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

Theorem dedekindle 10413
Description: The Dedekind cut theorem, with the hypothesis weakened to only require non-strict less than. (Contributed by Scott Fenton, 2-Jul-2013.)
Assertion
Ref Expression
dedekindle ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴,𝑦,𝑧   𝑥,𝐵,𝑦,𝑧

Proof of Theorem dedekindle
Dummy variable 𝑤 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpr1 1234 . . . 4 (((𝐴𝐵) = ∅ ∧ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦)) → 𝐴 ⊆ ℝ)
2 simpr2 1236 . . . 4 (((𝐴𝐵) = ∅ ∧ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦)) → 𝐵 ⊆ ℝ)
3 simp1 1131 . . . . . . . . . 10 (((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) → (𝐴𝐵) = ∅)
4 simpl 474 . . . . . . . . . 10 ((𝑥𝐴𝑦𝐵) → 𝑥𝐴)
5 disjel 4167 . . . . . . . . . 10 (((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝑥𝐴) → ¬ 𝑥𝐵)
63, 4, 5syl2an 495 . . . . . . . . 9 ((((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐵)) → ¬ 𝑥𝐵)
7 eleq1w 2822 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 = 𝑥 → (𝑦𝐵𝑥𝐵))
87biimpcd 239 . . . . . . . . . . 11 (𝑦𝐵 → (𝑦 = 𝑥𝑥𝐵))
98necon3bd 2946 . . . . . . . . . 10 (𝑦𝐵 → (¬ 𝑥𝐵𝑦𝑥))
109ad2antll 767 . . . . . . . . 9 ((((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐵)) → (¬ 𝑥𝐵𝑦𝑥))
116, 10mpd 15 . . . . . . . 8 ((((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐵)) → 𝑦𝑥)
12 simp2 1132 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) → 𝐴 ⊆ ℝ)
13 ssel2 3739 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
1412, 4, 13syl2an 495 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐵)) → 𝑥 ∈ ℝ)
15 simp3 1133 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) → 𝐵 ⊆ ℝ)
16 simpr 479 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥𝐴𝑦𝐵) → 𝑦𝐵)
17 ssel2 3739 . . . . . . . . . . 11 ((𝐵 ⊆ ℝ ∧ 𝑦𝐵) → 𝑦 ∈ ℝ)
1815, 16, 17syl2an 495 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐵)) → 𝑦 ∈ ℝ)
1914, 18ltlend 10394 . . . . . . . . 9 ((((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐵)) → (𝑥 < 𝑦 ↔ (𝑥𝑦𝑦𝑥)))
2019biimprd 238 . . . . . . . 8 ((((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐵)) → ((𝑥𝑦𝑦𝑥) → 𝑥 < 𝑦))
2111, 20mpan2d 712 . . . . . . 7 ((((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) ∧ (𝑥𝐴𝑦𝐵)) → (𝑥𝑦𝑥 < 𝑦))
2221ralimdvva 3102 . . . . . 6 (((𝐴𝐵) = ∅ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ) → (∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦 → ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥 < 𝑦))
23223exp 1113 . . . . 5 ((𝐴𝐵) = ∅ → (𝐴 ⊆ ℝ → (𝐵 ⊆ ℝ → (∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦 → ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥 < 𝑦))))
24233imp2 1443 . . . 4 (((𝐴𝐵) = ∅ ∧ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦)) → ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥 < 𝑦)
25 dedekind 10412 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥 < 𝑦) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦))
261, 2, 24, 25syl3anc 1477 . . 3 (((𝐴𝐵) = ∅ ∧ (𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦)) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦))
2726ex 449 . 2 ((𝐴𝐵) = ∅ → ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦)))
28 n0 4074 . . 3 ((𝐴𝐵) ≠ ∅ ↔ ∃𝑤 𝑤 ∈ (𝐴𝐵))
29 simp1 1131 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) → 𝐴 ⊆ ℝ)
30 inss1 3976 . . . . . . . 8 (𝐴𝐵) ⊆ 𝐴
3130sseli 3740 . . . . . . 7 (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → 𝑤𝐴)
32 ssel2 3739 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑤𝐴) → 𝑤 ∈ ℝ)
3329, 31, 32syl2an 495 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ 𝑤 ∈ (𝐴𝐵)) → 𝑤 ∈ ℝ)
34 nfv 1992 . . . . . . . . 9 𝑥 𝐴 ⊆ ℝ
35 nfv 1992 . . . . . . . . 9 𝑥 𝐵 ⊆ ℝ
36 nfra1 3079 . . . . . . . . 9 𝑥𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦
3734, 35, 36nf3an 1980 . . . . . . . 8 𝑥(𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦)
38 nfv 1992 . . . . . . . 8 𝑥 𝑤 ∈ (𝐴𝐵)
3937, 38nfan 1977 . . . . . . 7 𝑥((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ 𝑤 ∈ (𝐴𝐵))
40 nfv 1992 . . . . . . . . . . 11 𝑦 𝐴 ⊆ ℝ
41 nfv 1992 . . . . . . . . . . 11 𝑦 𝐵 ⊆ ℝ
42 nfra2 3084 . . . . . . . . . . 11 𝑦𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦
4340, 41, 42nf3an 1980 . . . . . . . . . 10 𝑦(𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦)
44 nfv 1992 . . . . . . . . . 10 𝑦(𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴)
4543, 44nfan 1977 . . . . . . . . 9 𝑦((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴))
46 rsp 3067 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦 → (𝑥𝐴 → ∀𝑦𝐵 𝑥𝑦))
