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Theorem uzwo4 39712
Description: Well-ordering principle: any nonempty subset of an upper set of integers has the least element. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
uzwo4.1 𝑗𝜓
uzwo4.2 (𝑗 = 𝑘 → (𝜑𝜓))
Assertion
Ref Expression
uzwo4 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑀   𝑆,𝑗,𝑘   𝜑,𝑘
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑗)   𝜓(𝑗,𝑘)   𝑀(𝑗)

Proof of Theorem uzwo4
Dummy variable 𝑖 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ssrab2 3820 . . . . . 6 {𝑗𝑆𝜑} ⊆ 𝑆
21a1i 11 . . . . 5 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → {𝑗𝑆𝜑} ⊆ 𝑆)
3 id 22 . . . . 5 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → 𝑆 ⊆ (ℤ𝑀))
42, 3sstrd 3746 . . . 4 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → {𝑗𝑆𝜑} ⊆ (ℤ𝑀))
54adantr 472 . . 3 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → {𝑗𝑆𝜑} ⊆ (ℤ𝑀))
6 rabn0 4093 . . . . . 6 ({𝑗𝑆𝜑} ≠ ∅ ↔ ∃𝑗𝑆 𝜑)
76bicomi 214 . . . . 5 (∃𝑗𝑆 𝜑 ↔ {𝑗𝑆𝜑} ≠ ∅)
87biimpi 206 . . . 4 (∃𝑗𝑆 𝜑 → {𝑗𝑆𝜑} ≠ ∅)
98adantl 473 . . 3 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → {𝑗𝑆𝜑} ≠ ∅)
10 uzwo 11936 . . 3 (({𝑗𝑆𝜑} ⊆ (ℤ𝑀) ∧ {𝑗𝑆𝜑} ≠ ∅) → ∃𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘)
115, 9, 10syl2anc 696 . 2 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → ∃𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘)
121sseli 3732 . . . . . . . 8 (𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} → 𝑖𝑆)
1312adantr 472 . . . . . . 7 ((𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → 𝑖𝑆)
14133adant1 1124 . . . . . 6 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → 𝑖𝑆)
15 nfcv 2894 . . . . . . . . . . . 12 𝑗𝑖
16 nfcv 2894 . . . . . . . . . . . 12 𝑗𝑆
1715nfsbc1 3587 . . . . . . . . . . . 12 𝑗[𝑖 / 𝑗]𝜑
18 sbceq1a 3579 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 = 𝑖 → (𝜑[𝑖 / 𝑗]𝜑))
1915, 16, 17, 18elrabf 3492 . . . . . . . . . . 11 (𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ↔ (𝑖𝑆[𝑖 / 𝑗]𝜑))
2019biimpi 206 . . . . . . . . . 10 (𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} → (𝑖𝑆[𝑖 / 𝑗]𝜑))
2120simprd 482 . . . . . . . . 9 (𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} → [𝑖 / 𝑗]𝜑)
2221adantr 472 . . . . . . . 8 ((𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → [𝑖 / 𝑗]𝜑)
23223adant1 1124 . . . . . . 7 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → [𝑖 / 𝑗]𝜑)
24 nfv 1984 . . . . . . . . 9 𝑘 𝑆 ⊆ (ℤ𝑀)
25 nfv 1984 . . . . . . . . 9 𝑘 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}
26 nfra1 3071 . . . . . . . . 9 𝑘𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘
2724, 25, 26nf3an 1972 . . . . . . . 8 𝑘(𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘)
28 simpl13 1316 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) ∧ 𝜓) → ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘)
29 simpl2 1227 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) ∧ 𝜓) → 𝑘𝑆)
30 simpr 479 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) ∧ 𝜓) → 𝜓)
31 simpll 807 . . . . . . . . . . . 12 (((∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘𝑘𝑆) ∧ 𝜓) → ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘)
32 id 22 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑘𝑆𝜓) → (𝑘𝑆𝜓))
33 nfcv 2894 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑗𝑘
34 uzwo4.1 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑗𝜓
35 uzwo4.2 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 = 𝑘 → (𝜑𝜓))
3633, 16, 34, 35elrabf 3492 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ↔ (𝑘𝑆𝜓))
3732, 36sylibr 224 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑘𝑆𝜓) → 𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑})
3837adantll 752 . . . . . . . . . . . 12 (((∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘𝑘𝑆) ∧ 𝜓) → 𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑})
39 rspa 3060 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}) → 𝑖𝑘)
4031, 38, 39syl2anc 696 . . . . . . . . . . 11 (((∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘𝑘𝑆) ∧ 𝜓) → 𝑖𝑘)
4128, 29, 30, 40syl21anc 1472 . . . . . . . . . 10 ((((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) ∧ 𝜓) → 𝑖𝑘)
424sselda 3736 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}) → 𝑖 ∈ (ℤ𝑀))
43 eluzelz 11881 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑖 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑖 ∈ ℤ)
4442, 43syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}) → 𝑖 ∈ ℤ)
4544zred 11666 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}) → 𝑖 ∈ ℝ)
46453adant3 1126 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → 𝑖 ∈ ℝ)
47463ad2ant1 1127 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) → 𝑖 ∈ ℝ)
48 ssel2 3731 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑘𝑆) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑀))
49 eluzelz 11881 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑘 ∈ ℤ)
5048, 49syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑘𝑆) → 𝑘 ∈ ℤ)
5150zred 11666 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑘𝑆) → 𝑘 ∈ ℝ)
52513ad2antl1 1198 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆) → 𝑘 ∈ ℝ)
53523adant3 1126 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) → 𝑘 ∈ ℝ)
