MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  iundisj Structured version   Unicode version

Theorem iundisj 19442
Description: Rewrite a countable union as a disjoint union. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Mar-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
iundisj.1  |-  ( n  =  k  ->  A  =  B )
Assertion
Ref Expression
iundisj  |-  U_ n  e.  NN  A  =  U_ n  e.  NN  ( A  \  U_ k  e.  ( 1..^ n ) B )
Distinct variable groups:    k, n    A, k    B, n
Allowed substitution hints:    A( n)    B( k)

Proof of Theorem iundisj
Dummy variables  x  m are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ssrab2 3428 . . . . . . . . . 10  |-  { n  e.  NN  |  x  e.  A }  C_  NN
2 nnuz 10521 . . . . . . . . . 10  |-  NN  =  ( ZZ>= `  1 )
31, 2sseqtri 3380 . . . . . . . . 9  |-  { n  e.  NN  |  x  e.  A }  C_  ( ZZ>=
`  1 )
4 rabn0 3647 . . . . . . . . . 10  |-  ( { n  e.  NN  |  x  e.  A }  =/=  (/)  <->  E. n  e.  NN  x  e.  A )
54biimpri 198 . . . . . . . . 9  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  { n  e.  NN  |  x  e.  A }  =/=  (/) )
6 infmssuzcl 10559 . . . . . . . . 9  |-  ( ( { n  e.  NN  |  x  e.  A }  C_  ( ZZ>= `  1
)  /\  { n  e.  NN  |  x  e.  A }  =/=  (/) )  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  e. 
{ n  e.  NN  |  x  e.  A } )
73, 5, 6sylancr 645 . . . . . . . 8  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  e.  {
n  e.  NN  |  x  e.  A }
)
8 nfrab1 2888 . . . . . . . . . 10  |-  F/_ n { n  e.  NN  |  x  e.  A }
9 nfcv 2572 . . . . . . . . . 10  |-  F/_ n RR
10 nfcv 2572 . . . . . . . . . 10  |-  F/_ n `'  <
118, 9, 10nfsup 7456 . . . . . . . . 9  |-  F/_ n sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )
12 nfcv 2572 . . . . . . . . 9  |-  F/_ n NN
1311nfcsb1 3282 . . . . . . . . . 10  |-  F/_ n [_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A
1413nfcri 2566 . . . . . . . . 9  |-  F/ n  x  e.  [_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A
15 csbeq1a 3259 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  =  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  ->  A  =  [_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A )
1615eleq2d 2503 . . . . . . . . 9  |-  ( n  =  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  ->  ( x  e.  A  <->  x  e.  [_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A ) )
1711, 12, 14, 16elrabf 3091 . . . . . . . 8  |-  ( sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  e. 
{ n  e.  NN  |  x  e.  A } 
<->  ( sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  e.  NN  /\  x  e.  [_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A
) )
187, 17sylib 189 . . . . . . 7  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  ( sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  e.  NN  /\  x  e. 
[_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A ) )
1918simpld 446 . . . . . 6  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  e.  NN )
2018simprd 450 . . . . . . 7  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  x  e. 
[_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A )
2119nnred 10015 . . . . . . . . 9  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  e.  RR )
2221ltnrd 9207 . . . . . . . 8  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  -.  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  <  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) )
23 eliun 4097 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  U_ k  e.  ( 1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) B  <->  E. k  e.  (
1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) x  e.  B )
2421ad2antrr 707 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( E. n  e.  NN  x  e.  A  /\  k  e.  (
1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )  /\  x  e.  B )  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  e.  RR )
25 elfzouz 11144 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( k  e.  ( 1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) )  -> 
k  e.  ( ZZ>= ` 
1 ) )
2625, 2syl6eleqr 2527 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( k  e.  ( 1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) )  -> 
k  e.  NN )
2726ad2antlr 708 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( E. n  e.  NN  x  e.  A  /\  k  e.  (
1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )  /\  x  e.  B )  ->  k  e.  NN )
2827nnred 10015 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( E. n  e.  NN  x  e.  A  /\  k  e.  (
1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )  /\  x  e.  B )  ->  k  e.  RR )
29 simpr 448 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( E. n  e.  NN  x  e.  A  /\  k  e.  (