47 inss2 3977 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝐴𝐵) ⊆ 𝐵
4847sseli 3740 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → 𝑤𝐵)
49 breq2 4808 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑦 = 𝑤 → (𝑥𝑦𝑥𝑤))
5049rspccv 3446 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (∀𝑦𝐵 𝑥𝑦 → (𝑤𝐵𝑥𝑤))
5148, 50syl5 34 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (∀𝑦𝐵 𝑥𝑦 → (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → 𝑥𝑤))
5246, 51syl6 35 . . . . . . . . . . . . . . 15 (∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦 → (𝑥𝐴 → (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → 𝑥𝑤)))
5352com23 86 . . . . . . . . . . . . . 14 (∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦 → (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → (𝑥𝐴𝑥𝑤)))
5453imp32 448 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦 ∧ (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴)) → 𝑥𝑤)
55543ad2antl3 1203 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴)) → 𝑥𝑤)
5655adantr 472 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴)) ∧ 𝑦𝐵) → 𝑥𝑤)
57 simp3 1133 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) → ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦)
5831adantr 472 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴) → 𝑤𝐴)
59 breq1 4807 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 = 𝑤 → (𝑥𝑦𝑤𝑦))
6059ralbidv 3124 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 = 𝑤 → (∀𝑦𝐵 𝑥𝑦 ↔ ∀𝑦𝐵 𝑤𝑦))
6160rspccva 3448 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦𝑤𝐴) → ∀𝑦𝐵 𝑤𝑦)
6257, 58, 61syl2an 495 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴)) → ∀𝑦𝐵 𝑤𝑦)
6362r19.21bi 3070 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴)) ∧ 𝑦𝐵) → 𝑤𝑦)
6456, 63jca 555 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴)) ∧ 𝑦𝐵) → (𝑥𝑤𝑤𝑦))
6564ex 449 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴)) → (𝑦𝐵 → (𝑥𝑤𝑤𝑦)))
6645, 65ralrimi 3095 . . . . . . . 8 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) ∧ 𝑥𝐴)) → ∀𝑦𝐵 (𝑥𝑤𝑤𝑦))
6766expr 644 . . . . . . 7 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ 𝑤 ∈ (𝐴𝐵)) → (𝑥𝐴 → ∀𝑦𝐵 (𝑥𝑤𝑤𝑦)))
6839, 67ralrimi 3095 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ 𝑤 ∈ (𝐴𝐵)) → ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑤𝑤𝑦))
69 breq2 4808 . . . . . . . . 9 (𝑧 = 𝑤 → (𝑥𝑧𝑥𝑤))
70 breq1 4807 . . . . . . . . 9 (𝑧 = 𝑤 → (𝑧𝑦𝑤𝑦))
7169, 70anbi12d 749 . . . . . . . 8 (𝑧 = 𝑤 → ((𝑥𝑧𝑧𝑦) ↔ (𝑥𝑤𝑤𝑦)))
72712ralbidv 3127 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑤 → (∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦) ↔ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑤𝑤𝑦)))
7372rspcev 3449 . . . . . 6 ((𝑤 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑤𝑤𝑦)) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦))
7433, 68, 73syl2anc 696 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) ∧ 𝑤 ∈ (𝐴𝐵)) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦))
7574expcom 450 . . . 4 (𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦)))
7675exlimiv 2007 . . 3 (∃𝑤 𝑤 ∈ (𝐴𝐵) → ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦)))
7728, 76sylbi 207 . 2 ((𝐴𝐵) ≠ ∅ → ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦)))
7827, 77pm2.61ine 3015 1 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐵 ⊆ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 𝑥𝑦) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴𝑦𝐵 (𝑥𝑧𝑧𝑦))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 383  w3a 1072   = wceq 1632  wex 1853  wcel 2139  wne 2932  wral 3050  wrex 3051  cin 3714  wss 3715  c0 4058   class class class wbr 4804  cr 10147   < clt 10286  cle 10287
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-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7115  ax-resscn 10205  ax-1cn 10206  ax-icn 10207  ax-addcl 10208  ax-mulcl 10210  ax-mulrcl 10211  ax-i2m1 10216  ax-1ne0 10217  ax-rrecex 10220  ax-cnre 10221  ax-pre-lttri 10222  ax-pre-lttrn 10223  ax-pre-sup 10226
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-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-op 4328  df-uni 4589  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-id 5174  df-po 5187  df-so 5188  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-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-ov 6817  df-er 7913  df-en 8124  df-dom 8125  df-sdom 8126  df-pnf 10288  df-mnf 10289  df-xr 10290  df-ltxr 10291  df-le 10292
This theorem is referenced by:  axcontlem10  26073
  Copyright terms: Public domain W3C validator