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Theorem cfslb2n 7894
Description: Any small collection of small subsets of  A cannot have union  A, where "small" means smaller than the cofinality. This is a stronger version of cfslb 7892. This is a common application of cofinality: under AC,  ( aleph `  1
) is regular, so it is not a countable union of countable sets. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Jun-2013.)
Hypothesis
Ref Expression
cfslb.1  |-  A  e. 
_V
Assertion
Ref Expression
cfslb2n  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  -> 
( B  ~<  ( cf `  A )  ->  U. B  =/=  A
) )
Distinct variable groups:    x, A    x, B

Proof of Theorem cfslb2n
Dummy variable  y is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 limord 4451 . . . . . . . . . 10  |-  ( Lim 
A  ->  Ord  A )
2 ordsson 4581 . . . . . . . . . 10  |-  ( Ord 
A  ->  A  C_  On )
3 sstr 3187 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  C_  A  /\  A  C_  On )  ->  x  C_  On )
43expcom 424 . . . . . . . . . 10  |-  ( A 
C_  On  ->  ( x 
C_  A  ->  x  C_  On ) )
51, 2, 43syl 18 . . . . . . . . 9  |-  ( Lim 
A  ->  ( x  C_  A  ->  x  C_  On ) )
6 onsucuni 4619 . . . . . . . . 9  |-  ( x 
C_  On  ->  x  C_  suc  U. x )
75, 6syl6 29 . . . . . . . 8  |-  ( Lim 
A  ->  ( x  C_  A  ->  x  C_  suc  U. x ) )
87adantrd 454 . . . . . . 7  |-  ( Lim 
A  ->  ( (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) )  ->  x  C_ 
suc  U. x ) )
98ralimdv 2622 . . . . . 6  |-  ( Lim 
A  ->  ( A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) )  ->  A. x  e.  B  x  C_  suc  U. x ) )
10 uniiun 3955 . . . . . . 7  |-  U. B  =  U_ x  e.  B  x
11 ss2iun 3920 . . . . . . 7  |-  ( A. x  e.  B  x  C_ 
suc  U. x  ->  U_ x  e.  B  x  C_  U_ x  e.  B  suc  U. x
)
1210, 11syl5eqss 3222 . . . . . 6  |-  ( A. x  e.  B  x  C_ 
suc  U. x  ->  U. B  C_ 
U_ x  e.  B  suc  U. x )
139, 12syl6 29 . . . . 5  |-  ( Lim 
A  ->  ( A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) )  ->  U. B  C_ 
U_ x  e.  B  suc  U. x ) )
1413imp 418 . . . 4  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  ->  U. B  C_  U_ x  e.  B  suc  U. x
)
15 cfslb.1 . . . . . . . . . 10  |-  A  e. 
_V
1615cfslbn 7893 . . . . . . . . 9  |-  ( ( Lim  A  /\  x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A ) )  ->  U. x  e.  A )
17163expib 1154 . . . . . . . 8  |-  ( Lim 
A  ->  ( (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) )  ->  U. x  e.  A ) )
18 ordsucss 4609 . . . . . . . 8  |-  ( Ord 
A  ->  ( U. x  e.  A  ->  suc  U. x  C_  A ) )
191, 17, 18sylsyld 52 . . . . . . 7  |-  ( Lim 
A  ->  ( (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) )  ->  suc  U. x  C_  A )
)
2019ralimdv 2622 . . . . . 6  |-  ( Lim 
A  ->  ( A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) )  ->  A. x  e.  B  suc  U. x  C_  A ) )
