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Theorem dedekindle

Description: The Dedekind cut theorem, with the hypothesis weakened to only require non-strict less than. (Contributed by Scott Fenton, 2-Jul-2013)

Ref Expression
Assertion dedekindle ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∃ z ∈ ℝ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simpr1 ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → A ⊆ ℝ
2 simpr2 ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → B ⊆ ℝ
3 simp1 ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ → A ∩ B = ∅
4 simpl ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B → x ∈ A
5 disjel ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ x ∈ A → ¬ x ∈ B
6 3 4 5 syl2an ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → ¬ x ∈ B
7 eleq1w ⊢ y = x → y ∈ B ↔ x ∈ B
8 7 biimpcd ⊢ y ∈ B → y = x → x ∈ B
9 8 necon3bd ⊢ y ∈ B → ¬ x ∈ B → y ≠ x
10 9 ad2antll ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → ¬ x ∈ B → y ≠ x
11 6 10 mpd ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → y ≠ x
12 simp2 ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ → A ⊆ ℝ
13 ssel2 ⊢ A ⊆ ℝ ∧ x ∈ A → x ∈ ℝ
14 12 4 13 syl2an ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → x ∈ ℝ
15 simp3 ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ → B ⊆ ℝ
16 simpr ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ B → y ∈ B
17 ssel2 ⊢ B ⊆ ℝ ∧ y ∈ B → y ∈ ℝ
18 15 16 17 syl2an ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → y ∈ ℝ
19 14 18 ltlend ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → x < y ↔ x ≤ y ∧ y ≠ x
20 19 biimprd ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → x ≤ y ∧ y ≠ x → x < y
21 11 20 mpan2d ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → x ≤ y → x < y
22 21 ralimdvva ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x < y
23 22 3exp ⊢ A ∩ B = ∅ → A ⊆ ℝ → B ⊆ ℝ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x < y
24 23 3imp2 ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x < y
25 dedekind ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x < y → ∃ z ∈ ℝ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y
26 1 2 24 25 syl3anc ⊢ A ∩ B = ∅ ∧ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∃ z ∈ ℝ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y
27 26 ex ⊢ A ∩ B = ∅ → A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∃ z ∈ ℝ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y
28 n0 ⊢ A ∩ B ≠ ∅ ↔ ∃ w w ∈ A ∩ B
29 simp1 ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → A ⊆ ℝ
30 elinel1 ⊢ w ∈ A ∩ B → w ∈ A
31 ssel2 ⊢ A ⊆ ℝ ∧ w ∈ A → w ∈ ℝ
32 29 30 31 syl2an ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B → w ∈ ℝ
33 nfv ⊢ Ⅎ x A ⊆ ℝ
34 nfv ⊢ Ⅎ x B ⊆ ℝ
35 nfra1 ⊢ Ⅎ x ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y
36 33 34 35 nf3an ⊢ Ⅎ x A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y
37 nfv ⊢ Ⅎ x w ∈ A ∩ B
38 36 37 nfan ⊢ Ⅎ x A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B
39 nfv ⊢ Ⅎ y A ⊆ ℝ
40 nfv ⊢ Ⅎ y B ⊆ ℝ
41 nfra2w ⊢ Ⅎ y ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y
42 39 40 41 nf3an ⊢ Ⅎ y A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y
43 nfv ⊢ Ⅎ y w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A
44 42 43 nfan ⊢ Ⅎ y A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A
45 rsp ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → x ∈ A → ∀ y ∈ B x ≤ y
46 elinel2 ⊢ w ∈ A ∩ B → w ∈ B
47 breq2 ⊢ y = w → x ≤ y ↔ x ≤ w
48 47 rspccv ⊢ ∀ y ∈ B x ≤ y → w ∈ B → x ≤ w
49 46 48 syl5 ⊢ ∀ y ∈ B x ≤ y → w ∈ A ∩ B → x ≤ w
50 45 49 syl6 ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → x ∈ A → w ∈ A ∩ B → x ≤ w
51 50 com23 ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → w ∈ A ∩ B → x ∈ A → x ≤ w
52 51 imp32 ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A → x ≤ w
53 52 3ad2antl3 ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A → x ≤ w
54 53 adantr ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → x ≤ w
55 simp3 ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y
56 30 adantr ⊢ w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A → w ∈ A
57 breq1 ⊢ x = w → x ≤ y ↔ w ≤ y
58 57 ralbidv ⊢ x = w → ∀ y ∈ B x ≤ y ↔ ∀ y ∈ B w ≤ y
59 58 rspccva ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A → ∀ y ∈ B w ≤ y
60 55 56 59 syl2an ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A → ∀ y ∈ B w ≤ y
61 60 r19.21bi ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → w ≤ y
62 54 61 jca ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A ∧ y ∈ B → x ≤ w ∧ w ≤ y
63 62 ex ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A → y ∈ B → x ≤ w ∧ w ≤ y
64 44 63 ralrimi ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B ∧ x ∈ A → ∀ y ∈ B x ≤ w ∧ w ≤ y
65 64 expr ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B → x ∈ A → ∀ y ∈ B x ≤ w ∧ w ≤ y
66 38 65 ralrimi ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ w ∧ w ≤ y
67 breq2 ⊢ z = w → x ≤ z ↔ x ≤ w
68 breq1 ⊢ z = w → z ≤ y ↔ w ≤ y
69 67 68 anbi12d ⊢ z = w → x ≤ z ∧ z ≤ y ↔ x ≤ w ∧ w ≤ y
70 69 2ralbidv ⊢ z = w → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ w ∧ w ≤ y
71 70 rspcev ⊢ w ∈ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ w ∧ w ≤ y → ∃ z ∈ ℝ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y
72 32 66 71 syl2anc ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y ∧ w ∈ A ∩ B → ∃ z ∈ ℝ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y
73 72 expcom ⊢ w ∈ A ∩ B → A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∃ z ∈ ℝ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y
74 73 exlimiv ⊢ ∃ w w ∈ A ∩ B → A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∃ z ∈ ℝ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y
75 28 74 sylbi ⊢ A ∩ B ≠ ∅ → A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∃ z ∈ ℝ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y
76 27 75 pm2.61ine ⊢ A ⊆ ℝ ∧ B ⊆ ℝ ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ y → ∃ z ∈ ℝ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ B x ≤ z ∧ z ≤ y