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Theorem uzwo4 38246
 Description: Well-ordering principle: any nonempty subset of an upper set of integers has the least element. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
uzwo4.1 𝑗𝜓
uzwo4.2 (𝑗 = 𝑘 → (𝜑𝜓))
Assertion
Ref Expression
uzwo4 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑀   𝑆,𝑗,𝑘   𝜑,𝑘
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑗)   𝜓(𝑗,𝑘)   𝑀(𝑗)

Proof of Theorem uzwo4
Dummy variable 𝑖 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ssrab2 3650 . . . . . 6 {𝑗𝑆𝜑} ⊆ 𝑆
21a1i 11 . . . . 5 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → {𝑗𝑆𝜑} ⊆ 𝑆)
3 id 22 . . . . 5 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → 𝑆 ⊆ (ℤ𝑀))
42, 3sstrd 3578 . . . 4 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → {𝑗𝑆𝜑} ⊆ (ℤ𝑀))
54adantr 480 . . 3 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → {𝑗𝑆𝜑} ⊆ (ℤ𝑀))
6 rabn0 3912 . . . . . 6 ({𝑗𝑆𝜑} ≠ ∅ ↔ ∃𝑗𝑆 𝜑)
76bicomi 213 . . . . 5 (∃𝑗𝑆 𝜑 ↔ {𝑗𝑆𝜑} ≠ ∅)
87biimpi 205 . . . 4 (∃𝑗𝑆 𝜑 → {𝑗𝑆𝜑} ≠ ∅)
98adantl 481 . . 3 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → {𝑗𝑆𝜑} ≠ ∅)
10 uzwo 11627 . . 3 (({𝑗𝑆𝜑} ⊆ (ℤ𝑀) ∧ {𝑗𝑆𝜑} ≠ ∅) → ∃𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘)
115, 9, 10syl2anc 691 . 2 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → ∃𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘)
121sseli 3564 . . . . . . . 8 (𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} → 𝑖𝑆)
1312adantr 480 . . . . . . 7 ((𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → 𝑖𝑆)
14133adant1 1072 . . . . . 6 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → 𝑖𝑆)
15 nfcv 2751 . . . . . . . . . . . 12 𝑗𝑖
16 nfcv 2751 . . . . . . . . . . . 12 𝑗𝑆
1715nfsbc1 3421 . . . . . . . . . . . 12 𝑗[𝑖 / 𝑗]𝜑
18 sbceq1a 3413 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 = 𝑖 → (𝜑[𝑖 / 𝑗]𝜑))
1915, 16, 17, 18elrabf 3329 . . . . . . . . . . 11 (𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ↔ (𝑖𝑆[𝑖 / 𝑗]𝜑))
2019biimpi 205 . . . . . . . . . 10 (𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} → (𝑖𝑆[𝑖 / 𝑗]𝜑))
2120simprd 478 . . . . . . . . 9 (𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} → [𝑖 / 𝑗]𝜑)
2221adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → [𝑖 / 𝑗]𝜑)
23223adant1 1072 . . . . . . 7 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → [𝑖 / 𝑗]𝜑)
24 nfv 1830 . . . . . . . . 9 𝑘 𝑆 ⊆ (ℤ𝑀)
25 nfv 1830 . . . . . . . . 9 𝑘 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}
26 nfra1 2925 . . . . . . . . 9 𝑘𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘
2724, 25, 26nf3an 1819 . . . . . . . 8 𝑘(𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘)
28 simpl13 1131 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) ∧ 𝜓) → ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘)
29 simpl2 1058 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) ∧ 𝜓) → 𝑘𝑆)
30 simpr 476 . . . . . . . . . . 11 ((((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) ∧ 𝜓) → 𝜓)
31 simpll 786 . . . . . . . . . . . 12 (((∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘𝑘𝑆) ∧ 𝜓) → ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘)
32 id 22 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑘𝑆𝜓) → (𝑘𝑆𝜓))
33 nfcv 2751 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑗𝑘
34 uzwo4.1 . . . . . . . . . . . . . . 15 𝑗𝜓
35 uzwo4.2 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 = 𝑘 → (𝜑𝜓))
3633, 16, 34, 35elrabf 3329 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ↔ (𝑘𝑆𝜓))
3732, 36sylibr 223 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑘𝑆𝜓) → 𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑})
3837adantll 746 . . . . . . . . . . . 12 (((∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘𝑘𝑆) ∧ 𝜓) → 𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑})
39 rspa 2914 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}) → 𝑖𝑘)
4031, 38, 39syl2anc 691 . . . . . . . . . . 11 (((∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘𝑘𝑆) ∧ 𝜓) → 𝑖𝑘)
4128, 29, 30, 40syl21anc 1317 . . . . . . . . . 10 ((((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) ∧ 𝜓) → 𝑖𝑘)
424sselda 3568 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}) → 𝑖 ∈ (ℤ𝑀))
43 eluzelz 11573 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑖 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑖 ∈ ℤ)
4442, 43syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}) → 𝑖 ∈ ℤ)
4544zred 11358 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}) → 𝑖 ∈ ℝ)
46453adant3 1074 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → 𝑖 ∈ ℝ)
