MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  ufinffr Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem ufinffr 21954
Description: An infinite subset is contained in a free ultrafilter. (Contributed by Jeff Hankins, 6-Dec-2009.) (Revised by Mario Carneiro, 4-Dec-2013.)
Assertion
Ref Expression
ufinffr ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)(𝐴𝑓 𝑓 = ∅))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑓   𝐵,𝑓   𝑓,𝑋

Proof of Theorem ufinffr
Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ominf 8339 . . . . 5 ¬ ω ∈ Fin
2 domfi 8348 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ Fin ∧ ω ≼ 𝐴) → ω ∈ Fin)
32expcom 450 . . . . 5 (ω ≼ 𝐴 → (𝐴 ∈ Fin → ω ∈ Fin))
41, 3mtoi 190 . . . 4 (ω ≼ 𝐴 → ¬ 𝐴 ∈ Fin)
5 cfinfil 21918 . . . 4 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ¬ 𝐴 ∈ Fin) → {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ∈ (Fil‘𝑋))
64, 5syl3an3 1170 . . 3 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ∈ (Fil‘𝑋))
7 filssufil 21937 . . 3 ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ∈ (Fil‘𝑋) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓)
86, 7syl 17 . 2 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓)
9 elpw2g 4976 . . . . . . . 8 (𝑋𝐵 → (𝐴 ∈ 𝒫 𝑋𝐴𝑋))
109biimpar 503 . . . . . . 7 ((𝑋𝐵𝐴𝑋) → 𝐴 ∈ 𝒫 𝑋)
11103adant3 1127 . . . . . 6 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → 𝐴 ∈ 𝒫 𝑋)
12 0fin 8355 . . . . . . 7 ∅ ∈ Fin
1312a1i 11 . . . . . 6 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∅ ∈ Fin)
14 difeq2 3865 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝐴 → (𝐴𝑥) = (𝐴𝐴))
15 difid 4091 . . . . . . . . 9 (𝐴𝐴) = ∅
1614, 15syl6eq 2810 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝐴 → (𝐴𝑥) = ∅)
1716eleq1d 2824 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝐴 → ((𝐴𝑥) ∈ Fin ↔ ∅ ∈ Fin))
1817elrab 3504 . . . . . 6 (𝐴 ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ↔ (𝐴 ∈ 𝒫 𝑋 ∧ ∅ ∈ Fin))
1911, 13, 18sylanbrc 701 . . . . 5 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → 𝐴 ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin})
20 ssel 3738 . . . . 5 ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → (𝐴 ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} → 𝐴𝑓))
2119, 20syl5com 31 . . . 4 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓𝐴𝑓))
22 intss 4650 . . . . . 6 ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 𝑓 {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin})
23 neldifsn 4467 . . . . . . . . . 10 ¬ 𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})
24 elinti 4637 . . . . . . . . . 10 (𝑦 {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} → ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} → 𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})))
2523, 24mtoi 190 . . . . . . . . 9 (𝑦 {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} → ¬ (𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin})
26 simp2 1132 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → 𝐴𝑋)
2726ssdifssd 3891 . . . . . . . . . . 11 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ {𝑦}) ⊆ 𝑋)
28 elpw2g 4976 . . . . . . . . . . . 12 (𝑋𝐵 → ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋 ↔ (𝐴 ∖ {𝑦}) ⊆ 𝑋))
29283ad2ant1 1128 . . . . . . . . . . 11 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋 ↔ (𝐴 ∖ {𝑦}) ⊆ 𝑋))
3027, 29mpbird 247 . . . . . . . . . 10 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋)
31 snfi 8205 . . . . . . . . . . . 12 {𝑦} ∈ Fin
32 eldif 3725 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ↔ (𝑥𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})))
33 eldif 3725 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦}) ↔ (𝑥𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ {𝑦}))