21 iunss 3943 . . . . . 6  |-  ( U_ x  e.  B  suc  U. x  C_  A  <->  A. x  e.  B  suc  U. x  C_  A )
2220, 21syl6ibr 218 . . . . 5  |-  ( Lim 
A  ->  ( A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) )  ->  U_ x  e.  B  suc  U. x  C_  A ) )
2322imp 418 . . . 4  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  ->  U_ x  e.  B  suc  U. x  C_  A
)
24 sseq1 3199 . . . . . 6  |-  ( U. B  =  A  ->  ( U. B  C_  U_ x  e.  B  suc  U. x  <->  A 
C_  U_ x  e.  B  suc  U. x ) )
25 eqss 3194 . . . . . . 7  |-  ( U_ x  e.  B  suc  U. x  =  A  <->  ( U_ x  e.  B  suc  U. x  C_  A  /\  A  C_  U_ x  e.  B  suc  U. x
) )
2625simplbi2com 1364 . . . . . 6  |-  ( A 
C_  U_ x  e.  B  suc  U. x  ->  ( U_ x  e.  B  suc  U. x  C_  A  ->  U_ x  e.  B  suc  U. x  =  A ) )
2724, 26syl6bi 219 . . . . 5  |-  ( U. B  =  A  ->  ( U. B  C_  U_ x  e.  B  suc  U. x  ->  ( U_ x  e.  B  suc  U. x  C_  A  ->  U_ x  e.  B  suc  U. x  =  A ) ) )
2827com3l 75 . . . 4  |-  ( U. B  C_  U_ x  e.  B  suc  U. x  ->  ( U_ x  e.  B  suc  U. x  C_  A  ->  ( U. B  =  A  ->  U_ x  e.  B  suc  U. x  =  A ) ) )
2914, 23, 28sylc 56 . . 3  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  -> 
( U. B  =  A  ->  U_ x  e.  B  suc  U. x  =  A ) )
30 limsuc 4640 . . . . . . . . 9  |-  ( Lim 
A  ->  ( U. x  e.  A  <->  suc  U. x  e.  A ) )
3117, 30sylibd 205 . . . . . . . 8  |-  ( Lim 
A  ->  ( (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) )  ->  suc  U. x  e.  A ) )
3231ralimdv 2622 . . . . . . 7  |-  ( Lim 
A  ->  ( A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) )  ->  A. x  e.  B  suc  U. x  e.  A ) )
3332imp 418 . . . . . 6  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  ->  A. x  e.  B  suc  U. x  e.  A
)
34 r19.29 2683 . . . . . . . 8  |-  ( ( A. x  e.  B  suc  U. x  e.  A  /\  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x
)  ->  E. x  e.  B  ( suc  U. x  e.  A  /\  y  =  suc  U. x
) )
35 eleq1 2343 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  =  suc  U. x  ->  ( y  e.  A  <->  suc  U. x  e.  A
) )
3635biimparc 473 . . . . . . . . 9  |-  ( ( suc  U. x  e.  A  /\  y  =  suc  U. x )  ->  y  e.  A
)
3736rexlimivw 2663 . . . . . . . 8  |-  ( E. x  e.  B  ( suc  U. x  e.  A  /\  y  =  suc  U. x )  ->  y  e.  A
)
3834, 37syl 15 . . . . . . 7  |-  ( ( A. x  e.  B  suc  U. x  e.  A  /\  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x
)  ->  y  e.  A )
3938ex 423 . . . . . 6  |-  ( A. x  e.  B  suc  U. x  e.  A  -> 
( E. x  e.  B  y  =  suc  U. x  ->  y  e.  A ) )
4033, 39syl 15 . . . . 5  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  -> 
( E. x  e.  B  y  =  suc  U. x  ->  y  e.  A ) )
4140abssdv 3247 . . . 4  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  ->  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  C_  A )
42 vex 2791 . . . . . . . . 9  |-  x  e. 