47463ad2ant1 1075 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) → 𝑖 ∈ ℝ)
48 ssel2 3563 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑘𝑆) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑀))
49 eluzelz 11573 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑘 ∈ ℤ)
5048, 49syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑘𝑆) → 𝑘 ∈ ℤ)
5150zred 11358 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑘𝑆) → 𝑘 ∈ ℝ)
52513ad2antl1 1216 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆) → 𝑘 ∈ ℝ)
53523adant3 1074 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) → 𝑘 ∈ ℝ)
54 simp3 1056 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) → 𝑘 < 𝑖)
55 simp3 1056 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑘 < 𝑖) → 𝑘 < 𝑖)
56 simp2 1055 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑘 < 𝑖) → 𝑘 ∈ ℝ)
57 simp1 1054 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑘 < 𝑖) → 𝑖 ∈ ℝ)
5856, 57ltnled 10063 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑘 < 𝑖) → (𝑘 < 𝑖 ↔ ¬ 𝑖𝑘))
5955, 58mpbid 221 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑖 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑘 < 𝑖) → ¬ 𝑖𝑘)
6047, 53, 54, 59syl3anc 1318 . . . . . . . . . . 11 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) → ¬ 𝑖𝑘)
6160adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) ∧ 𝜓) → ¬ 𝑖𝑘)
6241, 61pm2.65da 598 . . . . . . . . 9 (((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) ∧ 𝑘𝑆𝑘 < 𝑖) → ¬ 𝜓)
63623exp 1256 . . . . . . . 8 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → (𝑘𝑆 → (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)))
6427, 63ralrimi 2940 . . . . . . 7 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓))
6523, 64jca 553 . . . . . 6 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → ([𝑖 / 𝑗]𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)))
66 nfv 1830 . . . . . . . . . 10 𝑗 𝑘 < 𝑖
6734nfn 1768 . . . . . . . . . 10 𝑗 ¬ 𝜓
6866, 67nfim 1813 . . . . . . . . 9 𝑗(𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)
6916, 68nfral 2929 . . . . . . . 8 𝑗𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)
7017, 69nfan 1816 . . . . . . 7 𝑗([𝑖 / 𝑗]𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓))
71 breq2 4587 . . . . . . . . . 10 (𝑗 = 𝑖 → (𝑘 < 𝑗𝑘 < 𝑖))
7271imbi1d 330 . . . . . . . . 9 (𝑗 = 𝑖 → ((𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓) ↔ (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)))
7372ralbidv 2969 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑖 → (∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓) ↔ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓)))
7418, 73anbi12d 743 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑖 → ((𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)) ↔ ([𝑖 / 𝑗]𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓))))
7570, 74rspce 3277 . . . . . 6 ((𝑖𝑆 ∧ ([𝑖 / 𝑗]𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑖 → ¬ 𝜓))) → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)))
7614, 65, 75syl2anc 691 . . . . 5 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ 𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} ∧ ∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘) → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)))
77763exp 1256 . . . 4 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑} → (∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘 → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)))))
7877rexlimdv 3012 . . 3 (𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) → (∃𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘 → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓))))
7978adantr 480 . 2 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → (∃𝑖 ∈ {𝑗𝑆𝜑}∀𝑘 ∈ {𝑗𝑆𝜑}𝑖𝑘 → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓))))
8011, 79mpd 15 1 ((𝑆 ⊆ (ℤ𝑀) ∧ ∃𝑗𝑆 𝜑) → ∃𝑗𝑆 (𝜑 ∧ ∀𝑘𝑆 (𝑘 < 𝑗 → ¬ 𝜓)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 195   ∧ wa 383   ∧ w3a 1031   = wceq 1475  Ⅎwnf 1699   ∈ wcel 1977   ≠ wne 2780  ∀wral 2896  ∃wrex 2897  {crab 2900  [wsbc 3402   ⊆ wss 3540  ∅c0 3874   class class class wbr 4583  ‘cfv 5804  ℝcr 9814   < clt 9953   ≤ cle 9954  ℤcz 11254  ℤ≥cuz 11563 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-om 6958  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-er 7629  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-nn 10898  df-n0 11170  df-z 11255  df-uz 11564 This theorem is referenced by:  iundjiun  39353
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