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Theorem dfpo2

Description: Quantifier-free definition of a partial ordering. (Contributed by Scott Fenton, 22-Feb-2013) (Proof shortened by Peter Mazsa, 2-Oct-2022)

Ref Expression
Assertion dfpo2 ⊢ R Po A ↔ R ∩ I ↾ A = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 po0 ⊢ R Po ∅
2 res0 ⊢ I ↾ ∅ = ∅
3 2 ineq2i ⊢ R ∩ I ↾ ∅ = R ∩ ∅
4 in0 ⊢ R ∩ ∅ = ∅
5 3 4 eqtri ⊢ R ∩ I ↾ ∅ = ∅
6 xp0 ⊢ A × ∅ = ∅
7 6 ineq2i ⊢ R ∩ A × ∅ = R ∩ ∅
8 7 4 eqtri ⊢ R ∩ A × ∅ = ∅
9 8 coeq2i ⊢ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × ∅ = R ∩ A × A ∘ ∅
10 co02 ⊢ R ∩ A × A ∘ ∅ = ∅
11 9 10 eqtri ⊢ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × ∅ = ∅
12 0ss ⊢ ∅ ⊆ R
13 11 12 eqsstri ⊢ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × ∅ ⊆ R
14 5 13 pm3.2i ⊢ R ∩ I ↾ ∅ = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × ∅ ⊆ R
15 1 14 2th ⊢ R Po ∅ ↔ R ∩ I ↾ ∅ = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × ∅ ⊆ R
16 poeq2 ⊢ A = ∅ → R Po A ↔ R Po ∅
17 reseq2 ⊢ A = ∅ → I ↾ A = I ↾ ∅
18 17 ineq2d ⊢ A = ∅ → R ∩ I ↾ A = R ∩ I ↾ ∅
19 18 eqeq1d ⊢ A = ∅ → R ∩ I ↾ A = ∅ ↔ R ∩ I ↾ ∅ = ∅
20 xpeq2 ⊢ A = ∅ → A × A = A × ∅
21 20 ineq2d ⊢ A = ∅ → R ∩ A × A = R ∩ A × ∅
22 21 coeq2d ⊢ A = ∅ → R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A = R ∩ A × A ∘ R ∩ A × ∅
23 22 sseq1d ⊢ A = ∅ → R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R ↔ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × ∅ ⊆ R
24 19 23 anbi12d ⊢ A = ∅ → R ∩ I ↾ A = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R ↔ R ∩ I ↾ ∅ = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × ∅ ⊆ R
25 16 24 bibi12d ⊢ A = ∅ → R Po A ↔ R ∩ I ↾ A = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R ↔ R Po ∅ ↔ R ∩ I ↾ ∅ = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × ∅ ⊆ R
26 15 25 mpbiri ⊢ A = ∅ → R Po A ↔ R ∩ I ↾ A = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R
27 r19.28zv ⊢ A ≠ ∅ → ∀ z ∈ A ¬ x R x ∧ x R y ∧ y R z → x R z ↔ ¬ x R x ∧ ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
28 27 ralbidv ⊢ A ≠ ∅ → ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A ¬ x R x ∧ x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ y ∈ A ¬ x R x ∧ ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
29 r19.28zv ⊢ A ≠ ∅ → ∀ y ∈ A ¬ x R x ∧ ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ¬ x R x ∧ ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
30 28 29 bitrd ⊢ A ≠ ∅ → ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A ¬ x R x ∧ x R y ∧ y R z → x R z ↔ ¬ x R x ∧ ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
31 30 ralbidv ⊢ A ≠ ∅ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A ¬ x R x ∧ x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ x ∈ A ¬ x R x ∧ ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
