Mathbox for Richard Penner < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  trclfvdecomr Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem trclfvdecomr 38522
 Description: The transitive closure of a relation may be decomposed into a union of the relation and the composition of the relation with its transitive closure. (Contributed by RP, 18-Jul-2020.)
Assertion
Ref Expression
trclfvdecomr (𝑅𝑉 → (t+‘𝑅) = (𝑅 ∪ ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅)))

Proof of Theorem trclfvdecomr
Dummy variables 𝑚 𝑛 𝑟 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elex 3352 . . 3 (𝑅𝑉𝑅 ∈ V)
2 oveq1 6820 . . . . 5 (𝑟 = 𝑅 → (𝑟𝑟𝑛) = (𝑅𝑟𝑛))
32iuneq2d 4699 . . . 4 (𝑟 = 𝑅 𝑛 ∈ ℕ (𝑟𝑟𝑛) = 𝑛 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑛))
4 dftrcl3 38514 . . . 4 t+ = (𝑟 ∈ V ↦ 𝑛 ∈ ℕ (𝑟𝑟𝑛))
5 nnex 11218 . . . . 5 ℕ ∈ V
6 ovex 6841 . . . . 5 (𝑅𝑟𝑛) ∈ V
75, 6iunex 7312 . . . 4 𝑛 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑛) ∈ V
83, 4, 7fvmpt 6444 . . 3 (𝑅 ∈ V → (t+‘𝑅) = 𝑛 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑛))
91, 8syl 17 . 2 (𝑅𝑉 → (t+‘𝑅) = 𝑛 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑛))
10 nnuz 11916 . . . . . 6 ℕ = (ℤ‘1)
11 2eluzge1 11927 . . . . . . 7 2 ∈ (ℤ‘1)
12 uzsplit 12605 . . . . . . 7 (2 ∈ (ℤ‘1) → (ℤ‘1) = ((1...(2 − 1)) ∪ (ℤ‘2)))
1311, 12ax-mp 5 . . . . . 6 (ℤ‘1) = ((1...(2 − 1)) ∪ (ℤ‘2))
14 2m1e1 11327 . . . . . . . . 9 (2 − 1) = 1
1514oveq2i 6824 . . . . . . . 8 (1...(2 − 1)) = (1...1)
16 1z 11599 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℤ
17 fzsn 12576 . . . . . . . . 9 (1 ∈ ℤ → (1...1) = {1})
1816, 17ax-mp 5 . . . . . . . 8 (1...1) = {1}
1915, 18eqtri 2782 . . . . . . 7 (1...(2 − 1)) = {1}
2019uneq1i 3906 . . . . . 6 ((1...(2 − 1)) ∪ (ℤ‘2)) = ({1} ∪ (ℤ‘2))
2110, 13, 203eqtri 2786 . . . . 5 ℕ = ({1} ∪ (ℤ‘2))
22 iuneq1 4686 . . . . 5 (ℕ = ({1} ∪ (ℤ‘2)) → 𝑛 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑛) = 𝑛 ∈ ({1} ∪ (ℤ‘2))(𝑅𝑟𝑛))
2321, 22ax-mp 5 . . . 4 𝑛 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑛) = 𝑛 ∈ ({1} ∪ (ℤ‘2))(𝑅𝑟𝑛)
24 iunxun 4757 . . . 4 𝑛 ∈ ({1} ∪ (ℤ‘2))(𝑅𝑟𝑛) = ( 𝑛 ∈ {1} (𝑅𝑟𝑛) ∪ 𝑛 ∈ (ℤ‘2)(𝑅𝑟𝑛))
25 1ex 10227 . . . . . 6 1 ∈ V
26 oveq2 6821 . . . . . 6 (𝑛 = 1 → (𝑅𝑟𝑛) = (𝑅𝑟1))
2725, 26iunxsn 4755 . . . . 5 𝑛 ∈ {1} (𝑅𝑟𝑛) = (𝑅𝑟1)
2827uneq1i 3906 . . . 4 ( 𝑛 ∈ {1} (𝑅𝑟𝑛) ∪ 𝑛 ∈ (ℤ‘2)(𝑅𝑟𝑛)) = ((𝑅𝑟1) ∪ 𝑛 ∈ (ℤ‘2)(𝑅𝑟𝑛))
2923, 24, 283eqtri 2786 . . 3 𝑛 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑛) = ((𝑅𝑟1) ∪ 𝑛 ∈ (ℤ‘2)(𝑅𝑟𝑛))
30 relexp1g 13965 . . . 4 (𝑅𝑉 → (𝑅𝑟1) = 𝑅)
31 oveq1 6820 . . . . . . . . . 10 (𝑟 = 𝑅 → (𝑟𝑟𝑚) = (𝑅𝑟𝑚))
3231iuneq2d 4699 . . . . . . . . 9 (𝑟 = 𝑅 𝑚 ∈ ℕ (𝑟𝑟𝑚) = 𝑚 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑚))
33 dftrcl3 38514 . . . . . . . . 9 t+ = (𝑟 ∈ V ↦ 𝑚 ∈ ℕ (𝑟𝑟𝑚))
34 ovex 6841 . . . . . . . . . 10 (𝑅𝑟𝑚) ∈ V
355, 34iunex 7312 . . . . . . . . 9 𝑚 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑚) ∈ V
