Theorem infdesc 40480

Description: Infinite descent. The hypotheses say that 𝑆 is lower bounded, and that if 𝜓 holds for an integer in 𝑆, it holds for a smaller integer in 𝑆. By infinite descent, eventually we cannot go any smaller, therefore 𝜓 holds for no integer in 𝑆. (Contributed by SN, 20-Aug-2024.)

Hypotheses

Ref	Expression
infdesc.x	⊢ (𝑦 = 𝑥 → (𝜓 ↔ 𝜒))
infdesc.z	⊢ (𝑦 = 𝑧 → (𝜓 ↔ 𝜃))
infdesc.s	⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ (ℤ≥‘𝑀))
infdesc.1	⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝜒)) → ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ 𝑧 < 𝑥))

Assertion

Ref	Expression
infdesc	⊢ (𝜑 → {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} = ∅)

Distinct variable groups:   𝜑,𝑥,𝑧   𝜓,𝑥,𝑧   𝜒,𝑦   𝜃,𝑦   𝑥,𝑆,𝑦,𝑧

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑦)   𝜓(𝑦)   𝜒(𝑥,𝑧)   𝜃(𝑥,𝑧)   𝑀(𝑥,𝑦,𝑧)

Proof of Theorem infdesc

Step	Hyp	Ref	Expression
1		df-ne 2944	. . 3 ⊢ ({𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ≠ ∅ ↔ ¬ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} = ∅)
2		ssrab2 4013	. . . . . 6 ⊢ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ⊆ 𝑆
3		infdesc.s	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ (ℤ≥‘𝑀))
4	2, 3	sstrid 3932	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ⊆ (ℤ≥‘𝑀))
5		uzwo 12651	. . . . 5 ⊢ (({𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ⊆ (ℤ≥‘𝑀) ∧ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ≠ ∅) → ∃𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
6	4, 5	sylan 580	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ≠ ∅) → ∃𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
7		infdesc.x	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 = 𝑥 → (𝜓 ↔ 𝜒))
8	7	elrab 3624	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ↔ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝜒))
9		infdesc.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝜒)) → ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ 𝑧 < 𝑥))
10		uzssre 12604	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (ℤ≥‘𝑀) ⊆ ℝ
11	3, 10	sstrdi 3933	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ ℝ)
12	11	adantr 481	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝑆 ⊆ ℝ)
13	12	sselda 3921	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ ℝ)
14	11	sselda 3921	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ ℝ)
15	14	adantr 481	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ ℝ)
16	13, 15	ltnled 11122	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → (𝑧 < 𝑥 ↔ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧))
17	16	anbi2d 629	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → ((𝜃 ∧ 𝑧 < 𝑥) ↔ (𝜃 ∧ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧)))
18	17	rexbidva 3225	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ 𝑧 < 𝑥) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧)))
19	18	adantrr 714	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝜒)) → (∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ 𝑧 < 𝑥) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧)))
20	9, 19	mpbid 231	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝜒)) → ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧))
21	8, 20	sylan2b 594	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}) → ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧))
22		infdesc.z	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = 𝑧 → (𝜓 ↔ 𝜃))
23	22	rexrab 3633	. . . . . . . 8 ⊢ (∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧))
24	21, 23	sylibr 233	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}) → ∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧)
25	24	ralrimiva 3103	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧)
26		rexnal 3169	. . . . . . . 8 ⊢ (∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧 ↔ ¬ ∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
27	26	ralbii 3092	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧 ↔ ∀𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ ∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
28		ralnex 3167	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ ∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧 ↔ ¬ ∃𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
29	27, 28	bitri 274	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧 ↔ ¬ ∃𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
30	25, 29	sylib 217	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ¬ ∃𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
31	30	adantr 481	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ≠ ∅) → ¬ ∃𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
32	6, 31	pm2.21dd 194	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ≠ ∅) → {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} = ∅)
33	1, 32	sylan2br 595	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} = ∅) → {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} = ∅)
34	33	pm2.18da 797	1 ⊢ (𝜑 → {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} = ∅)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   = wceq 1539   ∈ wcel 2106   ≠ wne 2943  ∀wral 3064  ∃wrex 3065  {crab 3068   ⊆ wss 3887  ∅c0 4256   class class class wbr 5074  ‘cfv 6433  ℝcr 10870   < clt 11009   ≤ cle 11010  ℤ_≥cuz 12582

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-op 4568  df-uni 4840  df-iun 4926  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5489  df-eprel 5495  df-po 5503  df-so 5504  df-fr 5544  df-we 5546  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-pred 6202  df-ord 6269  df-on 6270  df-lim 6271  df-suc 6272  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-om 7713  df-2nd 7832  df-frecs 8097  df-wrecs 8128  df-recs 8202  df-rdg 8241  df-er 8498  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208  df-nn 11974  df-n0 12234  df-z 12320  df-uz 12583

This theorem is referenced by:  nna4b4nsq  40497