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Theorem uzwo 12895
Description: Well-ordering principle: any nonempty subset of an upper set of integers has a least element. (Contributed by NM, 8-Oct-2005.)
Assertion
Ref Expression
uzwo ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∃𝑗𝑆𝑘𝑆 𝑗𝑘)
Distinct variable group:   𝑗,𝑘,𝑆
Allowed substitution hints:   𝑀(𝑗,𝑘)

Proof of Theorem uzwo
Dummy variables 𝑡 𝑛 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 breq1 5152 . . . . . . . . . . . 12 ( = 𝑀 → (𝑡𝑀𝑡))
21ralbidv 3178 . . . . . . . . . . 11 ( = 𝑀 → (∀𝑡𝑆 𝑡 ↔ ∀𝑡𝑆 𝑀𝑡))
32imbi2d 341 . . . . . . . . . 10 ( = 𝑀 → (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 𝑡) ↔ ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 𝑀𝑡)))
4 breq1 5152 . . . . . . . . . . . 12 ( = 𝑚 → (𝑡𝑚𝑡))
54ralbidv 3178 . . . . . . . . . . 11 ( = 𝑚 → (∀𝑡𝑆 𝑡 ↔ ∀𝑡𝑆 𝑚𝑡))
65imbi2d 341 . . . . . . . . . 10 ( = 𝑚 → (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 𝑡) ↔ ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 𝑚𝑡)))
7 breq1 5152 . . . . . . . . . . . 12 ( = (𝑚 + 1) → (𝑡 ↔ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡))
87ralbidv 3178 . . . . . . . . . . 11 ( = (𝑚 + 1) → (∀𝑡𝑆 𝑡 ↔ ∀𝑡𝑆 (𝑚 + 1) ≤ 𝑡))
98imbi2d 341 . . . . . . . . . 10 ( = (𝑚 + 1) → (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 𝑡) ↔ ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
10 breq1 5152 . . . . . . . . . . . 12 ( = 𝑛 → (𝑡𝑛𝑡))
1110ralbidv 3178 . . . . . . . . . . 11 ( = 𝑛 → (∀𝑡𝑆 𝑡 ↔ ∀𝑡𝑆 𝑛𝑡))
1211imbi2d 341 . . . . . . . . . 10 ( = 𝑛 → (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 𝑡) ↔ ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 𝑛𝑡)))
13 ssel 3976 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (𝑡𝑆𝑡 ∈ (ℤ𝑀)))
14 eluzle 12835 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑡 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑀𝑡)
1513, 14syl6 35 . . . . . . . . . . . 12 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (𝑡𝑆𝑀𝑡))
1615ralrimiv 3146 . . . . . . . . . . 11 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → ∀𝑡𝑆 𝑀𝑡)
1716adantr 482 . . . . . . . . . 10 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 𝑀𝑡)
18 uzssz 12843 . . . . . . . . . . . . 13 (ℤ𝑀) ⊆ ℤ
19 sstr 3991 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ (ℤ𝑀) ⊆ ℤ) → 𝑆 ⊆ ℤ)
2018, 19mpan2 690 . . . . . . . . . . . 12 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → 𝑆 ⊆ ℤ)
21 eluzelz 12832 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑚 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑚 ∈ ℤ)
22 breq1 5152 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑗 = 𝑚 → (𝑗𝑡𝑚𝑡))
2322ralbidv 3178 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑗 = 𝑚 → (∀𝑡𝑆 𝑗𝑡 ↔ ∀𝑡𝑆 𝑚𝑡))
2423rspcev 3613 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑚𝑆 ∧ ∀𝑡𝑆 𝑚𝑡) → ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡)
2524expcom 415 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (∀𝑡𝑆 𝑚𝑡 → (𝑚𝑆 → ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡))
2625con3rr3 155 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡 → (∀𝑡𝑆 𝑚𝑡 → ¬ 𝑚𝑆))
27 ssel2 3978 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((𝑆 ⊆ ℤ ∧ 𝑡𝑆) → 𝑡 ∈ ℤ)
28 zre 12562 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (𝑚 ∈ ℤ → 𝑚 ∈ ℝ)
29 zre 12562 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 (𝑡 ∈ ℤ → 𝑡 ∈ ℝ)
30 letri3 11299 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ((𝑚 ∈ ℝ ∧ 𝑡 ∈ ℝ) → (𝑚 = 𝑡 ↔ (𝑚𝑡𝑡𝑚)))
3128, 29, 30syl2an 597 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑡 ∈ ℤ) → (𝑚 = 𝑡 ↔ (𝑚𝑡𝑡𝑚)))
32 zleltp1 12613 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ((𝑡 ∈ ℤ ∧ 𝑚 ∈ ℤ) → (𝑡𝑚𝑡 < (𝑚 + 1)))
33 peano2re 11387 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 (𝑚 ∈ ℝ → (𝑚 + 1) ∈ ℝ)
3428, 33syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 (𝑚 ∈ ℤ → (𝑚 + 1) ∈ ℝ)
35 ltnle 11293 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 ((𝑡 ∈ ℝ ∧ (𝑚 + 1) ∈ ℝ) → (𝑡 < (𝑚 + 1) ↔ ¬ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡))