1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )  /\  x  e.  B )  ->  x  e.  B )
30 iundisj.1 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( n  =  k  ->  A  =  B )
3130eleq2d 2503 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( n  =  k  ->  (
x  e.  A  <->  x  e.  B ) )
3231elrab 3092 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( k  e.  { n  e.  NN  |  x  e.  A }  <->  ( k  e.  NN  /\  x  e.  B ) )
3327, 29, 32sylanbrc 646 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( E. n  e.  NN  x  e.  A  /\  k  e.  (
1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )  /\  x  e.  B )  ->  k  e.  { n  e.  NN  |  x  e.  A } )
34 infmssuzle 10558 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( { n  e.  NN  |  x  e.  A }  C_  ( ZZ>= `  1
)  /\  k  e.  { n  e.  NN  |  x  e.  A }
)  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  <_  k
)
353, 33, 34sylancr 645 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( E. n  e.  NN  x  e.  A  /\  k  e.  (
1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )  /\  x  e.  B )  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  <_  k
)
36 elfzolt2 11148 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( k  e.  ( 1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) )  -> 
k  <  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) )
3736ad2antlr 708 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( E. n  e.  NN  x  e.  A  /\  k  e.  (
1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )  /\  x  e.  B )  ->  k  <  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) )
3824, 28, 24, 35, 37lelttrd 9228 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( E. n  e.  NN  x  e.  A  /\  k  e.  (
1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )  /\  x  e.  B )  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  <  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) )
3938ex 424 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( E. n  e.  NN  x  e.  A  /\  k  e.  ( 1..^
sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )  ->  ( x  e.  B  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  <  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )
4039rexlimdva 2830 . . . . . . . . 9  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  ( E. k  e.  ( 1..^
sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) x  e.  B  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  <  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )
4123, 40syl5bi 209 . . . . . . . 8  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  ( x  e.  U_ k  e.  ( 1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) B  ->  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  <  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )
4222, 41mtod 170 . . . . . . 7  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  -.  x  e.  U_ k  e.  ( 1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) B )
4320, 42eldifd 3331 . . . . . 6  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  x  e.  ( [_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  ( 1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) B ) )
44 csbeq1 3254 . . . . . . . . 9  |-  ( m  =  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  ->  [_ m  /  n ]_ A  =  [_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A )
45 oveq2 6089 . . . . . . . . . 10  |-  ( m  =  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  ->  ( 1..^ m )  =  ( 1..^
sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) )
4645iuneq1d 4116 . . . . . . . . 9  |-  ( m  =  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  ->  U_ k  e.  ( 1..^ m ) B  =  U_ k  e.  ( 1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) B )
4744, 46difeq12d 3466 . . . . . . . 8  |-  ( m  =  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  ->  ( [_ m  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  (
1..^ m ) B )  =  ( [_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  ( 1..^
sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) B ) )
4847eleq2d 2503 . . . . . . 7  |-  ( m  =  sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  ->  ( x  e.  ( [_ m  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  ( 1..^ m ) B )  <-> 
x  e.  ( [_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  ( 1..^
sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) B ) ) )
4948rspcev 3052 . . . . . 6  |-  ( ( sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  e.  NN  /\  x  e.  ( [_ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  )  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  ( 1..^ sup ( { n  e.  NN  |  x  e.  A } ,  RR ,  `'  <  ) ) B ) )  ->  E. m  e.  NN  x  e.  (
