Theorem infdesc 42630

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 2939	. . 3 ⊢ ({𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ≠ ∅ ↔ ¬ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} = ∅)
2		ssrab2 4090	. . . . . 6 ⊢ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ⊆ 𝑆
3		infdesc.s	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ (ℤ≥‘𝑀))
4	2, 3	sstrid 4007	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ⊆ (ℤ≥‘𝑀))
5		uzwo 12951	. . . . 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 3695	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ↔ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝜒))
9		infdesc.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝜒)) → ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ 𝑧 < 𝑥))
10		uzssre 12898	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (ℤ≥‘𝑀) ⊆ ℝ
11	3, 10	sstrdi 4008	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⊆ ℝ)
12	11	adantr 480	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝑆 ⊆ ℝ)
13	12	sselda 3995	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → 𝑧 ∈ ℝ)
14	11	sselda 3995	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ ℝ)
15	14	adantr 480	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → 𝑥 ∈ ℝ)
16	13, 15	ltnled 11406	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → (𝑧 < 𝑥 ↔ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧))
17	16	anbi2d 630	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) ∧ 𝑧 ∈ 𝑆) → ((𝜃 ∧ 𝑧 < 𝑥) ↔ (𝜃 ∧ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧)))
18	17	rexbidva 3175	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝑆) → (∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ 𝑧 < 𝑥) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧)))
19	18	adantrr 717	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝜒)) → (∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ 𝑧 < 𝑥) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧)))
20	9, 19	mpbid 232	. . . . . . . . 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 3705	. . . . . . . 8 ⊢ (∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ 𝑆 (𝜃 ∧ ¬ 𝑥 ≤ 𝑧))
24	21, 23	sylibr 234	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}) → ∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧)
25	24	ralrimiva 3144	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧)
26		rexnal 3098	. . . . . . . 8 ⊢ (∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧 ↔ ¬ ∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
27	26	ralbii 3091	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∃𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ 𝑥 ≤ 𝑧 ↔ ∀𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ¬ ∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
28		ralnex 3070	. . . . . . 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 275	. . . . . 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 218	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ¬ ∃𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
31	30	adantr 480	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} ≠ ∅) → ¬ ∃𝑥 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}∀𝑧 ∈ {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓}𝑥 ≤ 𝑧)
32	6, 31	pm2.21dd 195	. . 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 800	1 ⊢ (𝜑 → {𝑦 ∈ 𝑆 ∣ 𝜓} = ∅)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1537   ∈ wcel 2106   ≠ wne 2938  ∀wral 3059  ∃wrex 3068  {crab 3433   ⊆ wss 3963  ∅c0 4339   class class class wbr 5148  ‘cfv 6563  ℝcr 11152   < clt 11293   ≤ cle 11294  ℤ_≥cuz 12876

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1908  ax-6 1965  ax-7 2005  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2139  ax-11 2155  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-sep 5302  ax-nul 5312  ax-pow 5371  ax-pr 5438  ax-un 7754  ax-cnex 11209  ax-resscn 11210  ax-1cn 11211  ax-icn 11212  ax-addcl 11213  ax-addrcl 11214  ax-mulcl 11215  ax-mulrcl 11216  ax-mulcom 11217  ax-addass 11218  ax-mulass 11219  ax-distr 11220  ax-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-1rid 11223  ax-rnegex 11224  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228  ax-pre-ltadd 11229  ax-pre-mulgt0 11230

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2063  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2727  df-clel 2814  df-nfc 2890  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-reu 3379  df-rab 3434  df-v 3480  df-sbc 3792  df-csb 3909  df-dif 3966  df-un 3968  df-in 3970  df-ss 3980  df-pss 3983  df-nul 4340  df-if 4532  df-pw 4607  df-sn 4632  df-pr 4634  df-op 4638  df-uni 4913  df-iun 4998  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5583  df-eprel 5589  df-po 5597  df-so 5598  df-fr 5641  df-we 5643  df-xp 5695  df-rel 5696  df-cnv 5697  df-co 5698  df-dm 5699  df-rn 5700  df-res 5701  df-ima 5702  df-pred 6323  df-ord 6389  df-on 6390  df-lim 6391  df-suc 6392  df-iota 6516  df-fun 6565  df-fn 6566  df-f 6567  df-f1 6568  df-fo 6569  df-f1o 6570  df-fv 6571  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-2nd 8014  df-frecs 8305  df-wrecs 8336  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-er 8744  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-sub 11492  df-neg 11493  df-nn 12265  df-n0 12525  df-z 12612  df-uz 12877

This theorem is referenced by:  nna4b4nsq  42647