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Theorem uzwo 11251
Description: Well-ordering principle: any nonempty subset of an upper set of integers has the least element. (Contributed by NM, 8-Oct-2005.)
Assertion
Ref Expression
uzwo  |-  ( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  S  =/=  (/) )  ->  E. j  e.  S  A. k  e.  S  j  <_  k )
Distinct variable group:    j, k, S
Allowed substitution hints:    M( j, k)

Proof of Theorem uzwo
Dummy variables  t  h  n  m are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 breq1 4419 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( h  =  M  ->  (
h  <_  t  <->  M  <_  t ) )
21ralbidv 2839 . . . . . . . . . . 11  |-  ( h  =  M  ->  ( A. t  e.  S  h  <_  t  <->  A. t  e.  S  M  <_  t ) )
32imbi2d 322 . . . . . . . . . 10  |-  ( h  =  M  ->  (
( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t
)  ->  A. t  e.  S  h  <_  t )  <->  ( ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  A. t  e.  S  M  <_  t ) ) )
4 breq1 4419 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( h  =  m  ->  (
h  <_  t  <->  m  <_  t ) )
54ralbidv 2839 . . . . . . . . . . 11  |-  ( h  =  m  ->  ( A. t  e.  S  h  <_  t  <->  A. t  e.  S  m  <_  t ) )
65imbi2d 322 . . . . . . . . . 10  |-  ( h  =  m  ->  (
( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t
)  ->  A. t  e.  S  h  <_  t )  <->  ( ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  A. t  e.  S  m  <_  t ) ) )
7 breq1 4419 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( h  =  ( m  + 
1 )  ->  (
h  <_  t  <->  ( m  +  1 )  <_ 
t ) )
87ralbidv 2839 . . . . . . . . . . 11  |-  ( h  =  ( m  + 
1 )  ->  ( A. t  e.  S  h  <_  t  <->  A. t  e.  S  ( m  +  1 )  <_ 
t ) )
98imbi2d 322 . . . . . . . . . 10  |-  ( h  =  ( m  + 
1 )  ->  (
( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t
)  ->  A. t  e.  S  h  <_  t )  <->  ( ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  A. t  e.  S  ( m  +  1 )  <_ 
t ) ) )
10 breq1 4419 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( h  =  n  ->  (
h  <_  t  <->  n  <_  t ) )
1110ralbidv 2839 . . . . . . . . . . 11  |-  ( h  =  n  ->  ( A. t  e.  S  h  <_  t  <->  A. t  e.  S  n  <_  t ) )
1211imbi2d 322 . . . . . . . . . 10  |-  ( h  =  n  ->  (
( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t
)  ->  A. t  e.  S  h  <_  t )  <->  ( ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  A. t  e.  S  n  <_  t ) ) )
13 ssel 3438 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( t  e.  S  ->  t  e.  ( ZZ>= `  M )
) )
14 eluzle 11200 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( t  e.  ( ZZ>= `  M
)  ->  M  <_  t )
1513, 14syl6 34 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( t  e.  S  ->  M  <_ 
t ) )
1615ralrimiv 2812 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  ->  A. t  e.  S  M  <_  t )
1716adantr 471 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  A. t  e.  S  M  <_  t )
1817a1i 11 . . . . . . . . . 10  |-  ( M  e.  ZZ  ->  (
( S  C_  ( ZZ>=
`  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  A. t  e.  S  M  <_  t ) )
19 uzssz 11207 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ZZ>= `  M )  C_  ZZ
20 sstr 3452 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  ( ZZ>=
`  M )  C_  ZZ )  ->  S  C_  ZZ )
2119, 20mpan2 682 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  ->  S  C_  ZZ )
22 eluzelz 11197 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( m  e.  ( ZZ>= `  M
)  ->  m  e.  ZZ )
23 breq1 4419 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( j  =  m  ->  (
j  <_  t  <->  m  <_  t ) )
2423ralbidv 2839 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( j  =  m  ->  ( A. t  e.  S  j  <_  t  <->  A. t  e.  S  m  <_  t ) )
2524rspcev 3162 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( m  e.  S  /\  A. t  e.  S  m  <_  t )  ->  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )
2625expcom 441 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( A. t  e.  S  m  <_  t  ->  ( m  e.  S  ->  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t ) )
2726con3rr3 143 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( -. 
