Theorem fzopredsuc 41333

Description: Join a predecessor and a successor to the beginning and the end of an open integer interval. This theorem holds even if 𝑁 = 𝑀 (then (𝑀...𝑁) = {𝑀} = ({𝑀} ∪ ∅) ∪ {𝑀}). (Contributed by AV, 14-Jul-2020.)

Assertion

Ref	Expression
fzopredsuc	⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → (𝑀...𝑁) = (({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁}))

Proof of Theorem fzopredsuc

Step	Hyp	Ref	Expression
1		unidm 3756	. . . . . 6 ⊢ ({𝑁} ∪ {𝑁}) = {𝑁}
2	1	eqcomi 2631	. . . . 5 ⊢ {𝑁} = ({𝑁} ∪ {𝑁})
3		oveq1 6657	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 = 𝑁 → (𝑀...𝑁) = (𝑁...𝑁))
4		fzsn 12383	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → (𝑁...𝑁) = {𝑁})
5	3, 4	sylan9eqr 2678	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 = 𝑁) → (𝑀...𝑁) = {𝑁})
6		sneq 4187	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 = 𝑁 → {𝑀} = {𝑁})
7		oveq1 6657	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 = 𝑁 → (𝑀 + 1) = (𝑁 + 1))
8	7	oveq1d 6665	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 = 𝑁 → ((𝑀 + 1)..^𝑁) = ((𝑁 + 1)..^𝑁))
9	6, 8	uneq12d 3768	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 = 𝑁 → ({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) = ({𝑁} ∪ ((𝑁 + 1)..^𝑁)))
10	9	uneq1d 3766	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 = 𝑁 → (({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁}) = (({𝑁} ∪ ((𝑁 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁}))
11		zre 11381	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℝ)
12	11	lep1d 10955	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ≤ (𝑁 + 1))
13		peano2z 11418	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → (𝑁 + 1) ∈ ℤ)
14	13	zred 11482	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → (𝑁 + 1) ∈ ℝ)
15	11, 14	lenltd 10183	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → (𝑁 ≤ (𝑁 + 1) ↔ ¬ (𝑁 + 1) < 𝑁))
16	12, 15	mpbid 222	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → ¬ (𝑁 + 1) < 𝑁)
17		fzonlt0 12491	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑁 + 1) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (¬ (𝑁 + 1) < 𝑁 ↔ ((𝑁 + 1)..^𝑁) = ∅))
18	13, 17	mpancom 703	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → (¬ (𝑁 + 1) < 𝑁 ↔ ((𝑁 + 1)..^𝑁) = ∅))
19	16, 18	mpbid 222	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → ((𝑁 + 1)..^𝑁) = ∅)
20	19	uneq2d 3767	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → ({𝑁} ∪ ((𝑁 + 1)..^𝑁)) = ({𝑁} ∪ ∅))
21		un0 3967	. . . . . . . 8 ⊢ ({𝑁} ∪ ∅) = {𝑁}
22	20, 21	syl6eq 2672	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → ({𝑁} ∪ ((𝑁 + 1)..^𝑁)) = {𝑁})
23	22	uneq1d 3766	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → (({𝑁} ∪ ((𝑁 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁}) = ({𝑁} ∪ {𝑁}))
24	10, 23	sylan9eqr 2678	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 = 𝑁) → (({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁}) = ({𝑁} ∪ {𝑁}))
25	2, 5, 24	3eqtr4a 2682	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 = 𝑁) → (𝑀...𝑁) = (({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁}))
26	25	ex 450	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → (𝑀 = 𝑁 → (𝑀...𝑁) = (({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁})))
27		eluzelz 11697	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑁 ∈ ℤ)
28	26, 27	syl11 33	. 2 ⊢ (𝑀 = 𝑁 → (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → (𝑀...𝑁) = (({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁})))