_V
4342uniex 4516 . . . . . . . 8  |-  U. x  e.  _V
4443sucex 4602 . . . . . . 7  |-  suc  U. x  e.  _V
4544dfiun2 3937 . . . . . 6  |-  U_ x  e.  B  suc  U. x  =  U. { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }
4645eqeq1i 2290 . . . . 5  |-  ( U_ x  e.  B  suc  U. x  =  A  <->  U. { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  =  A )
4715cfslb 7892 . . . . . 6  |-  ( ( Lim  A  /\  {
y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  C_  A  /\  U. { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  =  A )  ->  ( cf `  A )  ~<_  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x } )
48473expia 1153 . . . . 5  |-  ( ( Lim  A  /\  {
y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  C_  A )  ->  ( U. { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  =  A  ->  ( cf `  A )  ~<_  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x } ) )
4946, 48syl5bi 208 . . . 4  |-  ( ( Lim  A  /\  {
y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  C_  A )  ->  ( U_ x  e.  B  suc  U. x  =  A  ->  ( cf `  A
)  ~<_  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x } ) )
5041, 49syldan 456 . . 3  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  -> 
( U_ x  e.  B  suc  U. x  =  A  ->  ( cf `  A
)  ~<_  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x } ) )
51 eqid 2283 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  =  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )
5251rnmpt 4925 . . . . . . . . 9  |-  ran  (
x  e.  B  |->  suc  U. x )  =  {
y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }
5344, 51fnmpti 5372 . . . . . . . . . . 11  |-  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  Fn  B
54 dffn4 5457 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  Fn  B  <->  ( x  e.  B  |->  suc  U. x ) : B -onto-> ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x ) )
5553, 54mpbi 199 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  e.  B  |->  suc  U. x ) : B -onto-> ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )
56 relsdom 6870 . . . . . . . . . . . 12  |-  Rel  ~<
5756brrelexi 4729 . . . . . . . . . . 11  |-  ( B 
~<  ( cf `  A
)  ->  B  e.  _V )
58 breq1 4026 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( y  =  B  ->  (
y  ~<  ( cf `  A
)  <->  B  ~<  ( cf `  A ) ) )
59 foeq2 5448 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( y  =  B  ->  (
( x  e.  B  |->  suc  U. x ) : y -onto-> ran  (
x  e.  B  |->  suc  U. x )  <->  ( x  e.  B  |->  suc  U. x ) : B -onto-> ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x ) ) )
60 breq2 4027 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( y  =  B  ->  ( ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ~<_  y  <->  ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x
)  ~<_  B ) )
6159, 60imbi12d 311 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( y  =  B  ->  (
( ( x  e.  B  |->  suc  U. x
) : y -onto-> ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ->  ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ~<_  y )  <-> 
( ( x  e.  B  |->  suc  U. x
) : B -onto-> ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ->  ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ~<_  B ) ) )
6258, 61imbi12d 311 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( y  =  B  ->  (
( y  ~<  ( cf `  A )  -> 
( ( x  e.  B  |->  suc  U. x
) : y -onto-> ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ->  ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ~<_  y ) )  <->  ( B  ~<  ( cf `  A )  ->  ( ( x  e.  B  |->  suc  U. x ) : B -onto-> ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ->  ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ~<_  B ) ) ) )
63 cfon 7881 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( cf `  A )  e.  On
64 sdomdom 6889 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( y 
~<  ( cf `  A
)  ->  y  ~<_  ( cf `  A ) )
65 ondomen 7664 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( cf `  A
)  e.  On  /\  y  ~<_  ( cf `  A
) )  ->  y  e.  dom  card )
6663, 64, 65sylancr 644 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( y 
~<  ( cf `  A
)  ->  y  e.  dom  card )
67 fodomnum 7684 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( y  e.  dom  card  ->  ( ( x  e.  B  |->  suc  U. x ) : y -onto-> ran  (
