Theorem dedekindeulemlu 13239

Description: Lemma for dedekindeu 13241. There is a number which separates the lower and upper cuts. (Contributed by Jim Kingdon, 31-Jan-2024.)

Hypotheses

Ref	Expression
dedekindeu.lss	⊢ (𝜑 → 𝐿 ⊆ ℝ)
dedekindeu.uss	⊢ (𝜑 → 𝑈 ⊆ ℝ)
dedekindeu.lm	⊢ (𝜑 → ∃𝑞 ∈ ℝ 𝑞 ∈ 𝐿)
dedekindeu.um	⊢ (𝜑 → ∃𝑟 ∈ ℝ 𝑟 ∈ 𝑈)
dedekindeu.lr	⊢ (𝜑 → ∀𝑞 ∈ ℝ (𝑞 ∈ 𝐿 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟))
dedekindeu.ur	⊢ (𝜑 → ∀𝑟 ∈ ℝ (𝑟 ∈ 𝑈 ↔ ∃𝑞 ∈ 𝑈 𝑞 < 𝑟))
dedekindeu.disj	⊢ (𝜑 → (𝐿 ∩ 𝑈) = ∅)
dedekindeu.loc	⊢ (𝜑 → ∀𝑞 ∈ ℝ ∀𝑟 ∈ ℝ (𝑞 < 𝑟 → (𝑞 ∈ 𝐿 ∨ 𝑟 ∈ 𝑈)))

Assertion

Ref	Expression
dedekindeulemlu	⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑞 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑥 ∧ ∀𝑟 ∈ 𝑈 𝑥 < 𝑟))

Distinct variable groups:   𝐿,𝑞,𝑟,𝑥   𝑈,𝑞,𝑟   𝜑,𝑞,𝑟,𝑥

Allowed substitution hint:   𝑈(𝑥)