3632, 33, 35fvmpt 6444 . . . . . . . 8 (𝑅 ∈ V → (t+‘𝑅) = 𝑚 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑚))
371, 36syl 17 . . . . . . 7 (𝑅𝑉 → (t+‘𝑅) = 𝑚 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑚))
3837coeq1d 5439 . . . . . 6 (𝑅𝑉 → ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅) = ( 𝑚 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑚) ∘ 𝑅))
39 coiun1 38446 . . . . . . 7 ( 𝑚 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = 𝑚 ∈ ℕ ((𝑅𝑟𝑚) ∘ 𝑅)
40 uz2m1nn 11956 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ (ℤ‘2) → (𝑛 − 1) ∈ ℕ)
4140adantl 473 . . . . . . . 8 ((𝑅𝑉𝑛 ∈ (ℤ‘2)) → (𝑛 − 1) ∈ ℕ)
42 eluzp1p1 11905 . . . . . . . . . . 11 (𝑚 ∈ (ℤ‘1) → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ‘(1 + 1)))
4342, 10eleq2s 2857 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ‘(1 + 1)))
44 1p1e2 11326 . . . . . . . . . . 11 (1 + 1) = 2
4544fveq2i 6355 . . . . . . . . . 10 (ℤ‘(1 + 1)) = (ℤ‘2)
4643, 45syl6eleq 2849 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ ℕ → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ‘2))
4746adantl 473 . . . . . . . 8 ((𝑅𝑉𝑚 ∈ ℕ) → (𝑚 + 1) ∈ (ℤ‘2))
48 oveq2 6821 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = (𝑛 − 1) → (𝑅𝑟𝑚) = (𝑅𝑟(𝑛 − 1)))
4948coeq1d 5439 . . . . . . . . 9 (𝑚 = (𝑛 − 1) → ((𝑅𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = ((𝑅𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅))
50493ad2ant3 1130 . . . . . . . 8 ((𝑅𝑉𝑛 ∈ (ℤ‘2) ∧ 𝑚 = (𝑛 − 1)) → ((𝑅𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = ((𝑅𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅))
51 oveq2 6821 . . . . . . . . 9 (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑅𝑟𝑛) = (𝑅𝑟(𝑚 + 1)))
52513ad2ant3 1130 . . . . . . . 8 ((𝑅𝑉𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = (𝑚 + 1)) → (𝑅𝑟𝑛) = (𝑅𝑟(𝑚 + 1)))
53 relexpsucnnr 13964 . . . . . . . . 9 ((𝑅𝑉𝑚 ∈ ℕ) → (𝑅𝑟(𝑚 + 1)) = ((𝑅𝑟𝑚) ∘ 𝑅))
5453eqcomd 2766 . . . . . . . 8 ((𝑅𝑉𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑅𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = (𝑅𝑟(𝑚 + 1)))
55 relexpsucnnr 13964 . . . . . . . . . 10 ((𝑅𝑉 ∧ (𝑛 − 1) ∈ ℕ) → (𝑅𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = ((𝑅𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅))
5640, 55sylan2 492 . . . . . . . . 9 ((𝑅𝑉𝑛 ∈ (ℤ‘2)) → (𝑅𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = ((𝑅𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅))
57 eluzelcn 11891 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ (ℤ‘2) → 𝑛 ∈ ℂ)
58 npcan1 10647 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℂ → ((𝑛 − 1) + 1) = 𝑛)
59 oveq2 6821 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑛 − 1) + 1) = 𝑛 → (𝑅𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = (𝑅𝑟𝑛))
6057, 58, 593syl 18 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ (ℤ‘2) → (𝑅𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = (𝑅𝑟𝑛))