54 simp3 1132 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) → 𝑘 < 𝑖)
55 simp3 1132 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑘 < 𝑖) → 𝑘 < 𝑖)
56 simp2 1131 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑘 < 𝑖) → 𝑘 ∈ ℝ)
57 simp1 1130 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑘 < 𝑖) → 𝑖 ∈ ℝ)
5856, 57ltnled 10368 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑘 < 𝑖) → (𝑘 < 𝑖 ↔ ¬ 𝑖𝑘))
5955, 58mpbid 222 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑘 < 𝑖) → ¬ 𝑖𝑘)
6047, 53, 54, 59syl3anc 1473 . . . . . . . . . . 11 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) → ¬ 𝑖𝑘)
6160adantr 472 . . . . . . . . . 10 ((((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) ∧ 𝜓) → ¬ 𝑖𝑘)
6241, 61pm2.65da 601 . . . . . . . . 9 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) → ¬ 𝜓)
63623exp 1112 . . . . . . . 8 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → (𝑘𝑆 → (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)))
6427, 63ralrimi 3087 . . . . . . 7 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓))
6523, 64jca 555 . . . . . 6 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → ([𝑖 / 𝑗]𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)))
66 nfv 1984 . . . . . . . . . 10 𝑗 𝑘 < 𝑖
6734nfn 1925 . . . . . . . . . 10 𝑗 ¬ 𝜓
6866, 67nfim 1966 . . . . . . . . 9 𝑗(𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)
6916, 68nfral 3075 . . . . . . . 8 𝑗𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)
7017, 69nfan 1969 . . . . . . 7 𝑗([𝑖 / 𝑗]𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓))
71 breq2 4800 . . . . . . . . . 10 (𝑗 = 𝑖 → (𝑘 < 𝑗𝑘 < 𝑖))
7271imbi1d 330 . . . . . . . . 9 (𝑗 = 𝑖 → ((𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓) ↔ (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)))
7372ralbidv 3116 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑖 → (∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓) ↔ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)))
7418, 73anbi12d 749 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑖 → ((𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)) ↔ ([𝑖 / 𝑗]𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓))))
7570, 74rspce 3436 . . . . . 6 ((𝑖𝑆 ∧ ([𝑖 / 𝑗]𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓))) → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)))
7614, 65, 75syl2anc 696 . . . . 5 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)))
77763exp 1112 . . . 4 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} → (∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘 → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)))))
7877rexlimdv 3160 . . 3 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (∃𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘 → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓))))
7978adantr 472 . 2 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → (∃𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘 → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓))))
8011, 79mpd 15 1 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072   = wceq 1624  wnf 1849  wcel 2131  wne 2924  wral 3042  wrex 3043  {crab 3046  [wsbc 3568  wss 3707  c0 4050   class class class wbr 4796  cfv 6041  cr 10119   < clt 10258  cle 10259  cz 11561  cuz 11871
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1863  ax-4 1878  ax-5 1980  ax-6 2046  ax-7 2082  ax-8 2133  ax-9 2140  ax-10 2160  ax-11 2175  ax-12 2188  ax-13 2383  ax-ext 2732  ax-sep 4925  ax-nul 4933  ax-pow 4984  ax-pr 5047  ax-un 7106  ax-cnex 10176  ax-resscn 10177  ax-1cn 10178  ax-icn 10179  ax-addcl 10180  ax-addrcl 10181  ax-mulcl 10182  ax-mulrcl 10183  ax-mulcom 10184  ax-addass 10185  ax-mulass 10186  ax-distr 10187  ax-i2m1 10188  ax-1ne0 10189  ax-1rid 10190  ax-rnegex 10191  ax-rrecex 10192  ax-cnre 10193  ax-pre-lttri 10194  ax-pre-lttrn 10195  ax-pre-ltadd 10196  ax-pre-mulgt0 10197
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1627  df-ex 1846  df-nf 1851  df-sb 2039  df-eu 2603  df-mo 2604  df-clab 2739  df-cleq 2745  df-clel 2748  df-nfc 2883  df-ne 2925  df-nel 3028  df-ral 3047  df-rex 3048  df-reu 3049  df-rab 3051  df-v 3334  df-sbc 3569  df-csb 3667  df-dif 3710  df-un 3712  df-in 3714  df-ss 3721  df-pss 3723  df-nul 4051  df-if 4223  df-pw 4296  df-sn 4314  df-pr 4316  df-tp 4318  df-op 4320  df-uni 4581  df-iun 4666  df-br 4797  df-opab 4857  df-mpt 4874  df-tr 4897  df-id 5166  df-eprel 5171  df-po 5179  df-so 5180  df-fr 5217  df-we 5219  df-xp 5264  df-rel 5265  df-cnv 5266  df-co 5267  df-dm 5268  df-rn 5269  df-res 5270  df-ima 5271  df-pred 5833  df-ord 5879  df-on 5880  df-lim 5881  df-suc 5882  df-iota 6004  df-fun 6043  df-fn 6044  df-f 6045  df-f1 6046  df-fo 6047  df-f1o 6048  df-fv 6049  df-riota 6766  df-ov 6808  df-oprab 6809  df-mpt2 6810  df-om 7223  df-wrecs 7568  df-recs 7629  df-rdg 7667  df-er 7903  df-en 8114  df-dom 8115  df-sdom 8116  df-pnf 10260  df-mnf 10261  df-xr 10262  df-ltxr 10263  df-le 10264  df-sub 10452  df-neg 10453  df-nn 11205  df-n0 11477  df-z 11562  df-uz 11872
This theorem is referenced by:  iundjiun  41172
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