x  e.  B  |->  suc  U. x )  ->  ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ~<_  y ) )
6866, 67syl 15 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( y 
~<  ( cf `  A
)  ->  ( (
x  e.  B  |->  suc  U. x ) : y
-onto->
ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x
)  ->  ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ~<_  y ) )
6962, 68vtoclg 2843 . . . . . . . . . . 11  |-  ( B  e.  _V  ->  ( B  ~<  ( cf `  A
)  ->  ( (
x  e.  B  |->  suc  U. x ) : B -onto-> ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ->  ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ~<_  B ) ) )
7057, 69mpcom 32 . . . . . . . . . 10  |-  ( B 
~<  ( cf `  A
)  ->  ( (
x  e.  B  |->  suc  U. x ) : B -onto-> ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ->  ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ~<_  B ) )
7155, 70mpi 16 . . . . . . . . 9  |-  ( B 
~<  ( cf `  A
)  ->  ran  ( x  e.  B  |->  suc  U. x )  ~<_  B )
7252, 71syl5eqbrr 4057 . . . . . . . 8  |-  ( B 
~<  ( cf `  A
)  ->  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  ~<_  B )
73 domtr 6914 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( cf `  A
)  ~<_  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  /\  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  ~<_  B )  -> 
( cf `  A
)  ~<_  B )
7472, 73sylan2 460 . . . . . . 7  |-  ( ( ( cf `  A
)  ~<_  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  /\  B  ~<  ( cf `  A ) )  ->  ( cf `  A
)  ~<_  B )
75 domnsym 6987 . . . . . . 7  |-  ( ( cf `  A )  ~<_  B  ->  -.  B  ~<  ( cf `  A
) )
7674, 75syl 15 . . . . . 6  |-  ( ( ( cf `  A
)  ~<_  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  /\  B  ~<  ( cf `  A ) )  ->  -.  B  ~<  ( cf `  A ) )
7776ex 423 . . . . 5  |-  ( ( cf `  A )  ~<_  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  ->  ( B  ~<  ( cf `  A )  ->  -.  B  ~<  ( cf `  A ) ) )
7877pm2.01d 161 . . . 4  |-  ( ( cf `  A )  ~<_  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  ->  -.  B  ~<  ( cf `  A ) )
7978a1i 10 . . 3  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  -> 
( ( cf `  A
)  ~<_  { y  |  E. x  e.  B  y  =  suc  U. x }  ->  -.  B  ~<  ( cf `  A ) ) )
8029, 50, 793syld 51 . 2  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  -> 
( U. B  =  A  ->  -.  B  ~<  ( cf `  A
) ) )
8180necon2ad 2494 1  |-  ( ( Lim  A  /\  A. x  e.  B  (
x  C_  A  /\  x  ~<  ( cf `  A
) ) )  -> 
( B  ~<  ( cf `  A )  ->  U. B  =/=  A
) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    /\ wa 358    = wceq 1623    e. wcel 1684   {cab 2269    =/= wne 2446   A.wral 2543   E.wrex 2544   _Vcvv 2788    C_ wss 3152   U.cuni 3827   U_ciun 3905   class class class wbr 4023    e. cmpt 4077   Ord word 4391   Oncon0 4392   Lim wlim 4393   suc csuc 4394   dom cdm 4689   ran crn 4690    Fn wfn 5250   -onto->wfo 5253   ` cfv 5255    ~<_ cdom 6861    ~< csdm 6862   cardccrd 7568   cfccf 7570
This theorem is referenced by:  tskuni  8405
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1533  ax-5 1544  ax-17 1603  ax-9 1635  ax-8 1643  ax-13 1686  ax-14 1688  ax-6 1703  ax-7 1708  ax-11 1715  ax-12 1866  ax-ext 2264  ax-rep 4131  ax-sep 4141  ax-nul 4149  ax-pow 4188  ax-pr 4214  ax-un 4512
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1529  df-nf 1532  df-sb 1630  df-eu 2147  df-mo 2148  df-clab 2270  df-cleq 2276  df-clel 2279  df-nfc 2408  df-ne 2448  df-ral 2548  df-rex 2549  df-reu 2550  df-rmo 2551  df-rab 2552  df-v 2790  df-sbc 2992  df-csb 3082  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-pss 3168  df-nul 3456  df-if 3566  df-pw 3627  df-sn 3646  df-pr 3647  df-tp 3648  df-op 3649  df-uni 3828  df-int 3863  df-iun 3907  df-iin 3908  df-br 4024  df-opab 4078  df-mpt 4079  df-tr 4114  df-eprel 4305  df-id 4309  df-po 4314  df-so 4315  df-fr 4352  df-se 4353  df-we 4354  df-ord 4395  df-on 4396  df-lim 4397  df-suc 4398  df-xp 4695  df-rel 4696  df-cnv 4697  df-co 4698  df-dm 4699  df-rn 4700  df-res 4701  df-ima 4702  df-iota 5219  df-fun 5257  df-fn 5258  df-f 5259  df-f1 5260  df-fo 5261  df-f1o 5262  df-fv 5263  df-isom 5264  df-ov 5861  df-oprab 5862  df-mpt2 5863  df-1st 6122  df-2nd 6123  df-riota 6304  df-recs 6388  df-er 6660  df-map 6774  df-en 6864  df-dom 6865  df-sdom 6866  df-card 7572  df-cf 7574  df-acn 7575
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