32 r19.26 ⊢ ∀ x ∈ A ¬ x R x ∧ ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ x ∈ A ¬ x R x ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
33 31 32 bitrdi ⊢ A ≠ ∅ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A ¬ x R x ∧ x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ x ∈ A ¬ x R x ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
34 df-po ⊢ R Po A ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A ¬ x R x ∧ x R y ∧ y R z → x R z
35 disj ⊢ R ∩ I ↾ A = ∅ ↔ ∀ w ∈ R ¬ w ∈ I ↾ A
36 df-ral ⊢ ∀ w ∈ R ¬ w ∈ I ↾ A ↔ ∀ w w ∈ R → ¬ w ∈ I ↾ A
37 opex ⊢ x x ∈ V
38 eleq1 ⊢ w = x x → w ∈ R ↔ x x ∈ R
39 df-br ⊢ x R x ↔ x x ∈ R
40 38 39 bitr4di ⊢ w = x x → w ∈ R ↔ x R x
41 eleq1 ⊢ w = x x → w ∈ I ↾ A ↔ x x ∈ I ↾ A
42 opelidres ⊢ x ∈ V → x x ∈ I ↾ A ↔ x ∈ A
43 42 elv ⊢ x x ∈ I ↾ A ↔ x ∈ A
44 41 43 bitrdi ⊢ w = x x → w ∈ I ↾ A ↔ x ∈ A
45 44 notbid ⊢ w = x x → ¬ w ∈ I ↾ A ↔ ¬ x ∈ A
46 40 45 imbi12d ⊢ w = x x → w ∈ R → ¬ w ∈ I ↾ A ↔ x R x → ¬ x ∈ A
47 37 46 spcv ⊢ ∀ w w ∈ R → ¬ w ∈ I ↾ A → x R x → ¬ x ∈ A
48 47 con2d ⊢ ∀ w w ∈ R → ¬ w ∈ I ↾ A → x ∈ A → ¬ x R x
49 48 alrimiv ⊢ ∀ w w ∈ R → ¬ w ∈ I ↾ A → ∀ x x ∈ A → ¬ x R x
50 relres ⊢ Rel ⁡ I ↾ A
51 elrel ⊢ Rel ⁡ I ↾ A ∧ w ∈ I ↾ A → ∃ y ∃ z w = y z
52 50 51 mpan ⊢ w ∈ I ↾ A → ∃ y ∃ z w = y z
53 52 ancri ⊢ w ∈ I ↾ A → ∃ y ∃ z w = y z ∧ w ∈ I ↾ A
54 eleq1 ⊢ x = y → x ∈ A ↔ y ∈ A
55 breq12 ⊢ x = y ∧ x = y → x R x ↔ y R y
56 55 anidms ⊢ x = y → x R x ↔ y R y
57 56 notbid ⊢ x = y → ¬ x R x ↔ ¬ y R y
58 54 57 imbi12d ⊢ x = y → x ∈ A → ¬ x R x ↔ y ∈ A → ¬ y R y
59 58 spvv ⊢ ∀ x x ∈ A → ¬ x R x → y ∈ A → ¬ y R y
60 breq2 ⊢ y = z → y R y ↔ y R z
61 60 notbid ⊢ y = z → ¬ y R y ↔ ¬ y R z
62 61 imbi2d ⊢ y = z → y ∈ A → ¬ y R y ↔ y ∈ A → ¬ y R z
63 62 biimpcd ⊢ y ∈ A → ¬ y R y → y = z → y ∈ A → ¬ y R z
64 63 impcomd ⊢ y ∈ A → ¬ y R y → y ∈ A ∧ y = z → ¬ y R z
65 59 64 syl ⊢ ∀ x x ∈ A → ¬ x R x → y ∈ A ∧ y = z → ¬ y R z
66 eleq1 ⊢ w = y z → w ∈ I ↾ A ↔ y z ∈ I ↾ A
67 vex ⊢ z ∈ V
68 67 brresi ⊢ y I ↾ A z ↔ y ∈ A ∧ y I z
69 df-br ⊢ y I ↾ A z ↔ y z ∈ I ↾ A
70 67 ideq ⊢ y I z ↔ y = z
71 70 anbi2i ⊢ y ∈ A ∧ y I z ↔ y ∈ A ∧ y = z
72 68 69 71 3bitr3ri ⊢ y ∈ A ∧ y = z ↔ y z ∈ I ↾ A
73 66 72 bitr4di ⊢ w = y z → w ∈ I ↾ A ↔ y ∈ A ∧ y = z
74 eleq1 ⊢ w = y z → w ∈ R ↔ y z ∈ R
75 df-br ⊢ y R z ↔ y z ∈ R
76 74 75 bitr4di ⊢ w = y z → w ∈ R ↔ y R z
77 76 notbid ⊢ w = y z → ¬ w ∈ R ↔ ¬ y R z
78 73 77 imbi12d ⊢ w = y z → w ∈ I ↾ A → ¬ w ∈ R ↔ y ∈ A ∧ y = z → ¬ y R z
79 65 78 syl5ibrcom ⊢ ∀ x x ∈ A → ¬ x R x → w = y z → w ∈ I ↾ A → ¬ w ∈ R
80 79 exlimdvv ⊢ ∀ x x ∈ A → ¬ x R x → ∃ y ∃ z w = y z → w ∈ I ↾ A → ¬ w ∈ R
81 80 impd ⊢ ∀ x x ∈ A → ¬ x R x → ∃ y ∃ z w = y z ∧ w ∈ I ↾ A → ¬ w ∈ R
82 53 81 syl5 ⊢ ∀ x x ∈ A → ¬ x R x → w ∈ I ↾ A → ¬ w ∈ R
83 82 con2d ⊢ ∀ x x ∈ A → ¬ x R x → w ∈ R → ¬ w ∈ I ↾ A
