow 4974  ax-pr 5034  ax-un 7096
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-ral 3066  df-rex 3067  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-pss 3739  df-nul 4064  df-if 4226  df-pw 4299  df-sn 4317  df-pr 4319  df-tp 4321  df-op 4323  df-uni 4575  df-br 4787  df-opab 4847  df-tr 4887  df-id 5157  df-eprel 5162  df-po 5170  df-so 5171  df-fr 5208  df-we 5210  df-xp 5255  df-rel 5256  df-cnv 5257  df-co 5258  df-dm 5259  df-rn 5260  df-res 5261  df-ima 5262  df-ord 5869  df-on 5870  df-lim 5871  df-suc 5872  df-iota 5994  df-fun 6033  df-fn 6034  df-f 6035  df-f1 6036  df-fo 6037  df-f1o 6038  df-fv 6039  df-om 7213  df-er 7896  df-en 8110  df-dom 8111  df-sdom 8112  df-fin 8113
This theorem is referenced by:  marypha1lem  8495  pgpfac1  18687  pgpfac  18691  fbfinnfr  21865  wilthlem3  25017
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