Proof of Theorem dedekindeulemlu

Dummy variables 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		dedekindeu.lss	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐿 ⊆ ℝ)
2		dedekindeu.uss	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ⊆ ℝ)
3		dedekindeu.lm	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑞 ∈ ℝ 𝑞 ∈ 𝐿)
4		dedekindeu.um	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑟 ∈ ℝ 𝑟 ∈ 𝑈)
5		dedekindeu.lr	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑞 ∈ ℝ (𝑞 ∈ 𝐿 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟))
6		dedekindeu.ur	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑟 ∈ ℝ (𝑟 ∈ 𝑈 ↔ ∃𝑞 ∈ 𝑈 𝑞 < 𝑟))
7		dedekindeu.disj	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐿 ∩ 𝑈) = ∅)
8		dedekindeu.loc	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑞 ∈ ℝ ∀𝑟 ∈ ℝ (𝑞 < 𝑟 → (𝑞 ∈ 𝐿 ∨ 𝑟 ∈ 𝑈)))
9	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8	dedekindeulemlub 13238	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧)))
10		simpr 109	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → 𝑞 ∈ 𝐿)
11	1	ad3antrrr 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → 𝐿 ⊆ ℝ)
12	11, 10	sseldd 3143	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → 𝑞 ∈ ℝ)
13		rsp 2513	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (∀𝑞 ∈ ℝ (𝑞 ∈ 𝐿 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟) → (𝑞 ∈ ℝ → (𝑞 ∈ 𝐿 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟)))
14	5, 13	syl 14	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝑞 ∈ ℝ → (𝑞 ∈ 𝐿 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟)))
15	14	ad3antrrr 484	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → (𝑞 ∈ ℝ → (𝑞 ∈ 𝐿 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟)))
16	12, 15	mpd 13	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → (𝑞 ∈ 𝐿 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟))
17	10, 16	mpbid 146	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟)
18	12	adantr 274	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) ∧ (𝑟 ∈ 𝐿 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑞 ∈ ℝ)
19	11	adantr 274	. . . . . . . . 9 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) ∧ (𝑟 ∈ 𝐿 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝐿 ⊆ ℝ)
20		simprl 521	. . . . . . . . 9 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) ∧ (𝑟 ∈ 𝐿 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑟 ∈ 𝐿)
21	19, 20	sseldd 3143	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) ∧ (𝑟 ∈ 𝐿 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑟 ∈ ℝ)
22		simp-4r 532	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) ∧ (𝑟 ∈ 𝐿 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑥 ∈ ℝ)
23		simprr 522	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) ∧ (𝑟 ∈ 𝐿 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑞 < 𝑟)
24		breq2 3986	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑦 = 𝑟 → (𝑥 < 𝑦 ↔ 𝑥 < 𝑟))
25	24	notbid 657	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 = 𝑟 → (¬ 𝑥 < 𝑦 ↔ ¬ 𝑥 < 𝑟))
26		simprl 521	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) → ∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦)
27	26	ad2antrr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) ∧ (𝑟 ∈ 𝐿 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → ∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦)
28	25, 27, 20	rspcdva 2835	. . . . . . . . 9 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) ∧ (𝑟 ∈ 𝐿 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → ¬ 𝑥 < 𝑟)
29	21, 22, 28	nltled 8019	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) ∧ (𝑟 ∈ 𝐿 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑟 ≤ 𝑥)
30	18, 21, 22, 23, 29	ltletrd 8321	. . . . . . 7 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) ∧ (𝑟 ∈ 𝐿 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑞 < 𝑥)
31	17, 30	rexlimddv 2588	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → 𝑞 < 𝑥)
32	31	ralrimiva 2539	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) → ∀𝑞 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑥)
33		simpr 109	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) → 𝑟 ∈ 𝑈)
34		simplll 523	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) → 𝜑)
35	34, 2	syl 14	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) → 𝑈 ⊆ ℝ)
36	35, 33	sseldd 3143	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) → 𝑟 ∈ ℝ)
37		rsp 2513	. . . . . . . . . 10 ⊢ (∀𝑟 ∈ ℝ (𝑟 ∈ 𝑈 ↔ ∃𝑞 ∈ 𝑈 𝑞 < 𝑟) → (𝑟 ∈ ℝ → (𝑟 ∈ 𝑈 ↔ ∃𝑞 ∈ 𝑈 𝑞 < 𝑟)))
38	6, 37	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝑟 ∈ ℝ → (𝑟 ∈ 𝑈 ↔ ∃𝑞 ∈ 𝑈 𝑞 < 𝑟)))
39	34, 36, 38	sylc 62	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) → (𝑟 ∈ 𝑈 ↔ ∃𝑞 ∈ 𝑈 𝑞 < 𝑟))
40	33, 39	mpbid 146	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) → ∃𝑞 ∈ 𝑈 𝑞 < 𝑟)
41		simp-4r 532	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑥 ∈ ℝ)
42	35	adantr 274	. . . . . . . . 9 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑈 ⊆ ℝ)
43		simprl 521	. . . . . . . . 9 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑞 ∈ 𝑈)
44	42, 43	sseldd 3143	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑞 ∈ ℝ)
45	36	adantr 274	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑟 ∈ ℝ)
46	43	adantr 274	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → 𝑞 ∈ 𝑈)
47	34	ad2antrr 480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → 𝜑)
48		simpr 109	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → 𝑞 < 𝑥)
49		breq1 3985	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑦 = 𝑞 → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑞 < 𝑥))
50		breq1 3985	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑦 = 𝑞 → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑞 < 𝑧))
51	50	rexbidv 2467	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑦 = 𝑞 → (∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑧))
52	49, 51	imbi12d 233	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑦 = 𝑞 → ((𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧) ↔ (𝑞 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑧)))
53		simprr 522	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) → ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))
54	53	ad3antrrr 484	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))
55	44	adantr 274	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → 𝑞 ∈ ℝ)
56	52, 54, 55	rspcdva 2835	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → (𝑞 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑧))
57	48, 56	mpd 13	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑧)
58		breq2 3986	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑧 = 𝑟 → (𝑞 < 𝑧 ↔ 𝑞 < 𝑟))
59	58	cbvrexv 2693	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑧 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟)
60	57, 59	sylib 121	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟)
61	47, 55, 14	sylc 62	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → (𝑞 ∈ 𝐿 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟))
62	60, 61	mpbird 166	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → 𝑞 ∈ 𝐿)
63		disj 3457	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐿 ∩ 𝑈) = ∅ ↔ ∀𝑞 ∈ 𝐿 ¬ 𝑞 ∈ 𝑈)
64	7, 63	sylib 121	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → ∀𝑞 ∈ 𝐿 ¬ 𝑞 ∈ 𝑈)
65	64	r19.21bi 2554	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → ¬ 𝑞 ∈ 𝑈)
66	47, 62, 65	syl2anc 409	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) ∧ 𝑞 < 𝑥) → ¬ 𝑞 ∈ 𝑈)
67	46, 66	pm2.65da 651	. . . . . . . . 9 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → ¬ 𝑞 < 𝑥)
68	41, 44, 67	nltled 8019	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑥 ≤ 𝑞)
69		simprr 522	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑞 < 𝑟)
70	41, 44, 45, 68, 69	lelttrd 8023	. . . . . . 7 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) ∧ (𝑞 ∈ 𝑈 ∧ 𝑞 < 𝑟)) → 𝑥 < 𝑟)
71	40, 70	rexlimddv 2588	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) → 𝑥 < 𝑟)
72	71	ralrimiva 2539	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) → ∀𝑟 ∈ 𝑈 𝑥 < 𝑟)
73	32, 72	jca 304	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) → (∀𝑞 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑥 ∧ ∀𝑟 ∈ 𝑈 𝑥 < 𝑟))
74	73	ex 114	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ((∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧)) → (∀𝑞 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑥 ∧ ∀𝑟 ∈ 𝑈 𝑥 < 𝑟)))
75	74	reximdva 2568	. 2 ⊢ (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧)) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑞 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑥 ∧ ∀𝑟 ∈ 𝑈 𝑥 < 𝑟)))
76	9, 75	mpd 13	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑞 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑥 ∧ ∀𝑟 ∈ 𝑈 𝑥 < 𝑟))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   ∨ wo 698   = wceq 1343   ∈ wcel 2136  ∀wral 2444  ∃wrex 2445   ∩ cin 3115   ⊆ wss 3116  ∅c0 3409   class class class wbr 3982  ℝcr 7752   < clt 7933