84 83 alrimiv ⊢ ∀ x x ∈ A → ¬ x R x → ∀ w w ∈ R → ¬ w ∈ I ↾ A
85 49 84 impbii ⊢ ∀ w w ∈ R → ¬ w ∈ I ↾ A ↔ ∀ x x ∈ A → ¬ x R x
86 df-ral ⊢ ∀ x ∈ A ¬ x R x ↔ ∀ x x ∈ A → ¬ x R x
87 85 86 bitr4i ⊢ ∀ w w ∈ R → ¬ w ∈ I ↾ A ↔ ∀ x ∈ A ¬ x R x
88 35 36 87 3bitri ⊢ R ∩ I ↾ A = ∅ ↔ ∀ x ∈ A ¬ x R x
89 ralcom ⊢ ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ z ∈ A ∀ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
90 r19.23v ⊢ ∀ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
91 90 ralbii ⊢ ∀ z ∈ A ∀ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ z ∈ A ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
92 89 91 bitri ⊢ ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ z ∈ A ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
93 92 ralbii ⊢ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ x ∈ A ∀ z ∈ A ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
94 brin ⊢ x R ∩ A × A y ↔ x R y ∧ x A × A y
95 brin ⊢ y R ∩ A × A z ↔ y R z ∧ y A × A z
96 94 95 anbi12i ⊢ x R ∩ A × A y ∧ y R ∩ A × A z ↔ x R y ∧ x A × A y ∧ y R z ∧ y A × A z
97 an4 ⊢ x R y ∧ x A × A y ∧ y R z ∧ y A × A z ↔ x R y ∧ y R z ∧ x A × A y ∧ y A × A z
98 ancom ⊢ x R y ∧ y R z ∧ x A × A y ∧ y A × A z ↔ x A × A y ∧ y A × A z ∧ x R y ∧ y R z
99 ancom ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ A ↔ y ∈ A ∧ x ∈ A
100 99 anbi1i ⊢ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ y ∈ A ∧ z ∈ A ↔ y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ z ∈ A
101 brxp ⊢ x A × A y ↔ x ∈ A ∧ y ∈ A
102 brxp ⊢ y A × A z ↔ y ∈ A ∧ z ∈ A
103 101 102 anbi12i ⊢ x A × A y ∧ y A × A z ↔ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ y ∈ A ∧ z ∈ A
104 anandi ⊢ y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ z ∈ A ↔ y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ y ∈ A ∧ z ∈ A
105 100 103 104 3bitr4i ⊢ x A × A y ∧ y A × A z ↔ y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ z ∈ A
106 105 anbi1i ⊢ x A × A y ∧ y A × A z ∧ x R y ∧ y R z ↔ y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ x R y ∧ y R z
107 97 98 106 3bitri ⊢ x R y ∧ x A × A y ∧ y R z ∧ y A × A z ↔ y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ x R y ∧ y R z
108 anass ⊢ y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ x R y ∧ y R z ↔ y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ x R y ∧ y R z
109 96 107 108 3bitri ⊢ x R ∩ A × A y ∧ y R ∩ A × A z ↔ y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ x R y ∧ y R z
110 109 exbii ⊢ ∃ y x R ∩ A × A y ∧ y R ∩ A × A z ↔ ∃ y y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ x R y ∧ y R z
111 vex ⊢ x ∈ V
112 111 67 brco ⊢ x R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A z ↔ ∃ y x R ∩ A × A y ∧ y R ∩ A × A z
113 df-br ⊢ x R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A z ↔ x z ∈ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A
