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Theorem istrkg3ld

Description: Property of fulfilling the lower dimension 3 axiom. (Contributed by Thierry Arnoux, 12-Jul-2020)

Ref Expression
Hypotheses istrkg.p ⊢ P = Base G
istrkg.d ⊢ - ˙ = dist ⁡ G
istrkg.i ⊢ I = Itv ⁡ G
Assertion istrkg3ld ⊢ G ∈ V → G Dim 𝒢 ≥ 3 ↔ ∃ u ∈ P ∃ v ∈ P u ≠ v ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 istrkg.p ⊢ P = Base G
2 istrkg.d ⊢ - ˙ = dist ⁡ G
3 istrkg.i ⊢ I = Itv ⁡ G
4 3z ⊢ 3 ∈ ℤ
5 2le3 ⊢ 2 ≤ 3
6 2z ⊢ 2 ∈ ℤ
7 6 eluz1i ⊢ 3 ∈ ℤ ≥ 2 ↔ 3 ∈ ℤ ∧ 2 ≤ 3
8 4 5 7 mpbir2an ⊢ 3 ∈ ℤ ≥ 2
9 1 2 3 istrkgld ⊢ G ∈ V ∧ 3 ∈ ℤ ≥ 2 → G Dim 𝒢 ≥ 3 ↔ ∃ f f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
10 8 9 mpan2 ⊢ G ∈ V → G Dim 𝒢 ≥ 3 ↔ ∃ f f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
11 fzo13pr ⊢ 1 ..^ 3 = 1 2
12 f1eq2 ⊢ 1 ..^ 3 = 1 2 → f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ↔ f : 1 2 ⟶ 1-1 P
13 11 12 ax-mp ⊢ f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ↔ f : 1 2 ⟶ 1-1 P
14 13 anbi1i ⊢ f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
15 14 exbii ⊢ ∃ f f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ f f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
16 15 a1i ⊢ G ∈ V → ∃ f f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ f f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
17 1z ⊢ 1 ∈ ℤ
18 1ne2 ⊢ 1 ≠ 2
19 oveq1 ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ x = f ⁡ 1 - ˙ x
20 19 eqeq1d ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ x = v - ˙ x ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x
21 oveq1 ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ y = f ⁡ 1 - ˙ y
22 21 eqeq1d ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ y = v - ˙ y ↔ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y
23 oveq1 ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ z = f ⁡ 1 - ˙ z
24 23 eqeq1d ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ z = v - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z
25 20 22 24 3anbi123d ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z
26 25 anbi1d ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
27 26 rexbidv ⊢ u = f ⁡ 1 → ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ z ∈ P f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
28 27 2rexbidv ⊢ u = f ⁡ 1 → ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
29 oveq1 ⊢ v = f ⁡ 2 → v - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x
30 29 eqeq2d ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x
31 oveq1 ⊢ v = f ⁡ 2 → v - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y
32 31 eqeq2d ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ↔ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y
33 oveq1 ⊢ v = f ⁡ 2 → v - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
34 33 eqeq2d ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
35 30 32 34 3anbi123d ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
36 2p1e3 ⊢ 2 + 1 = 3
37 36 oveq2i ⊢ 2 ..^ 2 + 1 = 2 ..^ 3
38 fzosn ⊢ 2 ∈ ℤ → 2 ..^ 2 + 1 = 2
39 6 38 ax-mp ⊢ 2 ..^ 2 + 1 = 2
40 37 39 eqtr3i ⊢ 2 ..^ 3 = 2
41 40 raleqi ⊢ ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ ∀ j ∈ 2 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z
42 fveq2 ⊢ j = 2 → f ⁡ j = f ⁡ 2
43 42 oveq1d ⊢ j = 2 → f ⁡ j - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x
44 43 eqeq2d ⊢ j = 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x
45 42 oveq1d ⊢ j = 2 → f ⁡ j - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y
46 45 eqeq2d ⊢ j = 2 → f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ↔ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y
47 42 oveq1d ⊢ j = 2 → f ⁡ j - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
48 47 eqeq2d ⊢ j = 2 → f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
49 44 46 48 3anbi123d ⊢ j = 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
50 49 ralsng ⊢ 2 ∈ ℤ → ∀ j ∈ 2 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
51 6 50 ax-mp ⊢ ∀ j ∈ 2 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
52 41 51 bitri ⊢ ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
53 35 52 bitr4di ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ↔ ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z
54 53 anbi1d ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
55 54 rexbidv ⊢ v = f ⁡ 2 → ∃ z ∈ P f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
56 55 2rexbidv ⊢ v = f ⁡ 2 → ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
57 28 56 f1prex ⊢ 1 ∈ ℤ ∧ 2 ∈ ℤ ∧ 1 ≠ 2 → ∃ f f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ u ∈ P ∃ v ∈ P u ≠ v ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
58 17 6 18 57 mp3an ⊢ ∃ f f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ u ∈ P ∃ v ∈ P u ≠ v ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
59 58 a1i ⊢ G ∈ V → ∃ f f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ u ∈ P ∃ v ∈ P u ≠ v ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
60 10 16 59 3bitrd ⊢ G ∈ V → G Dim 𝒢 ≥ 3 ↔ ∃ u ∈ P ∃ v ∈ P u ≠ v ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z