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Theorem btwndiff

Description: There is always a c distinct from B such that B lies between A and c . Theorem 3.14 of Schwabhauser p. 32. (Contributed by Scott Fenton, 24-Sep-2013)

Ref Expression
Assertion btwndiff ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ∃ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ 𝐵 ≠ 𝑐 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 axlowdim1 ⊢ ( 𝑁 ∈ ℕ → ∃ 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∃ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) 𝑢 ≠ 𝑣 )
2 1 3ad2ant1 ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ∃ 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∃ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) 𝑢 ≠ 𝑣 )
3 simp11 ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) → 𝑁 ∈ ℕ )
4 simp12 ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) → 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
5 simp13 ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) → 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
6 simp2l ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) → 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
7 simp2r ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) → 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
8 axsegcon ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ ( 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) → ∃ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ ⟨ 𝐵 , 𝑐 ⟩ Cgr ⟨ 𝑢 , 𝑣 ⟩ ) )
9 3 4 5 6 7 8 syl122anc ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) → ∃ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ ⟨ 𝐵 , 𝑐 ⟩ Cgr ⟨ 𝑢 , 𝑣 ⟩ ) )
10 simpl11 ⊢ ( ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) ∧ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → 𝑁 ∈ ℕ )
11 simpl13 ⊢ ( ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) ∧ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
12 simpr ⊢ ( ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) ∧ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
13 simpl2l ⊢ ( ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) ∧ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
14 simpl2r ⊢ ( ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) ∧ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) )
15 cgrdegen ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ ( 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ) → ( ⟨ 𝐵 , 𝑐 ⟩ Cgr ⟨ 𝑢 , 𝑣 ⟩ → ( 𝐵 = 𝑐 ↔ 𝑢 = 𝑣 ) ) )
16 10 11 12 13 14 15 syl122anc ⊢ ( ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) ∧ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ( ⟨ 𝐵 , 𝑐 ⟩ Cgr ⟨ 𝑢 , 𝑣 ⟩ → ( 𝐵 = 𝑐 ↔ 𝑢 = 𝑣 ) ) )
17 biimp ⊢ ( ( 𝐵 = 𝑐 ↔ 𝑢 = 𝑣 ) → ( 𝐵 = 𝑐 → 𝑢 = 𝑣 ) )
18 17 necon3d ⊢ ( ( 𝐵 = 𝑐 ↔ 𝑢 = 𝑣 ) → ( 𝑢 ≠ 𝑣 → 𝐵 ≠ 𝑐 ) )
19 18 com12 ⊢ ( 𝑢 ≠ 𝑣 → ( ( 𝐵 = 𝑐 ↔ 𝑢 = 𝑣 ) → 𝐵 ≠ 𝑐 ) )
20 19 3ad2ant3 ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) → ( ( 𝐵 = 𝑐 ↔ 𝑢 = 𝑣 ) → 𝐵 ≠ 𝑐 ) )
21 20 adantr ⊢ ( ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) ∧ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ( ( 𝐵 = 𝑐 ↔ 𝑢 = 𝑣 ) → 𝐵 ≠ 𝑐 ) )
22 16 21 syld ⊢ ( ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) ∧ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ( ⟨ 𝐵 , 𝑐 ⟩ Cgr ⟨ 𝑢 , 𝑣 ⟩ → 𝐵 ≠ 𝑐 ) )
23 22 anim2d ⊢ ( ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) ∧ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ( ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ ⟨ 𝐵 , 𝑐 ⟩ Cgr ⟨ 𝑢 , 𝑣 ⟩ ) → ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ 𝐵 ≠ 𝑐 ) ) )
24 23 reximdva ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) → ( ∃ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ ⟨ 𝐵 , 𝑐 ⟩ Cgr ⟨ 𝑢 , 𝑣 ⟩ ) → ∃ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ 𝐵 ≠ 𝑐 ) ) )
25 9 24 mpd ⊢ ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) ∧ 𝑢 ≠ 𝑣 ) → ∃ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ 𝐵 ≠ 𝑐 ) )
26 25 3exp ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ( ( 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ( 𝑢 ≠ 𝑣 → ∃ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ 𝐵 ≠ 𝑐 ) ) ) )
27 26 rexlimdvv ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ( ∃ 𝑢 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∃ 𝑣 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) 𝑢 ≠ 𝑣 → ∃ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ 𝐵 ≠ 𝑐 ) ) )
28 2 27 mpd ⊢ ( ( 𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ∧ 𝐵 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ) → ∃ 𝑐 ∈ ( 𝔼 ‘ 𝑁 ) ( 𝐵 Btwn ⟨ 𝐴 , 𝑐 ⟩ ∧ 𝐵 ≠ 𝑐 ) )