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Theorem dfwe2

Description: Alternate definition of well-ordering. Definition 6.24(2) of TakeutiZaring p. 30. (Contributed by NM, 16-Mar-1997) (Proof shortened by Andrew Salmon, 12-Aug-2011)

Ref Expression
Assertion dfwe2 ( 𝑅 We 𝐴 ↔ ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 df-we ( 𝑅 We 𝐴 ↔ ( 𝑅 Fr 𝐴𝑅 Or 𝐴 ) )
2 df-so ( 𝑅 Or 𝐴 ↔ ( 𝑅 Po 𝐴 ∧ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ) )
3 simpr ( ( 𝑅 Po 𝐴 ∧ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ) → ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) )
4 ax1w ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ( 𝑥 𝑅 𝑧 → ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) )
5 fr2nr ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴 ) ) → ¬ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) )
6 5 3adantr3 ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ¬ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) )
7 breq2 ( 𝑥 = 𝑧 → ( 𝑦 𝑅 𝑥𝑦 𝑅 𝑧 ) )
8 7 anbi2d ( 𝑥 = 𝑧 → ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ↔ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
9 8 notbid ( 𝑥 = 𝑧 → ( ¬ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ↔ ¬ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
10 6 9 syl5ibcom ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ( 𝑥 = 𝑧 → ¬ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
11 pm2.21 ( ¬ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) )
12 10 11 syl6 ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ( 𝑥 = 𝑧 → ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) )
13 fr3nr ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ¬ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) )
14 df-3an ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) ↔ ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) ∧ 𝑧 𝑅 𝑥 ) )
15 14 biimpri ( ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) ∧ 𝑧 𝑅 𝑥 ) → ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) )
16 15 ancoms ( ( 𝑧 𝑅 𝑥 ∧ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) )
17 13 16 nsyl ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ¬ ( 𝑧 𝑅 𝑥 ∧ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
18 17 pm2.21d ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ( ( 𝑧 𝑅 𝑥 ∧ ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) )
19 18 expd ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ( 𝑧 𝑅 𝑥 → ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) )
20 4 12 19 3jaod ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ( ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) → ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) )
21 frirr ( ( 𝑅 Fr 𝐴𝑥𝐴 ) → ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 )
22 21 3ad2antr1 ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 )
23 20 22 jctild ( ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) ) → ( ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) → ( ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 ∧ ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) ) )
24 23 ex ( 𝑅 Fr 𝐴 → ( ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) → ( ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) → ( ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 ∧ ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) ) ) )
25 24 a2d ( 𝑅 Fr 𝐴 → ( ( ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) → ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) ) → ( ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) → ( ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 ∧ ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) ) ) )
26 25 alimdv ( 𝑅 Fr 𝐴 → ( ∀ 𝑧 ( ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) → ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) ) → ∀ 𝑧 ( ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) → ( ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 ∧ ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) ) ) )
27 26 2alimdv ( 𝑅 Fr 𝐴 → ( ∀ 𝑥𝑦𝑧 ( ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) → ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) ) → ∀ 𝑥𝑦𝑧 ( ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) → ( ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 ∧ ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) ) ) )
28 r3al ( ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑥𝑦𝑧 ( ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) → ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) ) )
29 r3al ( ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ( ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 ∧ ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝑦𝑧 ( ( 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ) → ( ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 ∧ ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) ) )
30 27 28 29 3imtr4g ( 𝑅 Fr 𝐴 → ( ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) → ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ( ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 ∧ ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) ) )
31 breq2 ( 𝑦 = 𝑧 → ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 𝑅 𝑧 ) )
32 equequ2 ( 𝑦 = 𝑧 → ( 𝑥 = 𝑦𝑥 = 𝑧 ) )
33 breq1 ( 𝑦 = 𝑧 → ( 𝑦 𝑅 𝑥𝑧 𝑅 𝑥 ) )
34 31 32 33 3orbi123d ( 𝑦 = 𝑧 → ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ↔ ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) ) )
35 34 ralidmw ( ∀ 𝑦𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) )
36 34 cbvralvw ( ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑧𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) )
37 36 ralbii ( ∀ 𝑦𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑦𝐴𝑧𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) )
38 35 37 bitr3i ( ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑦𝐴𝑧𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) )
39 38 ralbii ( ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ↔ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑧𝑥 = 𝑧𝑧 𝑅 𝑥 ) )
40 df-po ( 𝑅 Po 𝐴 ↔ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴𝑧𝐴 ( ¬ 𝑥 𝑅 𝑥 ∧ ( ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑦 𝑅 𝑧 ) → 𝑥 𝑅 𝑧 ) ) )
41 30 39 40 3imtr4g ( 𝑅 Fr 𝐴 → ( ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) → 𝑅 Po 𝐴 ) )
42 41 ancrd ( 𝑅 Fr 𝐴 → ( ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) → ( 𝑅 Po 𝐴 ∧ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ) ) )
43 3 42 impbid2 ( 𝑅 Fr 𝐴 → ( ( 𝑅 Po 𝐴 ∧ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ) ↔ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ) )
44 2 43 bitrid ( 𝑅 Fr 𝐴 → ( 𝑅 Or 𝐴 ↔ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ) )
45 44 pm5.32i ( ( 𝑅 Fr 𝐴𝑅 Or 𝐴 ) ↔ ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ) )
46 1 45 bitri ( 𝑅 We 𝐴 ↔ ( 𝑅 Fr 𝐴 ∧ ∀ 𝑥𝐴𝑦𝐴 ( 𝑥 𝑅 𝑦𝑥 = 𝑦𝑦 𝑅 𝑥 ) ) )