Metamath Proof Explorer


Theorem infdesc

Description: Infinite descent. The hypotheses say that S is lower bounded, and that if ps holds for an integer in S , it holds for a smaller integer in S . By infinite descent, eventually we cannot go any smaller, therefore ps holds for no integer in S . (Contributed by SN, 20-Aug-2024)

Ref Expression
Hypotheses infdesc.x ⊢ y = x → ψ ↔ χ
infdesc.z ⊢ y = z → ψ ↔ θ
infdesc.s ⊢ φ → S ⊆ ℤ ≥ M
infdesc.1 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ χ → ∃ z ∈ S θ ∧ z < x
Assertion infdesc ⊢ φ → y ∈ S | ψ = ∅

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 infdesc.x ⊢ y = x → ψ ↔ χ
2 infdesc.z ⊢ y = z → ψ ↔ θ
3 infdesc.s ⊢ φ → S ⊆ ℤ ≥ M
4 infdesc.1 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ χ → ∃ z ∈ S θ ∧ z < x
5 df-ne ⊢ y ∈ S | ψ ≠ ∅ ↔ ¬ y ∈ S | ψ = ∅
6 ssrab2 ⊢ y ∈ S | ψ ⊆ S
7 6 3 sstrid ⊢ φ → y ∈ S | ψ ⊆ ℤ ≥ M
8 uzwo ⊢ y ∈ S | ψ ⊆ ℤ ≥ M ∧ y ∈ S | ψ ≠ ∅ → ∃ x ∈ y ∈ S | ψ ∀ z ∈ y ∈ S | ψ x ≤ z
9 7 8 sylan ⊢ φ ∧ y ∈ S | ψ ≠ ∅ → ∃ x ∈ y ∈ S | ψ ∀ z ∈ y ∈ S | ψ x ≤ z
10 1 elrab ⊢ x ∈ y ∈ S | ψ ↔ x ∈ S ∧ χ
11 uzssre ⊢ ℤ ≥ M ⊆ ℝ
12 3 11 sstrdi ⊢ φ → S ⊆ ℝ
13 12 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S → S ⊆ ℝ
14 13 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ z ∈ S → z ∈ ℝ
15 12 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ S → x ∈ ℝ
16 15 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ z ∈ S → x ∈ ℝ
17 14 16 ltnled ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ z ∈ S → z < x ↔ ¬ x ≤ z
18 17 anbi2d ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ z ∈ S → θ ∧ z < x ↔ θ ∧ ¬ x ≤ z
19 18 rexbidva ⊢ φ ∧ x ∈ S → ∃ z ∈ S θ ∧ z < x ↔ ∃ z ∈ S θ ∧ ¬ x ≤ z
20 19 adantrr ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ χ → ∃ z ∈ S θ ∧ z < x ↔ ∃ z ∈ S θ ∧ ¬ x ≤ z
21 4 20 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ χ → ∃ z ∈ S θ ∧ ¬ x ≤ z
22 10 21 sylan2b ⊢ φ ∧ x ∈ y ∈ S | ψ → ∃ z ∈ S θ ∧ ¬ x ≤ z
23 2 rexrab ⊢ ∃ z ∈ y ∈ S | ψ ¬ x ≤ z ↔ ∃ z ∈ S θ ∧ ¬ x ≤ z
24 22 23 sylibr ⊢ φ ∧ x ∈ y ∈ S | ψ → ∃ z ∈ y ∈ S | ψ ¬ x ≤ z
25 24 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ y ∈ S | ψ ∃ z ∈ y ∈ S | ψ ¬ x ≤ z
26 rexnal ⊢ ∃ z ∈ y ∈ S | ψ ¬ x ≤ z ↔ ¬ ∀ z ∈ y ∈ S | ψ x ≤ z
27 26 ralbii ⊢ ∀ x ∈ y ∈ S | ψ ∃ z ∈ y ∈ S | ψ ¬ x ≤ z ↔ ∀ x ∈ y ∈ S | ψ ¬ ∀ z ∈ y ∈ S | ψ x ≤ z
28 ralnex ⊢ ∀ x ∈ y ∈ S | ψ ¬ ∀ z ∈ y ∈ S | ψ x ≤ z ↔ ¬ ∃ x ∈ y ∈ S | ψ ∀ z ∈ y ∈ S | ψ x ≤ z
29 27 28 bitri ⊢ ∀ x ∈ y ∈ S | ψ ∃ z ∈ y ∈ S | ψ ¬ x ≤ z ↔ ¬ ∃ x ∈ y ∈ S | ψ ∀ z ∈ y ∈ S | ψ x ≤ z
30 25 29 sylib ⊢ φ → ¬ ∃ x ∈ y ∈ S | ψ ∀ z ∈ y ∈ S | ψ x ≤ z
31 30 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ S | ψ ≠ ∅ → ¬ ∃ x ∈ y ∈ S | ψ ∀ z ∈ y ∈ S | ψ x ≤ z
32 9 31 pm2.21dd ⊢ φ ∧ y ∈ S | ψ ≠ ∅ → y ∈ S | ψ = ∅
33 5 32 sylan2br ⊢ φ ∧ ¬ y ∈ S | ψ = ∅ → y ∈ S | ψ = ∅
34 33 pm2.18da ⊢ φ → y ∈ S | ψ = ∅