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Theorem axtgcont1

Description: Axiom of Continuity. Axiom A11 of Schwabhauser p. 13. This axiom (scheme) asserts that any two sets S and T (of points) such that the elements of S precede the elements of T with respect to some point a (that is, x is between a and y whenever x is in X and y is in Y ) are separated by some point b ; this is explained in Axiom 11 of Tarski1999 p. 185. (Contributed by Thierry Arnoux, 16-Mar-2019)

Ref Expression
Hypotheses axtrkg.p ⊢ P = Base G
axtrkg.d ⊢ - ˙ = dist ⁡ G
axtrkg.i ⊢ I = Itv ⁡ G
axtrkg.g ⊢ φ → G ∈ 𝒢 Tarski
axtgcont.1 ⊢ φ → S ⊆ P
axtgcont.2 ⊢ φ → T ⊆ P
Assertion axtgcont1 ⊢ φ → ∃ a ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T b ∈ x I y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 axtrkg.p ⊢ P = Base G
2 axtrkg.d ⊢ - ˙ = dist ⁡ G
3 axtrkg.i ⊢ I = Itv ⁡ G
4 axtrkg.g ⊢ φ → G ∈ 𝒢 Tarski
5 axtgcont.1 ⊢ φ → S ⊆ P
6 axtgcont.2 ⊢ φ → T ⊆ P
7 df-trkg ⊢ 𝒢 Tarski = 𝒢 Tarski C ∩ 𝒢 Tarski B ∩ 𝒢 Tarski CB ∩ f | [˙Base f / p]˙ [˙ Itv ⁡ f / i]˙ Line 𝒢 ⁡ f = x ∈ p , y ∈ p ∖ x ⟼ z ∈ p | z ∈ x i y ∨ x ∈ z i y ∨ y ∈ x i z
8 inss1 ⊢ 𝒢 Tarski C ∩ 𝒢 Tarski B ∩ 𝒢 Tarski CB ∩ f | [˙Base f / p]˙ [˙ Itv ⁡ f / i]˙ Line 𝒢 ⁡ f = x ∈ p , y ∈ p ∖ x ⟼ z ∈ p | z ∈ x i y ∨ x ∈ z i y ∨ y ∈ x i z ⊆ 𝒢 Tarski C ∩ 𝒢 Tarski B
9 inss2 ⊢ 𝒢 Tarski C ∩ 𝒢 Tarski B ⊆ 𝒢 Tarski B
10 8 9 sstri ⊢ 𝒢 Tarski C ∩ 𝒢 Tarski B ∩ 𝒢 Tarski CB ∩ f | [˙Base f / p]˙ [˙ Itv ⁡ f / i]˙ Line 𝒢 ⁡ f = x ∈ p , y ∈ p ∖ x ⟼ z ∈ p | z ∈ x i y ∨ x ∈ z i y ∨ y ∈ x i z ⊆ 𝒢 Tarski B
11 7 10 eqsstri ⊢ 𝒢 Tarski ⊆ 𝒢 Tarski B
12 11 4 sselid ⊢ φ → G ∈ 𝒢 Tarski B
13 1 2 3 istrkgb ⊢ G ∈ 𝒢 Tarski B ↔ G ∈ V ∧ ∀ x ∈ P ∀ y ∈ P y ∈ x I x → x = y ∧ ∀ x ∈ P ∀ y ∈ P ∀ z ∈ P ∀ u ∈ P ∀ v ∈ P u ∈ x I z ∧ v ∈ y I z → ∃ a ∈ P a ∈ u I y ∧ a ∈ v I x ∧ ∀ s ∈ 𝒫 P ∀ t ∈ 𝒫 P ∃ a ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y
14 13 simprbi ⊢ G ∈ 𝒢 Tarski B → ∀ x ∈ P ∀ y ∈ P y ∈ x I x → x = y ∧ ∀ x ∈ P ∀ y ∈ P ∀ z ∈ P ∀ u ∈ P ∀ v ∈ P u ∈ x I z ∧ v ∈ y I z → ∃ a ∈ P a ∈ u I y ∧ a ∈ v I x ∧ ∀ s ∈ 𝒫 P ∀ t ∈ 𝒫 P ∃ a ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y
15 14 simp3d ⊢ G ∈ 𝒢 Tarski B → ∀ s ∈ 𝒫 P ∀ t ∈ 𝒫 P ∃ a ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y
16 12 15 syl ⊢ φ → ∀ s ∈ 𝒫 P ∀ t ∈ 𝒫 P ∃ a ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y
17 1 fvexi ⊢ P ∈ V
18 17 ssex ⊢ S ⊆ P → S ∈ V
19 elpwg ⊢ S ∈ V → S ∈ 𝒫 P ↔ S ⊆ P
20 5 18 19 3syl ⊢ φ → S ∈ 𝒫 P ↔ S ⊆ P
21 5 20 mpbird ⊢ φ → S ∈ 𝒫 P
22 17 ssex ⊢ T ⊆ P → T ∈ V
23 elpwg ⊢ T ∈ V → T ∈ 𝒫 P ↔ T ⊆ P
24 6 22 23 3syl ⊢ φ → T ∈ 𝒫 P ↔ T ⊆ P
25 6 24 mpbird ⊢ φ → T ∈ 𝒫 P
26 raleq ⊢ s = S → ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y ↔ ∀ x ∈ S ∀ y ∈ t x ∈ a I y
27 26 rexbidv ⊢ s = S → ∃ a ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y ↔ ∃ a ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ t x ∈ a I y
28 raleq ⊢ s = S → ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y ↔ ∀ x ∈ S ∀ y ∈ t b ∈ x I y
29 28 rexbidv ⊢ s = S → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y ↔ ∃ b ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ t b ∈ x I y
30 27 29 imbi12d ⊢ s = S → ∃ a ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y ↔ ∃ a ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ t x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ t b ∈ x I y
31 raleq ⊢ t = T → ∀ y ∈ t x ∈ a I y ↔ ∀ y ∈ T x ∈ a I y
32 31 rexralbidv ⊢ t = T → ∃ a ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ t x ∈ a I y ↔ ∃ a ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T x ∈ a I y
33 raleq ⊢ t = T → ∀ y ∈ t b ∈ x I y ↔ ∀ y ∈ T b ∈ x I y
34 33 rexralbidv ⊢ t = T → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ t b ∈ x I y ↔ ∃ b ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T b ∈ x I y
35 32 34 imbi12d ⊢ t = T → ∃ a ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ t x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ t b ∈ x I y ↔ ∃ a ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T b ∈ x I y
36 30 35 rspc2v ⊢ S ∈ 𝒫 P ∧ T ∈ 𝒫 P → ∀ s ∈ 𝒫 P ∀ t ∈ 𝒫 P ∃ a ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y → ∃ a ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T b ∈ x I y
37 21 25 36 syl2anc ⊢ φ → ∀ s ∈ 𝒫 P ∀ t ∈ 𝒫 P ∃ a ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y → ∃ a ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T b ∈ x I y
38 16 37 mpd ⊢ φ → ∃ a ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ S ∀ y ∈ T b ∈ x I y