Metamath Proof Explorer


Theorem renegscl

Description: The surreal reals are closed under negation. Part of theorem 13(ii) of Conway p. 24. (Contributed by Scott Fenton, 15-Apr-2025)

Ref Expression
Assertion renegscl ⊢ A ∈ ℝ s → + s ⁡ A ∈ ℝ s

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 negscl ⊢ A ∈ No → + s ⁡ A ∈ No
2 1 adantr ⊢ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ∧ A = x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n | s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n → + s ⁡ A ∈ No
3 nnno ⊢ n ∈ ℕ s → n ∈ No
4 3 adantl ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → n ∈ No
5 4 negscld ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ n ∈ No
6 simpl ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → A ∈ No
7 5 6 ltnegsd ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ n < s A ↔ + s ⁡ A < s + s ⁡ + s ⁡ n
8 negnegs ⊢ n ∈ No → + s ⁡ + s ⁡ n = n
9 4 8 syl ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ + s ⁡ n = n
10 9 breq2d ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A < s + s ⁡ + s ⁡ n ↔ + s ⁡ A < s n
11 7 10 bitrd ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ n < s A ↔ + s ⁡ A < s n
12 6 4 ltnegsd ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → A < s n ↔ + s ⁡ n < s + s ⁡ A
13 11 12 anbi12d ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ↔ + s ⁡ A < s n ∧ + s ⁡ n < s + s ⁡ A
14 13 biancomd ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ↔ + s ⁡ n < s + s ⁡ A ∧ + s ⁡ A < s n
15 14 rexbidva ⊢ A ∈ No → ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ↔ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s + s ⁡ A ∧ + s ⁡ A < s n
16 15 biimpa ⊢ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n → ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s + s ⁡ A ∧ + s ⁡ A < s n
17 16 adantrr ⊢ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ∧ A = x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n | s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n → ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s + s ⁡ A ∧ + s ⁡ A < s n
18 recut ⊢ A ∈ No → x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ≪ s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n
19 18 adantr ⊢ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ∧ A = x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n | s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n → x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ≪ s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n
20 simprr ⊢ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ∧ A = x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n | s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n → A = x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n | s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n
21 19 20 negsunif ⊢ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ∧ A = x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n | s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n → + s ⁡ A = + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n | s + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n
22 negsfn ⊢ + s Fn No
23 sltsss2 ⊢ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ≪ s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n → x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n ⊆ No
24 18 23 syl ⊢ A ∈ No → x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n ⊆ No
25 fvelimab ⊢ + s Fn No ∧ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n ⊆ No → y ∈ + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n ↔ ∃ z ∈ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n + s ⁡ z = y
26 22 24 25 sylancr ⊢ A ∈ No → y ∈ + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n ↔ ∃ z ∈ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n + s ⁡ z = y
27 eqeq1 ⊢ x = z → x = A + s 1 s / su n ↔ z = A + s 1 s / su n
28 27 rexbidv ⊢ x = z → ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n ↔ ∃ n ∈ ℕ s z = A + s 1 s / su n
29 28 rexab ⊢ ∃ z ∈ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n + s ⁡ z = y ↔ ∃ z ∃ n ∈ ℕ s z = A + s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y
30 rexcom4 ⊢ ∃ n ∈ ℕ s ∃ z z = A + s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ ∃ z ∃ n ∈ ℕ s z = A + s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y
31 ovex ⊢ A + s 1 s / su n ∈ V
32 fveqeq2 ⊢ z = A + s 1 s / su n → + s ⁡ z = y ↔ + s ⁡ A + s 1 s / su n = y
33 31 32 ceqsexv ⊢ ∃ z z = A + s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ + s ⁡ A + s 1 s / su n = y
34 33 rexbii ⊢ ∃ n ∈ ℕ s ∃ z z = A + s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ A + s 1 s / su n = y
35 r19.41v ⊢ ∃ n ∈ ℕ s z = A + s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s z = A + s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y
36 35 exbii ⊢ ∃ z ∃ n ∈ ℕ s z = A + s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ ∃ z ∃ n ∈ ℕ s z = A + s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y
37 30 34 36 3bitr3ri ⊢ ∃ z ∃ n ∈ ℕ s z = A + s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ A + s 1 s / su n = y
38 29 37 bitri ⊢ ∃ z ∈ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n + s ⁡ z = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ A + s 1 s / su n = y
39 1no ⊢ 1 s ∈ No
40 39 a1i ⊢ n ∈ ℕ s → 1 s ∈ No
41 nnne0s ⊢ n ∈ ℕ s → n ≠ 0 s
42 40 3 41 divscld ⊢ n ∈ ℕ s → 1 s / su n ∈ No
43 42 adantl ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → 1 s / su n ∈ No
44 negsdi ⊢ A ∈ No ∧ 1 s / su n ∈ No → + s ⁡ A + s 1 s / su n = + s ⁡ A + s + s ⁡ 1 s / su n
45 43 44 syldan ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A + s 1 s / su n = + s ⁡ A + s + s ⁡ 1 s / su n
46 1 adantr ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A ∈ No
47 46 43 subsvald ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A - s 1 s / su n = + s ⁡ A + s + s ⁡ 1 s / su n
48 45 47 eqtr4d ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A + s 1 s / su n = + s ⁡ A - s 1 s / su n
49 48 eqeq1d ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A + s 1 s / su n = y ↔ + s ⁡ A - s 1 s / su n = y
50 eqcom ⊢ + s ⁡ A - s 1 s / su n = y ↔ y = + s ⁡ A - s 1 s / su n
51 49 50 bitrdi ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A + s 1 s / su n = y ↔ y = + s ⁡ A - s 1 s / su n
52 51 rexbidva ⊢ A ∈ No → ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ A + s 1 s / su n = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A - s 1 s / su n