[_ m  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  ( 1..^ m ) B ) )
5019, 43, 49syl2anc 643 . . . . 5  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  E. m  e.  NN  x  e.  (
[_ m  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  ( 1..^ m ) B ) )
51 nfv 1629 . . . . . 6  |-  F/ m  x  e.  ( A  \ 
U_ k  e.  ( 1..^ n ) B )
52 nfcsb1v 3283 . . . . . . . 8  |-  F/_ n [_ m  /  n ]_ A
53 nfcv 2572 . . . . . . . 8  |-  F/_ n U_ k  e.  (
1..^ m ) B
5452, 53nfdif 3468 . . . . . . 7  |-  F/_ n
( [_ m  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  ( 1..^ m ) B )
5554nfcri 2566 . . . . . 6  |-  F/ n  x  e.  ( [_ m  /  n ]_ A  \ 
U_ k  e.  ( 1..^ m ) B )
56 csbeq1a 3259 . . . . . . . 8  |-  ( n  =  m  ->  A  =  [_ m  /  n ]_ A )
57 oveq2 6089 . . . . . . . . 9  |-  ( n  =  m  ->  (
1..^ n )  =  ( 1..^ m ) )
5857iuneq1d 4116 . . . . . . . 8  |-  ( n  =  m  ->  U_ k  e.  ( 1..^ n ) B  =  U_ k  e.  ( 1..^ m ) B )
5956, 58difeq12d 3466 . . . . . . 7  |-  ( n  =  m  ->  ( A  \  U_ k  e.  ( 1..^ n ) B )  =  (
[_ m  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  ( 1..^ m ) B ) )
6059eleq2d 2503 . . . . . 6  |-  ( n  =  m  ->  (
x  e.  ( A 
\  U_ k  e.  ( 1..^ n ) B )  <->  x  e.  ( [_ m  /  n ]_ A  \  U_ k  e.  ( 1..^ m ) B ) ) )
6151, 55, 60cbvrex 2929 . . . . 5  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  ( A  \  U_ k  e.  ( 1..^ n ) B )  <->  E. m  e.  NN  x  e.  ( [_ m  /  n ]_ A  \ 
U_ k  e.  ( 1..^ m ) B ) )
6250, 61sylibr 204 . . . 4  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  ->  E. n  e.  NN  x  e.  ( A  \  U_ k  e.  ( 1..^ n ) B ) )
63 eldifi 3469 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( A  \  U_ k  e.  (
1..^ n ) B )  ->  x  e.  A )
6463reximi 2813 . . . 4  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  ( A  \  U_ k  e.  ( 1..^ n ) B )  ->  E. n  e.  NN  x  e.  A )
6562, 64impbii 181 . . 3  |-  ( E. n  e.  NN  x  e.  A  <->  E. n  e.  NN  x  e.  ( A  \ 
U_ k  e.  ( 1..^ n ) B ) )
66 eliun 4097 . . 3  |-  ( x  e.  U_ n  e.  NN  A  <->  E. n  e.  NN  x  e.  A
)
67 eliun 4097 . . 3  |-  ( x  e.  U_ n  e.  NN  ( A  \  U_ k  e.  (
1..^ n ) B )  <->  E. n  e.  NN  x  e.  ( A  \ 
U_ k  e.  ( 1..^ n ) B ) )
6865, 66, 673bitr4i 269 . 2  |-  ( x  e.  U_ n  e.  NN  A  <->  x  e.  U_ n  e.  NN  ( A  \  U_ k  e.  ( 1..^ n ) B ) )
6968eqriv 2433 1  |-  U_ n  e.  NN  A  =  U_ n  e.  NN  ( A  \  U_ k  e.  ( 1..^ n ) B )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 359    = wceq 1652    e. wcel 1725    =/= wne 2599   E.wrex 2706   {crab 2709   [_csb 3251    \ cdif 3317    C_ wss 3320   (/)c0 3628   U_ciun 4093   class class class wbr 4212   `'ccnv 4877   ` cfv 5454  (class class class)co 6081   supcsup 7445   RRcr 8989   1c1 8991    < clt 9120    <_ cle 9121   NNcn 10000   ZZ>=cuz 10488  ..^cfzo 11135
This theorem is referenced by:  iunmbl  19447  volsup  19450  voliunnfl  26250
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-13 1727  ax-14 1729  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2417  ax-sep 4330  ax-nul 4338  ax-pow 4377  ax-pr 4403  ax-un 4701  ax-cnex 9046  ax-resscn 9047  ax-1cn 9048  ax-icn 9049  ax-addcl 9050  ax-addrcl 9051  ax-mulcl 9052  ax-mulrcl 9053  ax-mulcom 9054  ax-addass 9055  ax-mulass 9056  ax-distr 9057  ax-i2m1 9058  ax-1ne0 9059  ax-1rid 9060  ax-rnegex 9061  ax-rrecex 9062  ax-cnre 9063  ax-pre-lttri 9064  ax-pre-lttrn 9065  ax-pre-ltadd 9066  ax-pre-mulgt0 9067
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2285  df-mo 2286  df-clab 2423  df-cleq 2429  df-clel 2432  df-nfc 2561  df-ne 2601  df-nel 2602  df-ral 2710  df-rex 2711  df-reu 2712  df-rmo 2713  df-rab 2714  df-v 2958  df-sbc 3162  df-csb 3252  df-dif 3323  df-un 3325  df-in 3327  df-ss 3334  df-pss 3336  df-nul 3629  df-if 3740  df-pw 3801  df-sn 3820  df-pr 3821  df-tp 3822  df-op 3823  df-uni 4016  df-iun 4095  df-br 4213  df-opab 4267  df-mpt 4268  df-tr 4303  df-eprel 4494  df-id 4498  df-po 4503  df-so 4504  df-fr 4541  df-we 4543  df-ord 4584  df-on 4585  df-lim 4586  df-suc 4587  df-om 4846  df-xp 4884  df-rel 4885  df-cnv 4886  df-co 4887  df-dm 4888  df-rn 4889  df-res 4890  df-ima 4891  df-iota 5418  df-fun 5456  df-fn 5457  df-f 5458  df-f1 5459  df-fo 5460  df-f1o 5461  df-fv 5462  df-ov 6084  df-oprab 6085  df-mpt2 6086  df-1st 6349  df-2nd 6350  df-riota 6549  df-recs 6633  df-rdg 6668  df-er 6905  df-en 7110  df-dom 7111  df-sdom 7112  df-sup 7446  df-pnf 9122  df-mnf 9123  df-xr 9124  df-ltxr 9125  df-le 9126  df-sub 9293  df-neg 9294  df-nn 10001  df-n0 10222  df-z 10283  df-uz 10489  df-fz 11044  df-fzo 11136
  Copyright terms: Public domain W3C validator