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1435  ax-7 1436  ax-gen 1437  ax-ie1 1481  ax-ie2 1482  ax-8 1492  ax-10 1493  ax-11 1494  ax-i12 1495  ax-bndl 1497  ax-4 1498  ax-17 1514  ax-i9 1518  ax-ial 1522  ax-i5r 1523  ax-13 2138  ax-14 2139  ax-ext 2147  ax-sep 4100  ax-pow 4153  ax-pr 4187  ax-un 4411  ax-setind 4514  ax-cnex 7844  ax-resscn 7845  ax-pre-ltwlin 7866  ax-pre-suploc 7874

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3an 970  df-tru 1346  df-fal 1349  df-nf 1449  df-sb 1751  df-eu 2017  df-mo 2018  df-clab 2152  df-cleq 2158  df-clel 2161  df-nfc 2297  df-ne 2337  df-nel 2432  df-ral 2449  df-rex 2450  df-rab 2453  df-v 2728  df-dif 3118  df-un 3120  df-in 3122  df-ss 3129  df-nul 3410  df-pw 3561  df-sn 3582  df-pr 3583  df-op 3585  df-uni 3790  df-br 3983  df-opab 4044  df-xp 4610  df-cnv 4612  df-pnf 7935  df-mnf 7936  df-xr 7937  df-ltxr 7938  df-le 7939

This theorem is referenced by:  dedekindeu  13241