6160eqeq1d 2762 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ (ℤ‘2) → ((𝑅𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = ((𝑅𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅) ↔ (𝑅𝑟𝑛) = ((𝑅𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅)))
6261adantl 473 . . . . . . . . 9 ((𝑅𝑉𝑛 ∈ (ℤ‘2)) → ((𝑅𝑟((𝑛 − 1) + 1)) = ((𝑅𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅) ↔ (𝑅𝑟𝑛) = ((𝑅𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅)))
6356, 62mpbid 222 . . . . . . . 8 ((𝑅𝑉𝑛 ∈ (ℤ‘2)) → (𝑅𝑟𝑛) = ((𝑅𝑟(𝑛 − 1)) ∘ 𝑅))
6441, 47, 50, 52, 54, 63cbviuneq12dv 38456 . . . . . . 7 (𝑅𝑉 𝑚 ∈ ℕ ((𝑅𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = 𝑛 ∈ (ℤ‘2)(𝑅𝑟𝑛))
6539, 64syl5eq 2806 . . . . . 6 (𝑅𝑉 → ( 𝑚 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑚) ∘ 𝑅) = 𝑛 ∈ (ℤ‘2)(𝑅𝑟𝑛))
6638, 65eqtrd 2794 . . . . 5 (𝑅𝑉 → ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅) = 𝑛 ∈ (ℤ‘2)(𝑅𝑟𝑛))
6766eqcomd 2766 . . . 4 (𝑅𝑉 𝑛 ∈ (ℤ‘2)(𝑅𝑟𝑛) = ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅))
6830, 67uneq12d 3911 . . 3 (𝑅𝑉 → ((𝑅𝑟1) ∪ 𝑛 ∈ (ℤ‘2)(𝑅𝑟𝑛)) = (𝑅 ∪ ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅)))
6929, 68syl5eq 2806 . 2 (𝑅𝑉 𝑛 ∈ ℕ (𝑅𝑟𝑛) = (𝑅 ∪ ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅)))
709, 69eqtrd 2794 1 (𝑅𝑉 → (t+‘𝑅) = (𝑅 ∪ ((t+‘𝑅) ∘ 𝑅)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 383   = wceq 1632   ∈ wcel 2139  Vcvv 3340   ∪ cun 3713  {csn 4321  ∪ ciun 4672   ∘ ccom 5270  ‘cfv 6049  (class class class)co 6813  ℂcc 10126  1c1 10129   + caddc 10131   − cmin 10458  ℕcn 11212  2c2 11262  ℤcz 11569  ℤ≥cuz 11879  ...cfz 12519  t+ctcl 13925  ↑𝑟crelexp 13959 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-rep 4923  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7114  ax-cnex 10184  ax-resscn 10185  ax-1cn 10186  ax-icn 10187  ax-addcl 10188  ax-addrcl 10189  ax-mulcl 10190  ax-mulrcl 10191  ax-mulcom 10192  ax-addass 10193  ax-mulass 10194  ax-distr 10195  ax-i2m1 10196  ax-1ne0 10197  ax-1rid 10198  ax-rnegex 10199  ax-rrecex 10200  ax-cnre 10201  ax-pre-lttri 10202  ax-pre-lttrn 10203  ax-pre-ltadd 10204  ax-pre-mulgt0 10205 This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-int 4628  df-iun 4674  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-riota 6774  df-ov 6816  df-oprab 6817  df-mpt2 6818  df-om 7231  df-1st 7333  df-2nd 7334  df-wrecs 7576  df-recs 7637  df-rdg 7675  df-er 7911  df-en 8122  df-dom 8123  df-sdom 8124  df-pnf 10268  df-mnf 10269  df-xr 10270  df-ltxr 10271  df-le 10272  df-sub 10460  df-neg 10461  df-nn 11213  df-2 11271  df-n0 11485  df-z 11570  df-uz 11880  df-fz 12520  df-seq 12996  df-trcl 13927  df-relexp 13960 This theorem is referenced by:  trclfvdecoml  38523  dmtrclfvRP  38524  frege124d  38555  frege131d  38558
 Copyright terms: Public domain W3C validator