E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t  ->  ( A. t  e.  S  m  <_  t  ->  -.  m  e.  S )
)
28 ssel2 3439 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26  |-  ( ( S  C_  ZZ  /\  t  e.  S )  ->  t  e.  ZZ )
29 zre 10970 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28  |-  ( m  e.  ZZ  ->  m  e.  RR )
30 zre 10970 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28  |-  ( t  e.  ZZ  ->  t  e.  RR )
31 letri3 9745 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28  |-  ( ( m  e.  RR  /\  t  e.  RR )  ->  ( m  =  t  <-> 
( m  <_  t  /\  t  <_  m ) ) )
3229, 30, 31syl2an 484 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  t  e.  ZZ )  ->  ( m  =  t  <-> 
( m  <_  t  /\  t  <_  m ) ) )
33 zleltp1 11016 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30  |-  ( ( t  e.  ZZ  /\  m  e.  ZZ )  ->  ( t  <_  m  <->  t  <  ( m  + 
1 ) ) )
34 peano2re 9832 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32  |-  ( m  e.  RR  ->  (
m  +  1 )  e.  RR )
3529, 34syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31  |-  ( m  e.  ZZ  ->  (
m  +  1 )  e.  RR )
36 ltnle 9739 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31  |-  ( ( t  e.  RR  /\  ( m  +  1
)  e.  RR )  ->  ( t  < 
( m  +  1 )  <->  -.  ( m  +  1 )  <_ 
t ) )
3730, 35, 36syl2an 484 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30  |-  ( ( t  e.  ZZ  /\  m  e.  ZZ )  ->  ( t  <  (
m  +  1 )  <->  -.  ( m  +  1 )  <_  t )
)
3833, 37bitrd 261 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29  |-  ( ( t  e.  ZZ  /\  m  e.  ZZ )  ->  ( t  <_  m  <->  -.  ( m  +  1 )  <_  t )
)
3938ancoms 459 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  t  e.  ZZ )  ->  ( t  <_  m  <->  -.  ( m  +  1 )  <_  t )
)
4039anbi2d 715 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  t  e.  ZZ )  ->  ( ( m  <_ 
t  /\  t  <_  m )  <->  ( m  <_ 
t  /\  -.  (
m  +  1 )  <_  t ) ) )
4132, 40bitrd 261 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  t  e.  ZZ )  ->  ( m  =  t  <-> 
( m  <_  t  /\  -.  ( m  + 
1 )  <_  t
) ) )
4228, 41sylan2 481 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  ( S  C_  ZZ  /\  t  e.  S )
)  ->  ( m  =  t  <->  ( m  <_ 
t  /\  -.  (
m  +  1 )  <_  t ) ) )
43 eleq1a 2535 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26  |-  ( t  e.  S  ->  (
m  =  t  ->  m  e.  S )
)
4443ad2antll 740 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  ( S  C_  ZZ  /\  t  e.  S )
)  ->  ( m  =  t  ->  m  e.  S ) )
4542, 44sylbird 243 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  ( S  C_  ZZ  /\  t  e.  S )
)  ->  ( (
m  <_  t  /\  -.  ( m  +  1 )  <_  t )  ->  m  e.  S ) )
4645expd 442 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  ( S  C_  ZZ  /\  t  e.  S )
)  ->  ( m  <_  t  ->  ( -.  ( m  +  1
)  <_  t  ->  m  e.  S ) ) )
47 con1 133 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( ( -.  ( m  + 
1 )  <_  t  ->  m  e.  S )  ->  ( -.  m  e.  S  ->  ( m  +  1 )  <_ 
t ) )
4846, 47syl6 34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  ( S  C_  ZZ  /\  t  e.  S )
)  ->  ( m  <_  t  ->  ( -.  m  e.  S  ->  ( m  +  1 )  <_  t ) ) )
4948com23 81 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  ( S  C_  ZZ  /\  t  e.  S )
)  ->  ( -.  m  e.  S  ->  ( m  <_  t  ->  ( m  +  1 )  <_  t ) ) )
5049exp32 614 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( m  e.  ZZ  ->  ( S  C_  ZZ  ->  (
t  e.  S  -> 
( -.  m  e.  S  ->  ( m  <_  t  ->  ( m  +  1 )  <_ 
t ) ) ) ) )
5150com34 86 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( m  e.  ZZ  ->  ( S  C_  ZZ  ->  ( -.  m  e.  S  ->  ( t  e.  S  ->  ( m  <_  t  ->  ( m  +  1 )  <_  t )
) ) ) )