3629, 34, 35syl2an 597 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30 ((𝑡 ∈ ℤ ∧ 𝑚 ∈ ℤ) → (𝑡 < (𝑚 + 1) ↔ ¬ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡))
3732, 36bitrd 279 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 ((𝑡 ∈ ℤ ∧ 𝑚 ∈ ℤ) → (𝑡𝑚 ↔ ¬ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡))
3837ancoms 460 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑡 ∈ ℤ) → (𝑡𝑚 ↔ ¬ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡))
3938anbi2d 630 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑡 ∈ ℤ) → ((𝑚𝑡𝑡𝑚) ↔ (𝑚𝑡 ∧ ¬ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
4031, 39bitrd 279 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑡 ∈ ℤ) → (𝑚 = 𝑡 ↔ (𝑚𝑡 ∧ ¬ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
4127, 40sylan2 594 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ (𝑆 ⊆ ℤ ∧ 𝑡𝑆)) → (𝑚 = 𝑡 ↔ (𝑚𝑡 ∧ ¬ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
42 eleq1a 2829 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 (𝑡𝑆 → (𝑚 = 𝑡𝑚𝑆))
4342ad2antll 728 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ (𝑆 ⊆ ℤ ∧ 𝑡𝑆)) → (𝑚 = 𝑡𝑚𝑆))
4441, 43sylbird 260 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ (𝑆 ⊆ ℤ ∧ 𝑡𝑆)) → ((𝑚𝑡 ∧ ¬ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡) → 𝑚𝑆))
4544expd 417 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ (𝑆 ⊆ ℤ ∧ 𝑡𝑆)) → (𝑚𝑡 → (¬ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡𝑚𝑆)))
46 con1 146 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ((¬ (𝑚 + 1) ≤ 𝑡𝑚𝑆) → (¬ 𝑚𝑆 → (𝑚 + 1) ≤ 𝑡))
4745, 46syl6 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ (𝑆 ⊆ ℤ ∧ 𝑡𝑆)) → (𝑚𝑡 → (¬ 𝑚𝑆 → (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
4847com23 86 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ (𝑆 ⊆ ℤ ∧ 𝑡𝑆)) → (¬ 𝑚𝑆 → (𝑚𝑡 → (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
4948exp32 422 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑚 ∈ ℤ → (𝑆 ⊆ ℤ → (𝑡𝑆 → (¬ 𝑚𝑆 → (𝑚𝑡 → (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))))
5049com34 91 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑚 ∈ ℤ → (𝑆 ⊆ ℤ → (¬ 𝑚𝑆 → (𝑡𝑆 → (𝑚𝑡 → (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))))
5150imp41 427 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑆 ⊆ ℤ) ∧ ¬ 𝑚𝑆) ∧ 𝑡𝑆) → (𝑚𝑡 → (𝑚 + 1) ≤ 𝑡))
5251ralimdva 3168 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑆 ⊆ ℤ) ∧ ¬ 𝑚𝑆) → (∀𝑡𝑆 𝑚𝑡 → ∀𝑡𝑆 (𝑚 + 1) ≤ 𝑡))
5352ex 414 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑆 ⊆ ℤ) → (¬ 𝑚𝑆 → (∀𝑡𝑆 𝑚𝑡 → ∀𝑡𝑆 (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
5426, 53sylan9r 510 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑆 ⊆ ℤ) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → (∀𝑡𝑆 𝑚𝑡 → (∀𝑡𝑆 𝑚𝑡 → ∀𝑡𝑆 (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
5554pm2.43d 53 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑚 ∈ ℤ ∧ 𝑆 ⊆ ℤ) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → (∀𝑡𝑆 𝑚𝑡 → ∀𝑡𝑆 (𝑚 + 1) ≤ 𝑡))
5655expl 459 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑚 ∈ ℤ → ((𝑆 ⊆ ℤ ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → (∀𝑡𝑆 𝑚𝑡 → ∀𝑡𝑆 (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
5721, 56syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝑚 ∈ (ℤ𝑀) → ((𝑆 ⊆ ℤ ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → (∀𝑡𝑆 𝑚𝑡 → ∀𝑡𝑆 (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
5820, 57sylani 605 . . . . . . . . . . 11 (𝑚 ∈ (ℤ𝑀) → ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → (∀𝑡𝑆 𝑚𝑡 → ∀𝑡𝑆 (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
5958a2d 29 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ (ℤ𝑀) → (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 𝑚𝑡) → ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 (𝑚 + 1) ≤ 𝑡)))
603, 6, 9, 12, 17, 59uzind4i 12894 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ (ℤ𝑀) → ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ∀𝑡𝑆 𝑛𝑡))
