Theorem dedekindeulemlu 13766

Description: Lemma for dedekindeu 13768. 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 13765	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧)))
10		simpr 110	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → 𝑞 ∈ 𝐿)
11	1	ad3antrrr 492	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → 𝐿 ⊆ ℝ)
12	11, 10	sseldd 3156	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → 𝑞 ∈ ℝ)
13		rsp 2524	. . . . . . . . . . 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 492	. . . . . . . . 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 147	. . . . . . 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 276	. . . . . . . 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 276	. . . . . . . . 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 529	. . . . . . . . 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 3156	. . . . . . . 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 542	. . . . . . . 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 531	. . . . . . . 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 4004	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑦 = 𝑟 → (𝑥 < 𝑦 ↔ 𝑥 < 𝑟))
25	24	notbid 667	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 = 𝑟 → (¬ 𝑥 < 𝑦 ↔ ¬ 𝑥 < 𝑟))
26		simprl 529	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) → ∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦)
27	26	ad2antrr 488	. . . . . . . . . 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 2846	. . . . . . . . 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 8068	. . . . . . . 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 8370	. . . . . . 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 2599	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → 𝑞 < 𝑥)
32	31	ralrimiva 2550	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) → ∀𝑞 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑥)
33		simpr 110	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) → 𝑟 ∈ 𝑈)
34		simplll 533	. . . . . . . . 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 3156	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) → 𝑟 ∈ ℝ)
37		rsp 2524	. . . . . . . . . 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 147	. . . . . . 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 542	. . . . . . . 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 276	. . . . . . . . 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 529	. . . . . . . . 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 3156	. . . . . . . 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 276	. . . . . . . 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 276	. . . . . . . . . 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 488	. . . . . . . . . . 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 110	. . . . . . . . . . . . . 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 4003	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑦 = 𝑞 → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑞 < 𝑥))
50		breq1 4003	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑦 = 𝑞 → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑞 < 𝑧))
51	50	rexbidv 2478	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑦 = 𝑞 → (∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑧))
52	49, 51	imbi12d 234	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑦 = 𝑞 → ((𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧) ↔ (𝑞 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑧)))
53		simprr 531	. . . . . . . . . . . . . . . 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 492	. . . . . . . . . . . . . . 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 276	. . . . . . . . . . . . . . 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 2846	. . . . . . . . . . . . . 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 4004	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑧 = 𝑟 → (𝑞 < 𝑧 ↔ 𝑞 < 𝑟))
59	58	cbvrexv 2704	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑧 ↔ ∃𝑟 ∈ 𝐿 𝑞 < 𝑟)
60	57, 59	sylib 122	. . . . . . . . . . . 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 167	. . . . . . . . . . 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 3471	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐿 ∩ 𝑈) = ∅ ↔ ∀𝑞 ∈ 𝐿 ¬ 𝑞 ∈ 𝑈)
64	7, 63	sylib 122	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → ∀𝑞 ∈ 𝐿 ¬ 𝑞 ∈ 𝑈)
65	64	r19.21bi 2565	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑞 ∈ 𝐿) → ¬ 𝑞 ∈ 𝑈)
66	47, 62, 65	syl2anc 411	. . . . . . . . . 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 661	. . . . . . . . 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 8068	. . . . . . . 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 531	. . . . . . . 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 8072	. . . . . . 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 2599	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) ∧ 𝑟 ∈ 𝑈) → 𝑥 < 𝑟)
72	71	ralrimiva 2550	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ (∀𝑦 ∈ 𝐿 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐿 𝑦 < 𝑧))) → ∀𝑟 ∈ 𝑈 𝑥 < 𝑟)
73	32, 72	jca 306	. . . 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 115	. . 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 2579	. 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 104   ↔ wb 105   ∨ wo 708   = wceq 1353   ∈ wcel 2148  ∀wral 2455  ∃wrex 2456   ∩ cin 3128   ⊆ wss 3129  ∅c0 3422   class class class wbr 4000  ℝcr 7801   < clt 7982

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-sep 4118  ax-pow 4171  ax-pr 4206  ax-un 4430  ax-setind 4533  ax-cnex 7893  ax-resscn 7894  ax-pre-ltwlin 7915  ax-pre-suploc 7923

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-rab 2464  df-v 2739  df-dif 3131  df-un 3133  df-in 3135  df-ss 3142  df-nul 3423  df-pw 3576  df-sn 3597  df-pr 3598  df-op 3600  df-uni 3808  df-br 4001  df-opab 4062  df-xp 4629  df-cnv 4631  df-pnf 7984  df-mnf 7985  df-xr 7986  df-ltxr 7987  df-le 7988

This theorem is referenced by:  dedekindeu  13768