5251imp41 602 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( ( ( m  e.  ZZ  /\  S  C_  ZZ )  /\  -.  m  e.  S )  /\  t  e.  S )  ->  (
m  <_  t  ->  ( m  +  1 )  <_  t ) )
5352ralimdva 2808 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( ( m  e.  ZZ  /\  S  C_  ZZ )  /\  -.  m  e.  S
)  ->  ( A. t  e.  S  m  <_  t  ->  A. t  e.  S  ( m  +  1 )  <_ 
t ) )
5453ex 440 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( m  e.  ZZ  /\  S  C_  ZZ )  -> 
( -.  m  e.  S  ->  ( A. t  e.  S  m  <_  t  ->  A. t  e.  S  ( m  +  1 )  <_ 
t ) ) )
5527, 54sylan9r 668 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( m  e.  ZZ  /\  S  C_  ZZ )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t
)  ->  ( A. t  e.  S  m  <_  t  ->  ( A. t  e.  S  m  <_  t  ->  A. t  e.  S  ( m  +  1 )  <_ 
t ) ) )
5655pm2.43d 50 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( m  e.  ZZ  /\  S  C_  ZZ )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t
)  ->  ( A. t  e.  S  m  <_  t  ->  A. t  e.  S  ( m  +  1 )  <_ 
t ) )
5756expl 628 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( m  e.  ZZ  ->  (
( S  C_  ZZ  /\ 
-.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  -> 
( A. t  e.  S  m  <_  t  ->  A. t  e.  S  ( m  +  1
)  <_  t )
) )
5822, 57syl 17 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( m  e.  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( ( S  C_  ZZ  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  ( A. t  e.  S  m  <_  t  ->  A. t  e.  S  ( m  +  1 )  <_ 
t ) ) )
5921, 58sylani 664 . . . . . . . . . . 11  |-  ( m  e.  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( ( S  C_  ( ZZ>= `  M
)  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  ( A. t  e.  S  m  <_  t  ->  A. t  e.  S  ( m  +  1 )  <_ 
t ) ) )
6059a2d 29 . . . . . . . . . 10  |-  ( m  e.  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( (
( S  C_  ( ZZ>=
`  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  A. t  e.  S  m  <_  t )  -> 
( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t
)  ->  A. t  e.  S  ( m  +  1 )  <_ 
t ) ) )
613, 6, 9, 12, 18, 60uzind4 11246 . . . . . . . . 9  |-  ( n  e.  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( ( S  C_  ( ZZ>= `  M
)  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  A. t  e.  S  n  <_  t ) )
62 breq1 4419 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( j  =  n  ->  (
j  <_  t  <->  n  <_  t ) )
6362ralbidv 2839 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( j  =  n  ->  ( A. t  e.  S  j  <_  t  <->  A. t  e.  S  n  <_  t ) )
6463rspcev 3162 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( n  e.  S  /\  A. t  e.  S  n  <_  t )  ->  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )
6564expcom 441 . . . . . . . . . . 11  |-  ( A. t  e.  S  n  <_  t  ->  ( n  e.  S  ->  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t ) )
6665con3rr3 143 . . . . . . . . . 10  |-  ( -. 
E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t  ->  ( A. t  e.  S  n  <_  t  ->  -.  n  e.  S )
)
6766adantl 472 . . . . . . . . 9  |-  ( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  ( A. t  e.  S  n  <_  t  ->  -.  n  e.  S )
)
6861, 67sylcom 30 . . . . . . . 8  |-  ( n  e.  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( ( S  C_  ( ZZ>= `  M
)  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  -.  n  e.  S ) )
69 ssel 3438 . . . . . . . . . 10  |-  ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( n  e.  S  ->  n  e.  ( ZZ>= `  M )
) )
7069con3rr3 143 . . . . . . . . 9  |-  ( -.  n  e.  ( ZZ>= `  M )  ->  ( S  C_  ( ZZ>= `  M
)  ->  -.  n  e.  S ) )
7170adantrd 474 . . . . . . . 8  |-  ( -.  n  e.  ( ZZ>= `  M )  ->  (
