Metamath Proof Explorer


Theorem mulsunif

Description: Surreal multiplication has the uniformity property. That is, any cuts that define A and B can be used in the definition of ( A x.s B ) . Theorem 3.5 of Gonshor p. 18. (Contributed by Scott Fenton, 7-Mar-2025)

Ref Expression
Hypotheses mulsunif.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ฟ <<s ๐‘… )
mulsunif.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ <<s ๐‘† )
mulsunif.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด = ( ๐ฟ |s ๐‘… ) )
mulsunif.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต = ( ๐‘€ |s ๐‘† ) )
Assertion mulsunif ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยทs ๐ต ) = ( ( { ๐‘Ž โˆฃ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘ž โˆˆ ๐‘€ ๐‘Ž = ( ( ( ๐‘ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ž ) ) -s ( ๐‘ ยทs ๐‘ž ) ) } โˆช { ๐‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘  โˆˆ ๐‘† ๐‘ = ( ( ( ๐‘Ÿ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘  ) ) -s ( ๐‘Ÿ ยทs ๐‘  ) ) } ) |s ( { ๐‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘ข โˆˆ ๐‘† ๐‘ = ( ( ( ๐‘ก ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ข ) ) -s ( ๐‘ก ยทs ๐‘ข ) ) } โˆช { ๐‘‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ๐‘€ ๐‘‘ = ( ( ( ๐‘ฃ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ค ) ) -s ( ๐‘ฃ ยทs ๐‘ค ) ) } ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 mulsunif.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ฟ <<s ๐‘… )
2 mulsunif.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ <<s ๐‘† )
3 mulsunif.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด = ( ๐ฟ |s ๐‘… ) )
4 mulsunif.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต = ( ๐‘€ |s ๐‘† ) )
5 1 2 3 4 mulsuniflem โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยทs ๐ต ) = ( ( { ๐‘’ โˆฃ โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐‘€ ๐‘’ = ( ( ( ๐‘“ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘” ) ) -s ( ๐‘“ ยทs ๐‘” ) ) } โˆช { โ„Ž โˆฃ โˆƒ ๐‘– โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘— โˆˆ ๐‘† โ„Ž = ( ( ( ๐‘– ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘— ) ) -s ( ๐‘– ยทs ๐‘— ) ) } ) |s ( { ๐‘˜ โˆฃ โˆƒ ๐‘™ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘š โˆˆ ๐‘† ๐‘˜ = ( ( ( ๐‘™ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘š ) ) -s ( ๐‘™ ยทs ๐‘š ) ) } โˆช { ๐‘› โˆฃ โˆƒ ๐‘œ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘€ ๐‘› = ( ( ( ๐‘œ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ฅ ) ) -s ( ๐‘œ ยทs ๐‘ฅ ) ) } ) ) )
6 mulsval2lem โŠข { ๐‘Ž โˆฃ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘ž โˆˆ ๐‘€ ๐‘Ž = ( ( ( ๐‘ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ž ) ) -s ( ๐‘ ยทs ๐‘ž ) ) } = { ๐‘’ โˆฃ โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐‘€ ๐‘’ = ( ( ( ๐‘“ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘” ) ) -s ( ๐‘“ ยทs ๐‘” ) ) }
7 mulsval2lem โŠข { ๐‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘  โˆˆ ๐‘† ๐‘ = ( ( ( ๐‘Ÿ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘  ) ) -s ( ๐‘Ÿ ยทs ๐‘  ) ) } = { โ„Ž โˆฃ โˆƒ ๐‘– โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘— โˆˆ ๐‘† โ„Ž = ( ( ( ๐‘– ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘— ) ) -s ( ๐‘– ยทs ๐‘— ) ) }
8 6 7 uneq12i โŠข ( { ๐‘Ž โˆฃ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘ž โˆˆ ๐‘€ ๐‘Ž = ( ( ( ๐‘ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ž ) ) -s ( ๐‘ ยทs ๐‘ž ) ) } โˆช { ๐‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘  โˆˆ ๐‘† ๐‘ = ( ( ( ๐‘Ÿ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘  ) ) -s ( ๐‘Ÿ ยทs ๐‘  ) ) } ) = ( { ๐‘’ โˆฃ โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐‘€ ๐‘’ = ( ( ( ๐‘“ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘” ) ) -s ( ๐‘“ ยทs ๐‘” ) ) } โˆช { โ„Ž โˆฃ โˆƒ ๐‘– โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘— โˆˆ ๐‘† โ„Ž = ( ( ( ๐‘– ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘— ) ) -s ( ๐‘– ยทs ๐‘— ) ) } )