61 breq1 5152 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 = 𝑛 → (𝑗𝑡𝑛𝑡))
6261ralbidv 3178 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 = 𝑛 → (∀𝑡𝑆 𝑗𝑡 ↔ ∀𝑡𝑆 𝑛𝑡))
6362rspcev 3613 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑛𝑆 ∧ ∀𝑡𝑆 𝑛𝑡) → ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡)
6463expcom 415 . . . . . . . . . . 11 (∀𝑡𝑆 𝑛𝑡 → (𝑛𝑆 → ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡))
6564con3rr3 155 . . . . . . . . . 10 (¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡 → (∀𝑡𝑆 𝑛𝑡 → ¬ 𝑛𝑆))
6665adantl 483 . . . . . . . . 9 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → (∀𝑡𝑆 𝑛𝑡 → ¬ 𝑛𝑆))
6760, 66sylcom 30 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ (ℤ𝑀) → ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ¬ 𝑛𝑆))
68 ssel 3976 . . . . . . . . . 10 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (𝑛𝑆𝑛 ∈ (ℤ𝑀)))
6968con3rr3 155 . . . . . . . . 9 𝑛 ∈ (ℤ𝑀) → (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → ¬ 𝑛𝑆))
7069adantrd 493 . . . . . . . 8 𝑛 ∈ (ℤ𝑀) → ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ¬ 𝑛𝑆))
7167, 70pm2.61i 182 . . . . . . 7 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡) → ¬ 𝑛𝑆)
7271ex 414 . . . . . 6 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡 → ¬ 𝑛𝑆))
7372alrimdv 1933 . . . . 5 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡 → ∀𝑛 ¬ 𝑛𝑆))
74 eq0 4344 . . . . 5 (𝑆 = ∅ ↔ ∀𝑛 ¬ 𝑛𝑆)
7573, 74imbitrrdi 251 . . . 4 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (¬ ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡𝑆 = ∅))
7675necon1ad 2958 . . 3 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (𝑆 ≠ ∅ → ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡))
7776imp 408 . 2 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡)
78 breq2 5153 . . . 4 (𝑡 = 𝑘 → (𝑗𝑡𝑗𝑘))
7978cbvralvw 3235 . . 3 (∀𝑡𝑆 𝑗𝑡 ↔ ∀𝑘𝑆 𝑗𝑘)
8079rexbii 3095 . 2 (∃𝑗𝑆𝑡𝑆 𝑗𝑡 ↔ ∃𝑗𝑆𝑘𝑆 𝑗𝑘)
8177, 80sylib 217 1 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑆 ≠ ∅) → ∃𝑗𝑆𝑘𝑆 𝑗𝑘)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 205  wa 397  wal 1540   = wceq 1542  wcel 2107  wne 2941  wral 3062  wrex 3071  wss 3949  c0 4323   class class class wbr 5149  cfv 6544  (class class class)co 7409  cr 11109  1c1 11111   + caddc 11113   < clt 11248  cle 11249  cz 12558  cuz 12822
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 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pow 5364  ax-pr 5428  ax-un 7725  ax-cnex 11166  ax-resscn 11167  ax-1cn 11168  ax-icn 11169  ax-addcl 11170  ax-addrcl 11171  ax-mulcl 11172  ax-mulrcl 11173  ax-mulcom 11174  ax-addass 11175  ax-mulass 11176  ax-distr 11177  ax-i2m1 11178  ax-1ne0 11179  ax-1rid 11180  ax-rnegex 11181  ax-rrecex 11182  ax-cnre 11183  ax-pre-lttri 11184  ax-pre-lttrn 11185  ax-pre-ltadd 11186  ax-pre-mulgt0 11187
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3779  df-csb 3895  df-dif 3952  df-un 3954  df-in 3956  df-ss 3966  df-pss 3968  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-op 4636  df-uni 4910  df-iun 5000  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-tr 5267  df-id 5575  df-eprel 5581  df-po 5589  df-so 5590  df-fr 5632  df-we 5634  df-xp 5683  df-rel 5684  df-cnv 5685  df-co 5686  df-dm 5687  df-rn 5688  df-res 5689  df-ima 5690  df-pred 6301  df-ord 6368  df-on 6369  df-lim 6370  df-suc 6371  df-iota 6496  df-fun 6546  df-fn 6547  df-f 6548  df-f1 6549  df-fo 6550  df-f1o 6551  df-fv 6552  df-riota 7365  df-ov 7412  df-oprab 7413  df-mpo 7414  df-om 7856  df-2nd 7976  df-frecs 8266  df-wrecs 8297  df-recs 8371  df-rdg 8410  df-er 8703  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-pnf 11250  df-mnf 11251  df-xr 11252  df-ltxr 11253  df-le 11254  df-sub 11446  df-neg 11447  df-nn 12213  df-n0 12473  df-z 12559  df-uz 12823
This theorem is referenced by:  uzwo2  12896  nnwo  12897  infssuzle  12915  infssuzcl  12916  infdesc  41385  uzwo4  43740
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