114 112 113 bitr3i ⊢ ∃ y x R ∩ A × A y ∧ y R ∩ A × A z ↔ x z ∈ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A
115 df-rex ⊢ ∃ y ∈ A x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ x R y ∧ y R z ↔ ∃ y y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ x R y ∧ y R z
116 r19.42v ⊢ ∃ y ∈ A x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ x R y ∧ y R z ↔ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z
117 115 116 bitr3i ⊢ ∃ y y ∈ A ∧ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ x R y ∧ y R z ↔ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z
118 110 114 117 3bitr3ri ⊢ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z ↔ x z ∈ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A
119 df-br ⊢ x R z ↔ x z ∈ R
120 118 119 imbi12i ⊢ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ x z ∈ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A → x z ∈ R
121 120 2albii ⊢ ∀ x ∀ z x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ x ∀ z x z ∈ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A → x z ∈ R
122 r2al ⊢ ∀ x ∈ A ∀ z ∈ A ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ x ∀ z x ∈ A ∧ z ∈ A → ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
123 impexp ⊢ x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ x ∈ A ∧ z ∈ A → ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
124 123 2albii ⊢ ∀ x ∀ z x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ x ∀ z x ∈ A ∧ z ∈ A → ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
125 122 124 bitr4i ⊢ ∀ x ∈ A ∀ z ∈ A ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ ∀ x ∀ z x ∈ A ∧ z ∈ A ∧ ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
126 relco ⊢ Rel ⁡ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A
127 ssrel ⊢ Rel ⁡ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A → R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R ↔ ∀ x ∀ z x z ∈ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A → x z ∈ R
128 126 127 ax-mp ⊢ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R ↔ ∀ x ∀ z x z ∈ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A → x z ∈ R
129 121 125 128 3bitr4i ⊢ ∀ x ∈ A ∀ z ∈ A ∃ y ∈ A x R y ∧ y R z → x R z ↔ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R
130 93 129 bitr2i ⊢ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R ↔ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
131 88 130 anbi12i ⊢ R ∩ I ↾ A = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R ↔ ∀ x ∈ A ¬ x R x ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A ∀ z ∈ A x R y ∧ y R z → x R z
132 33 34 131 3bitr4g ⊢ A ≠ ∅ → R Po A ↔ R ∩ I ↾ A = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R
133 26 132 pm2.61ine ⊢ R Po A ↔ R ∩ I ↾ A = ∅ ∧ R ∩ A × A ∘ R ∩ A × A ⊆ R