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Theorem addcuts

Description: Demonstrate the cut properties of surreal addition. This gives us closure together with a pair of set-less-than relationships for surreal addition. (Contributed by Scott Fenton, 21-Jan-2025)

Ref Expression
Hypotheses addcuts.1 ⊢ φ → X ∈ No
addcuts.2 ⊢ φ → Y ∈ No
Assertion addcuts ⊢ φ → X + s Y ∈ No ∧ p | ∃ l ∈ L ⁡ X p = l + s Y ∪ q | ∃ m ∈ L ⁡ Y q = X + s m ≪ s X + s Y ∧ X + s Y ≪ s w | ∃ r ∈ R ⁡ X w = r + s Y ∪ t | ∃ s ∈ R ⁡ Y t = X + s s

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 addcuts.1 ⊢ φ → X ∈ No
2 addcuts.2 ⊢ φ → Y ∈ No
3 1 2 addcutslem ⊢ φ → X + s Y ∈ No ∧ a | ∃ b ∈ L ⁡ X a = b + s Y ∪ c | ∃ d ∈ L ⁡ Y c = X + s d ≪ s X + s Y ∧ X + s Y ≪ s e | ∃ f ∈ R ⁡ X e = f + s Y ∪ g | ∃ h ∈ R ⁡ Y g = X + s h
4 biid ⊢ X + s Y ∈ No ↔ X + s Y ∈ No
5 oveq1 ⊢ l = b → l + s Y = b + s Y
6 5 eqeq2d ⊢ l = b → p = l + s Y ↔ p = b + s Y
7 6 cbvrexvw ⊢ ∃ l ∈ L ⁡ X p = l + s Y ↔ ∃ b ∈ L ⁡ X p = b + s Y
8 eqeq1 ⊢ p = a → p = b + s Y ↔ a = b + s Y
9 8 rexbidv ⊢ p = a → ∃ b ∈ L ⁡ X p = b + s Y ↔ ∃ b ∈ L ⁡ X a = b + s Y
10 7 9 bitrid ⊢ p = a → ∃ l ∈ L ⁡ X p = l + s Y ↔ ∃ b ∈ L ⁡ X a = b + s Y
11 10 cbvabv ⊢ p | ∃ l ∈ L ⁡ X p = l + s Y = a | ∃ b ∈ L ⁡ X a = b + s Y
12 oveq2 ⊢ m = d → X + s m = X + s d
13 12 eqeq2d ⊢ m = d → q = X + s m ↔ q = X + s d
14 13 cbvrexvw ⊢ ∃ m ∈ L ⁡ Y q = X + s m ↔ ∃ d ∈ L ⁡ Y q = X + s d
15 eqeq1 ⊢ q = c → q = X + s d ↔ c = X + s d
16 15 rexbidv ⊢ q = c → ∃ d ∈ L ⁡ Y q = X + s d ↔ ∃ d ∈ L ⁡ Y c = X + s d
17 14 16 bitrid ⊢ q = c → ∃ m ∈ L ⁡ Y q = X + s m ↔ ∃ d ∈ L ⁡ Y c = X + s d
18 17 cbvabv ⊢ q | ∃ m ∈ L ⁡ Y q = X + s m = c | ∃ d ∈ L ⁡ Y c = X + s d
19 11 18 uneq12i ⊢ p | ∃ l ∈ L ⁡ X p = l + s Y ∪ q | ∃ m ∈ L ⁡ Y q = X + s m = a | ∃ b ∈ L ⁡ X a = b + s Y ∪ c | ∃ d ∈ L ⁡ Y c = X + s d
20 19 breq1i ⊢ p | ∃ l ∈ L ⁡ X p = l + s Y ∪ q | ∃ m ∈ L ⁡ Y q = X + s m ≪ s X + s Y ↔ a | ∃ b ∈ L ⁡ X a = b + s Y ∪ c | ∃ d ∈ L ⁡ Y c = X + s d ≪ s X + s Y
21 oveq1 ⊢ r = f → r + s Y = f + s Y
22 21 eqeq2d ⊢ r = f → w = r + s Y ↔ w = f + s Y
23 22 cbvrexvw ⊢ ∃ r ∈ R ⁡ X w = r + s Y ↔ ∃ f ∈ R ⁡ X w = f + s Y
24 eqeq1 ⊢ w = e → w = f + s Y ↔ e = f + s Y
25 24 rexbidv ⊢ w = e → ∃ f ∈ R ⁡ X w = f + s Y ↔ ∃ f ∈ R ⁡ X e = f + s Y
26 23 25 bitrid ⊢ w = e → ∃ r ∈ R ⁡ X w = r + s Y ↔ ∃ f ∈ R ⁡ X e = f + s Y
27 26 cbvabv ⊢ w | ∃ r ∈ R ⁡ X w = r + s Y = e | ∃ f ∈ R ⁡ X e = f + s Y
28 oveq2 ⊢ s = h → X + s s = X + s h
29 28 eqeq2d ⊢ s = h → t = X + s s ↔ t = X + s h
30 29 cbvrexvw ⊢ ∃ s ∈ R ⁡ Y t = X + s s ↔ ∃ h ∈ R ⁡ Y t = X + s h
31 eqeq1 ⊢ t = g → t = X + s h ↔ g = X + s h
32 31 rexbidv ⊢ t = g → ∃ h ∈ R ⁡ Y t = X + s h ↔ ∃ h ∈ R ⁡ Y g = X + s h
33 30 32 bitrid ⊢ t = g → ∃ s ∈ R ⁡ Y t = X + s s ↔ ∃ h ∈ R ⁡ Y g = X + s h
34 33 cbvabv ⊢ t | ∃ s ∈ R ⁡ Y t = X + s s = g | ∃ h ∈ R ⁡ Y g = X + s h
35 27 34 uneq12i ⊢ w | ∃ r ∈ R ⁡ X w = r + s Y ∪ t | ∃ s ∈ R ⁡ Y t = X + s s = e | ∃ f ∈ R ⁡ X e = f + s Y ∪ g | ∃ h ∈ R ⁡ Y g = X + s h
36 35 breq2i ⊢ X + s Y ≪ s w | ∃ r ∈ R ⁡ X w = r + s Y ∪ t | ∃ s ∈ R ⁡ Y t = X + s s ↔ X + s Y ≪ s e | ∃ f ∈ R ⁡ X e = f + s Y ∪ g | ∃ h ∈ R ⁡ Y g = X + s h
37 4 20 36 3anbi123i ⊢ X + s Y ∈ No ∧ p | ∃ l ∈ L ⁡ X p = l + s Y ∪ q | ∃ m ∈ L ⁡ Y q = X + s m ≪ s X + s Y ∧ X + s Y ≪ s w | ∃ r ∈ R ⁡ X w = r + s Y ∪ t | ∃ s ∈ R ⁡ Y t = X + s s ↔ X + s Y ∈ No ∧ a | ∃ b ∈ L ⁡ X a = b + s Y ∪ c | ∃ d ∈ L ⁡ Y c = X + s d ≪ s X + s Y ∧ X + s Y ≪ s e | ∃ f ∈ R ⁡ X e = f + s Y ∪ g | ∃ h ∈ R ⁡ Y g = X + s h
38 3 37 sylibr ⊢ φ → X + s Y ∈ No ∧ p | ∃ l ∈ L ⁡ X p = l + s Y ∪ q | ∃ m ∈ L ⁡ Y q = X + s m ≪ s X + s Y ∧ X + s Y ≪ s w | ∃ r ∈ R ⁡ X w = r + s Y ∪ t | ∃ s ∈ R ⁡ Y t = X + s s