3433notbii 309 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦}) ↔ ¬ (𝑥𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ {𝑦}))
35 iman 439 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑥𝐴𝑥 ∈ {𝑦}) ↔ ¬ (𝑥𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ {𝑦}))
3634, 35bitr4i 267 . . . . . . . . . . . . . . . 16 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦}) ↔ (𝑥𝐴𝑥 ∈ {𝑦}))
3736anbi2i 732 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥𝐴 ∧ ¬ 𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝑦})) ↔ (𝑥𝐴 ∧ (𝑥𝐴𝑥 ∈ {𝑦})))
3832, 37bitri 264 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ↔ (𝑥𝐴 ∧ (𝑥𝐴𝑥 ∈ {𝑦})))
39 pm3.35 612 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥𝐴 ∧ (𝑥𝐴𝑥 ∈ {𝑦})) → 𝑥 ∈ {𝑦})
4038, 39sylbi 207 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) → 𝑥 ∈ {𝑦})
4140ssriv 3748 . . . . . . . . . . . 12 (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ⊆ {𝑦}
42 ssfi 8347 . . . . . . . . . . . 12 (({𝑦} ∈ Fin ∧ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ⊆ {𝑦}) → (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin)
4331, 41, 42mp2an 710 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin
4443a1i 11 . . . . . . . . . 10 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin)
45 difeq2 3865 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = (𝐴 ∖ {𝑦}) → (𝐴𝑥) = (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})))
4645eleq1d 2824 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = (𝐴 ∖ {𝑦}) → ((𝐴𝑥) ∈ Fin ↔ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin))
4746elrab 3504 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ↔ ((𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ 𝒫 𝑋 ∧ (𝐴 ∖ (𝐴 ∖ {𝑦})) ∈ Fin))
4830, 44, 47sylanbrc 701 . . . . . . . . 9 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (𝐴 ∖ {𝑦}) ∈ {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin})
4925, 48nsyl3 133 . . . . . . . 8 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ¬ 𝑦 {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin})
5049eq0rdv 4122 . . . . . . 7 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} = ∅)
5150sseq2d 3774 . . . . . 6 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ( 𝑓 {𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ↔ 𝑓 ⊆ ∅))
5222, 51syl5ib 234 . . . . 5 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 𝑓 ⊆ ∅))
53 ss0 4117 . . . . 5 ( 𝑓 ⊆ ∅ → 𝑓 = ∅)
5452, 53syl6 35 . . . 4 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 𝑓 = ∅))
5521, 54jcad 556 . . 3 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ({𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → (𝐴𝑓 𝑓 = ∅)))
5655reximdv 3154 . 2 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → (∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋){𝑥 ∈ 𝒫 𝑋 ∣ (𝐴𝑥) ∈ Fin} ⊆ 𝑓 → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)(𝐴𝑓 𝑓 = ∅)))
578, 56mpd 15 1 ((𝑋𝐵𝐴𝑋 ∧ ω ≼ 𝐴) → ∃𝑓 ∈ (UFil‘𝑋)(𝐴𝑓 𝑓 = ∅))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072   = wceq 1632  wcel 2139  wrex 3051  {crab 3054  cdif 3712  wss 3715  c0 4058  𝒫 cpw 4302  {csn 4321   cint 4627   class class class wbr 4804  cfv 6049  ωcom 7231  cdom 8121  Fincfn 8123  Filcfil 21870  UFilcufil 21924
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 7115  ax-ac2 9497
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-rmo 3058  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-se 5226  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-isom 6058  df-riota 6775  df-ov 6817  df-oprab 6818  df-mpt2 6819  df-rpss 7103  df-om 7232  df-wrecs 7577  df-recs 7638  df-rdg 7676  df-1o 7730  df-oadd 7734  df-er 7913  df-en 8124  df-dom 8125  df-sdom 8126  df-fin 8127  df-fi 8484  df-card 8975  df-ac 9149  df-cda 9202  df-fbas 19965  df-fg 19966  df-fil 21871  df-ufil 21926
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator