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Theorem rexuzre 14291
Description: Convert an upper real quantifier to an upper integer quantifier. (Contributed by Mario Carneiro, 7-May-2016.)
Hypothesis
Ref Expression
rexuz3.1 𝑍 = (ℤ𝑀)
Assertion
Ref Expression
rexuzre (𝑀 ∈ ℤ → (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝜑 ↔ ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝑍 (𝑗𝑘𝜑)))
Distinct variable groups:   𝑗,𝑀   𝜑,𝑗   𝑗,𝑘,𝑍   𝑘,𝑀
Allowed substitution hint:   𝜑(𝑘)

Proof of Theorem rexuzre
Dummy variable 𝑚 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 eluzelre 11890 . . . . . 6 (𝑗 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑗 ∈ ℝ)
2 rexuz3.1 . . . . . 6 𝑍 = (ℤ𝑀)
31, 2eleq2s 2857 . . . . 5 (𝑗𝑍𝑗 ∈ ℝ)
43adantr 472 . . . 4 ((𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝜑) → 𝑗 ∈ ℝ)
5 eluzelz 11889 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑗 ∈ ℤ)
65, 2eleq2s 2857 . . . . . . . . . . 11 (𝑗𝑍𝑗 ∈ ℤ)
7 eluzelz 11889 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑘 ∈ ℤ)
87, 2eleq2s 2857 . . . . . . . . . . 11 (𝑘𝑍𝑘 ∈ ℤ)
9 eluz 11893 . . . . . . . . . . 11 ((𝑗 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ (ℤ𝑗) ↔ 𝑗𝑘))
106, 8, 9syl2an 495 . . . . . . . . . 10 ((𝑗𝑍𝑘𝑍) → (𝑘 ∈ (ℤ𝑗) ↔ 𝑗𝑘))
1110biimprd 238 . . . . . . . . 9 ((𝑗𝑍𝑘𝑍) → (𝑗𝑘𝑘 ∈ (ℤ𝑗)))
1211expimpd 630 . . . . . . . 8 (𝑗𝑍 → ((𝑘𝑍𝑗𝑘) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑗)))
1312imim1d 82 . . . . . . 7 (𝑗𝑍 → ((𝑘 ∈ (ℤ𝑗) → 𝜑) → ((𝑘𝑍𝑗𝑘) → 𝜑)))
1413exp4a 634 . . . . . 6 (𝑗𝑍 → ((𝑘 ∈ (ℤ𝑗) → 𝜑) → (𝑘𝑍 → (𝑗𝑘𝜑))))
1514ralimdv2 3099 . . . . 5 (𝑗𝑍 → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝜑 → ∀𝑘𝑍 (𝑗𝑘𝜑)))
1615imp 444 . . . 4 ((𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝜑) → ∀𝑘𝑍 (𝑗𝑘𝜑))
174, 16jca 555 . . 3 ((𝑗𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝜑) → (𝑗 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘𝑍 (𝑗𝑘𝜑)))
1817reximi2 3148 . 2 (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝜑 → ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝑍 (𝑗𝑘𝜑))
19 simpl 474 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → 𝑀 ∈ ℤ)
20 flcl 12790 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℝ → (⌊‘𝑗) ∈ ℤ)
2120adantl 473 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → (⌊‘𝑗) ∈ ℤ)
2221peano2zd 11677 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → ((⌊‘𝑗) + 1) ∈ ℤ)
2322, 19ifcld 4275 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ∈ ℤ)
24 zre 11573 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ ℤ → 𝑀 ∈ ℝ)
25 reflcl 12791 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℝ → (⌊‘𝑗) ∈ ℝ)
26 peano2re 10401 . . . . . . . . 9 ((⌊‘𝑗) ∈ ℝ → ((⌊‘𝑗) + 1) ∈ ℝ)
2725, 26syl 17 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ ℝ → ((⌊‘𝑗) + 1) ∈ ℝ)
28 max1 12209 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℝ ∧ ((⌊‘𝑗) + 1) ∈ ℝ) → 𝑀 ≤ if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))
2924, 27, 28syl2an 495 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → 𝑀 ≤ if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))
30 eluz2 11885 . . . . . . 7 (if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ∈ (ℤ𝑀) ↔ (𝑀 ∈ ℤ ∧ if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀)))
3119, 23, 29, 30syl3anbrc 1429 . . . . . 6 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ∈ (ℤ𝑀))
3231, 2syl6eleqr 2850 . . . . 5 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ∈ 𝑍)
33 impexp 461 . . . . . . 7 (((𝑘𝑍𝑗𝑘) → 𝜑) ↔ (𝑘𝑍 → (𝑗𝑘𝜑)))
34 uzss 11900 . . . . . . . . . . . . 13 (if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ∈ (ℤ𝑀) → (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀)) ⊆ (ℤ𝑀))
3531, 34syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀)) ⊆ (ℤ𝑀))
3635, 2syl6sseqr 3793 . . . . . . . . . . 11 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀)) ⊆ 𝑍)
3736sselda 3744 . . . . . . . . . 10 (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))) → 𝑘𝑍)
38 simplr 809 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))) → 𝑗 ∈ ℝ)
3923adantr 472 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))) → if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ∈ ℤ)
4039zred 11674 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))) → if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ∈ ℝ)
41 eluzelre 11890 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀)) → 𝑘 ∈ ℝ)
4241adantl 473 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))) → 𝑘 ∈ ℝ)
43 simpr 479 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → 𝑗 ∈ ℝ)
4427adantl 473 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → ((⌊‘𝑗) + 1) ∈ ℝ)
4523zred 11674 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ∈ ℝ)