( S  C_  ( ZZ>=
`  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  -.  n  e.  S
) )
7268, 71pm2.61i 169 . . . . . . 7  |-  ( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )  ->  -.  n  e.  S )
7372ex 440 . . . . . 6  |-  ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t  ->  -.  n  e.  S ) )
7473alrimdv 1786 . . . . 5  |-  ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t  ->  A. n  -.  n  e.  S
) )
75 eq0 3759 . . . . 5  |-  ( S  =  (/)  <->  A. n  -.  n  e.  S )
7674, 75syl6ibr 235 . . . 4  |-  ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( -.  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t  ->  S  =  (/) ) )
7776necon1ad 2653 . . 3  |-  ( S 
C_  ( ZZ>= `  M
)  ->  ( S  =/=  (/)  ->  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t ) )
7877imp 435 . 2  |-  ( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  S  =/=  (/) )  ->  E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t )
79 breq2 4420 . . . 4  |-  ( t  =  k  ->  (
j  <_  t  <->  j  <_  k ) )
8079cbvralv 3031 . . 3  |-  ( A. t  e.  S  j  <_  t  <->  A. k  e.  S  j  <_  k )
8180rexbii 2901 . 2  |-  ( E. j  e.  S  A. t  e.  S  j  <_  t  <->  E. j  e.  S  A. k  e.  S  j  <_  k )
8278, 81sylib 201 1  |-  ( ( S  C_  ( ZZ>= `  M )  /\  S  =/=  (/) )  ->  E. j  e.  S  A. k  e.  S  j  <_  k )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 189    /\ wa 375   A.wal 1453    = wceq 1455    e. wcel 1898    =/= wne 2633   A.wral 2749   E.wrex 2750    C_ wss 3416   (/)c0 3743   class class class wbr 4416   ` cfv 5601  (class class class)co 6315   RRcr 9564   1c1 9566    + caddc 9568    < clt 9701    <_ cle 9702   ZZcz 10966   ZZ>=cuz 11188
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1680  ax-4 1693  ax-5 1769  ax-6 1816  ax-7 1862  ax-8 1900  ax-9 1907  ax-10 1926  ax-11 1931  ax-12 1944  ax-13 2102  ax-ext 2442  ax-sep 4539  ax-nul 4548  ax-pow 4595  ax-pr 4653  ax-un 6610  ax-cnex 9621  ax-resscn 9622  ax-1cn 9623  ax-icn 9624  ax-addcl 9625  ax-addrcl 9626  ax-mulcl 9627  ax-mulrcl 9628  ax-mulcom 9629  ax-addass 9630  ax-mulass 9631  ax-distr 9632  ax-i2m1 9633  ax-1ne0 9634  ax-1rid 9635  ax-rnegex 9636  ax-rrecex 9637  ax-cnre 9638  ax-pre-lttri 9639  ax-pre-lttrn 9640  ax-pre-ltadd 9641  ax-pre-mulgt0 9642
This theorem depends on definitions:  df-bi 190  df-or 376  df-an 377  df-3or 992  df-3an 993  df-tru 1458  df-ex 1675  df-nf 1679  df-sb 1809  df-eu 2314  df-mo 2315  df-clab 2449  df-cleq 2455  df-clel 2458  df-nfc 2592  df-ne 2635  df-nel 2636  df-ral 2754  df-rex 2755  df-reu 2756  df-rab 2758  df-v 3059  df-sbc 3280  df-csb 3376  df-dif 3419  df-un 3421  df-in 3423  df-ss 3430  df-pss 3432  df-nul 3744  df-if 3894  df-pw 3965  df-sn 3981  df-pr 3983  df-tp 3985  df-op 3987  df-uni 4213  df-iun 4294  df-br 4417  df-opab 4476  df-mpt 4477  df-tr 4512  df-eprel 4764  df-id 4768  df-po 4774  df-so 4775  df-fr 4812  df-we 4814  df-xp 4859  df-rel 4860  df-cnv 4861  df-co 4862  df-dm 4863  df-rn 4864  df-res 4865  df-ima 4866  df-pred 5399  df-ord 5445  df-on 5446  df-lim 5447  df-suc 5448  df-iota 5565  df-fun 5603  df-fn 5604  df-f 5605  df-f1 5606  df-fo 5607  df-f1o 5608  df-fv 5609  df-riota 6277  df-ov 6318  df-oprab 6319  df-mpt2 6320  df-om 6720  df-wrecs 7054  df-recs 7116  df-rdg 7154  df-er 7389  df-en 7596  df-dom 7597  df-sdom 7598  df-pnf 9703  df-mnf 9704  df-xr 9705  df-ltxr 9706  df-le 9707  df-sub 9888  df-neg 9889  df-nn 10638  df-n0 10899  df-z 10967  df-uz 11189
This theorem is referenced by:  uzwo2  11252  nnwo  11253  infssuzle  11273  infssuzcl  11274  infmssuzleOLD  11275  infmssuzclOLD  11276  uzwo4  37430
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