53 38 52 bitrid ⊢ A ∈ No → ∃ z ∈ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n + s ⁡ z = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A - s 1 s / su n
54 26 53 bitrd ⊢ A ∈ No → y ∈ + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n ↔ ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A - s 1 s / su n
55 54 eqabdv ⊢ A ∈ No → + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n = y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A - s 1 s / su n
56 sltsss1 ⊢ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ≪ s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n → x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ⊆ No
57 18 56 syl ⊢ A ∈ No → x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ⊆ No
58 fvelimab ⊢ + s Fn No ∧ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ⊆ No → y ∈ + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ↔ ∃ z ∈ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n + s ⁡ z = y
59 22 57 58 sylancr ⊢ A ∈ No → y ∈ + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ↔ ∃ z ∈ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n + s ⁡ z = y
60 eqeq1 ⊢ x = z → x = A - s 1 s / su n ↔ z = A - s 1 s / su n
61 60 rexbidv ⊢ x = z → ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ↔ ∃ n ∈ ℕ s z = A - s 1 s / su n
62 61 rexab ⊢ ∃ z ∈ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n + s ⁡ z = y ↔ ∃ z ∃ n ∈ ℕ s z = A - s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y
63 rexcom4 ⊢ ∃ n ∈ ℕ s ∃ z z = A - s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ ∃ z ∃ n ∈ ℕ s z = A - s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y
64 ovex ⊢ A - s 1 s / su n ∈ V
65 fveqeq2 ⊢ z = A - s 1 s / su n → + s ⁡ z = y ↔ + s ⁡ A - s 1 s / su n = y
66 64 65 ceqsexv ⊢ ∃ z z = A - s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ + s ⁡ A - s 1 s / su n = y
67 66 rexbii ⊢ ∃ n ∈ ℕ s ∃ z z = A - s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ A - s 1 s / su n = y
68 r19.41v ⊢ ∃ n ∈ ℕ s z = A - s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s z = A - s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y
69 68 exbii ⊢ ∃ z ∃ n ∈ ℕ s z = A - s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ ∃ z ∃ n ∈ ℕ s z = A - s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y
70 63 67 69 3bitr3ri ⊢ ∃ z ∃ n ∈ ℕ s z = A - s 1 s / su n ∧ + s ⁡ z = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ A - s 1 s / su n = y
71 62 70 bitri ⊢ ∃ z ∈ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n + s ⁡ z = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ A - s 1 s / su n = y
72 6 43 subsvald ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → A - s 1 s / su n = A + s + s ⁡ 1 s / su n
73 72 fveq2d ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A - s 1 s / su n = + s ⁡ A + s + s ⁡ 1 s / su n
74 43 negscld ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ 1 s / su n ∈ No
75 negsdi ⊢ A ∈ No ∧ + s ⁡ 1 s / su n ∈ No → + s ⁡ A + s + s ⁡ 1 s / su n = + s ⁡ A + s + s ⁡ + s ⁡ 1 s / su n
76 74 75 syldan ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A + s + s ⁡ 1 s / su n = + s ⁡ A + s + s ⁡ + s ⁡ 1 s / su n
77 negnegs ⊢ 1 s / su n ∈ No → + s ⁡ + s ⁡ 1 s / su n = 1 s / su n
78 43 77 syl ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ + s ⁡ 1 s / su n = 1 s / su n
79 78 oveq2d ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A + s + s ⁡ + s ⁡ 1 s / su n = + s ⁡ A + s 1 s / su n
80 73 76 79 3eqtrd ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A - s 1 s / su n = + s ⁡ A + s 1 s / su n
81 80 eqeq1d ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A - s 1 s / su n = y ↔ + s ⁡ A + s 1 s / su n = y
82 eqcom ⊢ + s ⁡ A + s 1 s / su n = y ↔ y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
83 81 82 bitrdi ⊢ A ∈ No ∧ n ∈ ℕ s → + s ⁡ A - s 1 s / su n = y ↔ y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
84 83 rexbidva ⊢ A ∈ No → ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ A - s 1 s / su n = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
85 71 84 bitrid ⊢ A ∈ No → ∃ z ∈ x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n + s ⁡ z = y ↔ ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
86 59 85 bitrd ⊢ A ∈ No → y ∈ + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n ↔ ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
87 86 eqabdv ⊢ A ∈ No → + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n = y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
88 55 87 oveq12d ⊢ A ∈ No → + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n | s + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n = y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A - s 1 s / su n | s y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
89 88 adantr ⊢ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ∧ A = x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n | s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n → + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n | s + s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n = y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A - s 1 s / su n | s y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
90 21 89 eqtrd ⊢ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ∧ A = x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n | s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n → + s ⁡ A = y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A - s 1 s / su n | s y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
91 2 17 90 jca32 ⊢ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ∧ A = x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n | s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n → + s ⁡ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s + s ⁡ A ∧ + s ⁡ A < s n ∧ + s ⁡ A = y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A - s 1 s / su n | s y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
92 elreno ⊢ A ∈ ℝ s ↔ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s A ∧ A < s n ∧ A = x | ∃ n ∈ ℕ s x = A - s 1 s / su n | s x | ∃ n ∈ ℕ s x = A + s 1 s / su n
93 elreno ⊢ + s ⁡ A ∈ ℝ s ↔ + s ⁡ A ∈ No ∧ ∃ n ∈ ℕ s + s ⁡ n < s + s ⁡ A ∧ + s ⁡ A < s n ∧ + s ⁡ A = y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A - s 1 s / su n | s y | ∃ n ∈ ℕ s y = + s ⁡ A + s 1 s / su n
94 91 92 93 3imtr4i ⊢ A ∈ ℝ s → + s ⁡ A ∈ ℝ s