46 fllep1 12796 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℝ → 𝑗 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1))
4746adantl 473 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → 𝑗 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1))
48 max2 12211 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℝ ∧ ((⌊‘𝑗) + 1) ∈ ℝ) → ((⌊‘𝑗) + 1) ≤ if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))
4924, 27, 48syl2an 495 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → ((⌊‘𝑗) + 1) ≤ if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))
5043, 44, 45, 47, 49letrd 10386 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → 𝑗 ≤ if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))
5150adantr 472 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))) → 𝑗 ≤ if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))
52 eluzle 11892 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀)) → if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ≤ 𝑘)
5352adantl 473 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))) → if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ≤ 𝑘)
5438, 40, 42, 51, 53letrd 10386 . . . . . . . . . 10 (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))) → 𝑗𝑘)
5537, 54jca 555 . . . . . . . . 9 (((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))) → (𝑘𝑍𝑗𝑘))
5655ex 449 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → (𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀)) → (𝑘𝑍𝑗𝑘)))
5756imim1d 82 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → (((𝑘𝑍𝑗𝑘) → 𝜑) → (𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀)) → 𝜑)))
5833, 57syl5bir 233 . . . . . 6 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → ((𝑘𝑍 → (𝑗𝑘𝜑)) → (𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀)) → 𝜑)))
5958ralimdv2 3099 . . . . 5 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → (∀𝑘𝑍 (𝑗𝑘𝜑) → ∀𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))𝜑))
60 fveq2 6352 . . . . . . 7 (𝑚 = if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) → (ℤ𝑚) = (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀)))
6160raleqdv 3283 . . . . . 6 (𝑚 = if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑚)𝜑 ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))𝜑))
6261rspcev 3449 . . . . 5 ((if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀) ∈ 𝑍 ∧ ∀𝑘 ∈ (ℤ‘if(𝑀 ≤ ((⌊‘𝑗) + 1), ((⌊‘𝑗) + 1), 𝑀))𝜑) → ∃𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)𝜑)
6332, 59, 62syl6an 569 . . . 4 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℝ) → (∀𝑘𝑍 (𝑗𝑘𝜑) → ∃𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)𝜑))
6463rexlimdva 3169 . . 3 (𝑀 ∈ ℤ → (∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝑍 (𝑗𝑘𝜑) → ∃𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)𝜑))
65 fveq2 6352 . . . . 5 (𝑚 = 𝑗 → (ℤ𝑚) = (ℤ𝑗))
6665raleqdv 3283 . . . 4 (𝑚 = 𝑗 → (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑚)𝜑 ↔ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝜑))
6766cbvrexv 3311 . . 3 (∃𝑚𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑚)𝜑 ↔ ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝜑)
6864, 67syl6ib 241 . 2 (𝑀 ∈ ℤ → (∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝑍 (𝑗𝑘𝜑) → ∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝜑))
6918, 68impbid2 216 1 (𝑀 ∈ ℤ → (∃𝑗𝑍𝑘 ∈ (ℤ𝑗)𝜑 ↔ ∃𝑗 ∈ ℝ ∀𝑘𝑍 (𝑗𝑘𝜑)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383   = wceq 1632  wcel 2139  wral 3050  wrex 3051  wss 3715  ifcif 4230   class class class wbr 4804  cfv 6049  (class class class)co 6813  cr 10127  1c1 10129   + caddc 10131  cle 10267  cz 11569  cuz 11879  cfl 12785
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 7114  ax-cnex 10184  ax-resscn 10185  ax-1cn 10186  ax-icn 10187  ax-addcl 10188  ax-addrcl 10189  ax-mulcl 10190  ax-mulrcl 10191  ax-mulcom 10192  ax-addass 10193  ax-mulass 10194  ax-distr 10195  ax-i2m1 10196  ax-1ne0 10197  ax-1rid 10198  ax-rnegex 10199  ax-rrecex 10200  ax-cnre 10201  ax-pre-lttri 10202  ax-pre-lttrn 10203  ax-pre-ltadd 10204  ax-pre-mulgt0 10205  ax-pre-sup 10206
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-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-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-riota 6774  df-ov 6816  df-oprab 6817  df-mpt2 6818  df-om 7231  df-wrecs 7576  df-recs 7637  df-rdg 7675  df-er 7911  df-en 8122  df-dom 8123  df-sdom 8124  df-sup 8513  df-inf 8514  df-pnf 10268  df-mnf 10269  df-xr 10270  df-ltxr 10271  df-le 10272  df-sub 10460  df-neg 10461  df-nn 11213  df-n0 11485  df-z 11570  df-uz 11880  df-fl 12787
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