9 mulsval2lem โŠข { ๐‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘ข โˆˆ ๐‘† ๐‘ = ( ( ( ๐‘ก ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ข ) ) -s ( ๐‘ก ยทs ๐‘ข ) ) } = { ๐‘˜ โˆฃ โˆƒ ๐‘™ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘š โˆˆ ๐‘† ๐‘˜ = ( ( ( ๐‘™ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘š ) ) -s ( ๐‘™ ยทs ๐‘š ) ) }
10 mulsval2lem โŠข { ๐‘‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ๐‘€ ๐‘‘ = ( ( ( ๐‘ฃ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ค ) ) -s ( ๐‘ฃ ยทs ๐‘ค ) ) } = { ๐‘› โˆฃ โˆƒ ๐‘œ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘€ ๐‘› = ( ( ( ๐‘œ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ฅ ) ) -s ( ๐‘œ ยทs ๐‘ฅ ) ) }
11 9 10 uneq12i โŠข ( { ๐‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘ข โˆˆ ๐‘† ๐‘ = ( ( ( ๐‘ก ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ข ) ) -s ( ๐‘ก ยทs ๐‘ข ) ) } โˆช { ๐‘‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ๐‘€ ๐‘‘ = ( ( ( ๐‘ฃ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ค ) ) -s ( ๐‘ฃ ยทs ๐‘ค ) ) } ) = ( { ๐‘˜ โˆฃ โˆƒ ๐‘™ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘š โˆˆ ๐‘† ๐‘˜ = ( ( ( ๐‘™ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘š ) ) -s ( ๐‘™ ยทs ๐‘š ) ) } โˆช { ๐‘› โˆฃ โˆƒ ๐‘œ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘€ ๐‘› = ( ( ( ๐‘œ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ฅ ) ) -s ( ๐‘œ ยทs ๐‘ฅ ) ) } )
12 8 11 oveq12i โŠข ( ( { ๐‘Ž โˆฃ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘ž โˆˆ ๐‘€ ๐‘Ž = ( ( ( ๐‘ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ž ) ) -s ( ๐‘ ยทs ๐‘ž ) ) } โˆช { ๐‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘  โˆˆ ๐‘† ๐‘ = ( ( ( ๐‘Ÿ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘  ) ) -s ( ๐‘Ÿ ยทs ๐‘  ) ) } ) |s ( { ๐‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘ข โˆˆ ๐‘† ๐‘ = ( ( ( ๐‘ก ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ข ) ) -s ( ๐‘ก ยทs ๐‘ข ) ) } โˆช { ๐‘‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ๐‘€ ๐‘‘ = ( ( ( ๐‘ฃ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ค ) ) -s ( ๐‘ฃ ยทs ๐‘ค ) ) } ) ) = ( ( { ๐‘’ โˆฃ โˆƒ ๐‘“ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘” โˆˆ ๐‘€ ๐‘’ = ( ( ( ๐‘“ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘” ) ) -s ( ๐‘“ ยทs ๐‘” ) ) } โˆช { โ„Ž โˆฃ โˆƒ ๐‘– โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘— โˆˆ ๐‘† โ„Ž = ( ( ( ๐‘– ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘— ) ) -s ( ๐‘– ยทs ๐‘— ) ) } ) |s ( { ๐‘˜ โˆฃ โˆƒ ๐‘™ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘š โˆˆ ๐‘† ๐‘˜ = ( ( ( ๐‘™ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘š ) ) -s ( ๐‘™ ยทs ๐‘š ) ) } โˆช { ๐‘› โˆฃ โˆƒ ๐‘œ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ฅ โˆˆ ๐‘€ ๐‘› = ( ( ( ๐‘œ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ฅ ) ) -s ( ๐‘œ ยทs ๐‘ฅ ) ) } ) )
13 5 12 eqtr4di โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด ยทs ๐ต ) = ( ( { ๐‘Ž โˆฃ โˆƒ ๐‘ โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘ž โˆˆ ๐‘€ ๐‘Ž = ( ( ( ๐‘ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ž ) ) -s ( ๐‘ ยทs ๐‘ž ) ) } โˆช { ๐‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘Ÿ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘  โˆˆ ๐‘† ๐‘ = ( ( ( ๐‘Ÿ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘  ) ) -s ( ๐‘Ÿ ยทs ๐‘  ) ) } ) |s ( { ๐‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘ก โˆˆ ๐ฟ โˆƒ ๐‘ข โˆˆ ๐‘† ๐‘ = ( ( ( ๐‘ก ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ข ) ) -s ( ๐‘ก ยทs ๐‘ข ) ) } โˆช { ๐‘‘ โˆฃ โˆƒ ๐‘ฃ โˆˆ ๐‘… โˆƒ ๐‘ค โˆˆ ๐‘€ ๐‘‘ = ( ( ( ๐‘ฃ ยทs ๐ต ) +s ( ๐ด ยทs ๐‘ค ) ) -s ( ๐‘ฃ ยทs ๐‘ค ) ) } ) ) )