29		fzisfzounsn 12580	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → (𝑀...𝑁) = ((𝑀..^𝑁) ∪ {𝑁}))
30	29	adantl 482	. . . 4 ⊢ ((¬ 𝑀 = 𝑁 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝑀...𝑁) = ((𝑀..^𝑁) ∪ {𝑁}))
31		eluz2 11693	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) ↔ (𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝑁))
32		simpl1 1064	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝑁) ∧ ¬ 𝑀 = 𝑁) → 𝑀 ∈ ℤ)
33		simpl2 1065	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝑁) ∧ ¬ 𝑀 = 𝑁) → 𝑁 ∈ ℤ)
34		nesym 2850	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑁 ≠ 𝑀 ↔ ¬ 𝑀 = 𝑁)
35		zre 11381	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → 𝑀 ∈ ℝ)
36		ltlen 10138	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑀 ∈ ℝ ∧ 𝑁 ∈ ℝ) → (𝑀 < 𝑁 ↔ (𝑀 ≤ 𝑁 ∧ 𝑁 ≠ 𝑀)))
37	35, 11, 36	syl2an 494	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑀 < 𝑁 ↔ (𝑀 ≤ 𝑁 ∧ 𝑁 ≠ 𝑀)))
38	37	biimprd 238	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((𝑀 ≤ 𝑁 ∧ 𝑁 ≠ 𝑀) → 𝑀 < 𝑁))
39	38	exp4b 632	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → (𝑁 ∈ ℤ → (𝑀 ≤ 𝑁 → (𝑁 ≠ 𝑀 → 𝑀 < 𝑁))))
40	39	3imp 1256	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝑁) → (𝑁 ≠ 𝑀 → 𝑀 < 𝑁))
41	34, 40	syl5bir 233	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝑁) → (¬ 𝑀 = 𝑁 → 𝑀 < 𝑁))
42	41	imp 445	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝑁) ∧ ¬ 𝑀 = 𝑁) → 𝑀 < 𝑁)
43	32, 33, 42	3jca 1242	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝑁) ∧ ¬ 𝑀 = 𝑁) → (𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 < 𝑁))
44	43	ex 450	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝑁) → (¬ 𝑀 = 𝑁 → (𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 < 𝑁)))
45	31, 44	sylbi 207	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → (¬ 𝑀 = 𝑁 → (𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 < 𝑁)))
46	45	impcom 446	. . . . . 6 ⊢ ((¬ 𝑀 = 𝑁 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 < 𝑁))
47		fzopred 41332	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 < 𝑁) → (𝑀..^𝑁) = ({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)))
48	46, 47	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((¬ 𝑀 = 𝑁 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝑀..^𝑁) = ({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)))
49	48	uneq1d 3766	. . . 4 ⊢ ((¬ 𝑀 = 𝑁 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → ((𝑀..^𝑁) ∪ {𝑁}) = (({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁}))
50	30, 49	eqtrd 2656	. . 3 ⊢ ((¬ 𝑀 = 𝑁 ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝑀...𝑁) = (({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁}))
51	50	ex 450	. 2 ⊢ (¬ 𝑀 = 𝑁 → (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → (𝑀...𝑁) = (({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁})))
52	28, 51	pm2.61i 176	1 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → (𝑀...𝑁) = (({𝑀} ∪ ((𝑀 + 1)..^𝑁)) ∪ {𝑁}))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 384   ∧ w3a 1037   = wceq 1483   ∈ wcel 1990   ≠ wne 2794   ∪ cun 3572  ∅c0 3915  {csn 4177   class class class wbr 4653  ‘cfv 5888  (class class class)co 6650  ℝcr 9935  1c1 9937   + caddc 9939   < clt 10074   ≤ cle 10075  ℤcz 11377  ℤ_≥cuz 11687  ...cfz 12326  ..^cfzo 12465

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-iun 4522  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-er 7742  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-nn 11021  df-n0 11293  df-z 11378  df-uz 11688  df-fz 12327  df-fzo 12466

This theorem is referenced by:  1fzopredsuc  41334  sbgoldbo  41675