Metamath Proof Explorer


Theorem axlowdim2

Description: The lower two-dimensional axiom. In any space where the dimension is greater than one, there are three non-colinear points. Axiom A8 of Schwabhauser p. 12. (Contributed by Scott Fenton, 15-Apr-2013)

Ref Expression
Assertion axlowdim2 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 2 → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ y ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ z ∈ 𝔼 ⁡ N ¬ x Btwn y z ∨ y Btwn z x ∨ z Btwn x y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
2 1 1 axlowdimlem5 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 2 → 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N
3 1re ⊢ 1 ∈ ℝ
4 3 1 axlowdimlem5 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 2 → 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N
5 1 3 axlowdimlem5 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 2 → 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N
6 eqid ⊢ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0
7 eqid ⊢ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
8 eqid ⊢ 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 = 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0
9 6 7 8 axlowdimlem6 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 2 → ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
10 opeq2 ⊢ z = 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 → 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0
11 10 breq2d ⊢ z = 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 → 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z ↔ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0
12 opeq1 ⊢ z = 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 → z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 = 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0
13 12 breq2d ⊢ z = 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 → 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ↔ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0
14 breq1 ⊢ z = 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 → z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 ↔ 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
15 11 13 14 3orbi123d ⊢ z = 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 → 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 ↔ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
16 15 notbid ⊢ z = 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 → ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 ↔ ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
17 16 rspcev ⊢ 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ 1 0 2 1 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 → ∃ z ∈ 𝔼 ⁡ N ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
18 5 9 17 syl2anc ⊢ N ∈ ℤ ≥ 2 → ∃ z ∈ 𝔼 ⁡ N ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
19 breq1 ⊢ x = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 → x Btwn y z ↔ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn y z
20 opeq2 ⊢ x = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 → z x = z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0
21 20 breq2d ⊢ x = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 → y Btwn z x ↔ y Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0
22 opeq1 ⊢ x = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 → x y = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 y
23 22 breq2d ⊢ x = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 → z Btwn x y ↔ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 y
24 19 21 23 3orbi123d ⊢ x = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 → x Btwn y z ∨ y Btwn z x ∨ z Btwn x y ↔ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn y z ∨ y Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 y
25 24 notbid ⊢ x = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 → ¬ x Btwn y z ∨ y Btwn z x ∨ z Btwn x y ↔ ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn y z ∨ y Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 y
26 25 rexbidv ⊢ x = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 → ∃ z ∈ 𝔼 ⁡ N ¬ x Btwn y z ∨ y Btwn z x ∨ z Btwn x y ↔ ∃ z ∈ 𝔼 ⁡ N ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn y z ∨ y Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 y
27 opeq1 ⊢ y = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 → y z = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z
28 27 breq2d ⊢ y = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 → 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn y z ↔ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z
29 breq1 ⊢ y = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 → y Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ↔ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0
30 opeq2 ⊢ y = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 → 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 y = 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
31 30 breq2d ⊢ y = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 → z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 y ↔ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
32 28 29 31 3orbi123d ⊢ y = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 → 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn y z ∨ y Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 y ↔ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
33 32 notbid ⊢ y = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 → ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn y z ∨ y Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 y ↔ ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
34 33 rexbidv ⊢ y = 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 → ∃ z ∈ 𝔼 ⁡ N ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn y z ∨ y Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 y ↔ ∃ z ∈ 𝔼 ⁡ N ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0
35 26 34 rspc2ev ⊢ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ ∃ z ∈ 𝔼 ⁡ N ¬ 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 z ∨ 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 Btwn z 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 ∨ z Btwn 1 0 2 0 ∪ 3 … N × 0 1 1 2 0 ∪ 3 … N × 0 → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ y ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ z ∈ 𝔼 ⁡ N ¬ x Btwn y z ∨ y Btwn z x ∨ z Btwn x y
36 2 4 18 35 syl3anc ⊢ N ∈ ℤ ≥ 2 → ∃ x ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ y ∈ 𝔼 ⁡ N ∃ z ∈ 𝔼 ⁡ N ¬ x Btwn y z ∨ y Btwn z x ∨ z Btwn x y