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Theorem cvrexch

Description: A Hilbert lattice satisfies the exchange axiom. Proposition 1(iii) of Kalmbach p. 140 and its converse. Originally proved by Garrett Birkhoff in 1933. ( cvexchi analog.) (Contributed by NM, 18-Nov-2011)

Ref Expression
Hypotheses cvrexch.b ⊢ B = Base K
cvrexch.j ⊢ ∨ ˙ = join ⁡ K
cvrexch.m ⊢ ∧ ˙ = meet ⁡ K
cvrexch.c ⊢ C = ⋖ K
Assertion cvrexch ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X ∧ ˙ Y C Y ↔ X C X ∨ ˙ Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 cvrexch.b ⊢ B = Base K
2 cvrexch.j ⊢ ∨ ˙ = join ⁡ K
3 cvrexch.m ⊢ ∧ ˙ = meet ⁡ K
4 cvrexch.c ⊢ C = ⋖ K
5 1 2 3 4 cvrexchlem ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X ∧ ˙ Y C Y → X C X ∨ ˙ Y
6 simp1 ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → K ∈ HL
7 hlop ⊢ K ∈ HL → K ∈ OP
8 7 3ad2ant1 ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → K ∈ OP
9 simp3 ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → Y ∈ B
10 eqid ⊢ oc ⁡ K = oc ⁡ K
11 1 10 opoccl ⊢ K ∈ OP ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ Y ∈ B
12 8 9 11 syl2anc ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ Y ∈ B
13 simp2 ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X ∈ B
14 1 10 opoccl ⊢ K ∈ OP ∧ X ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∈ B
15 8 13 14 syl2anc ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∈ B
16 1 2 3 4 cvrexchlem ⊢ K ∈ HL ∧ oc ⁡ K ⁡ Y ∈ B ∧ oc ⁡ K ⁡ X ∈ B → oc ⁡ K ⁡ Y ∧ ˙ oc ⁡ K ⁡ X C oc ⁡ K ⁡ X → oc ⁡ K ⁡ Y C oc ⁡ K ⁡ Y ∨ ˙ oc ⁡ K ⁡ X
17 6 12 15 16 syl3anc ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ Y ∧ ˙ oc ⁡ K ⁡ X C oc ⁡ K ⁡ X → oc ⁡ K ⁡ Y C oc ⁡ K ⁡ Y ∨ ˙ oc ⁡ K ⁡ X
18 hlol ⊢ K ∈ HL → K ∈ OL
19 1 2 3 10 oldmj1 ⊢ K ∈ OL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ Y = oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ oc ⁡ K ⁡ Y
20 18 19 syl3an1 ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ Y = oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ oc ⁡ K ⁡ Y
21 hllat ⊢ K ∈ HL → K ∈ Lat
22 21 3ad2ant1 ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → K ∈ Lat
23 1 3 latmcom ⊢ K ∈ Lat ∧ oc ⁡ K ⁡ X ∈ B ∧ oc ⁡ K ⁡ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ oc ⁡ K ⁡ Y = oc ⁡ K ⁡ Y ∧ ˙ oc ⁡ K ⁡ X
24 22 15 12 23 syl3anc ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ oc ⁡ K ⁡ Y = oc ⁡ K ⁡ Y ∧ ˙ oc ⁡ K ⁡ X
25 20 24 eqtrd ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ Y = oc ⁡ K ⁡ Y ∧ ˙ oc ⁡ K ⁡ X
26 25 breq1d ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ Y C oc ⁡ K ⁡ X ↔ oc ⁡ K ⁡ Y ∧ ˙ oc ⁡ K ⁡ X C oc ⁡ K ⁡ X
27 1 2 3 10 oldmm1 ⊢ K ∈ OL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ Y = oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ oc ⁡ K ⁡ Y
28 18 27 syl3an1 ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ Y = oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ oc ⁡ K ⁡ Y
29 1 2 latjcom ⊢ K ∈ Lat ∧ oc ⁡ K ⁡ X ∈ B ∧ oc ⁡ K ⁡ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ oc ⁡ K ⁡ Y = oc ⁡ K ⁡ Y ∨ ˙ oc ⁡ K ⁡ X
30 22 15 12 29 syl3anc ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ oc ⁡ K ⁡ Y = oc ⁡ K ⁡ Y ∨ ˙ oc ⁡ K ⁡ X
31 28 30 eqtrd ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ Y = oc ⁡ K ⁡ Y ∨ ˙ oc ⁡ K ⁡ X
32 31 breq2d ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ Y C oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ Y ↔ oc ⁡ K ⁡ Y C oc ⁡ K ⁡ Y ∨ ˙ oc ⁡ K ⁡ X
33 17 26 32 3imtr4d ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ Y C oc ⁡ K ⁡ X → oc ⁡ K ⁡ Y C oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ Y
34 1 2 latjcl ⊢ K ∈ Lat ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X ∨ ˙ Y ∈ B
35 21 34 syl3an1 ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X ∨ ˙ Y ∈ B
36 1 10 4 cvrcon3b ⊢ K ∈ OP ∧ X ∈ B ∧ X ∨ ˙ Y ∈ B → X C X ∨ ˙ Y ↔ oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ Y C oc ⁡ K ⁡ X
37 8 13 35 36 syl3anc ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X C X ∨ ˙ Y ↔ oc ⁡ K ⁡ X ∨ ˙ Y C oc ⁡ K ⁡ X
38 1 3 latmcl ⊢ K ∈ Lat ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X ∧ ˙ Y ∈ B
39 21 38 syl3an1 ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X ∧ ˙ Y ∈ B
40 1 10 4 cvrcon3b ⊢ K ∈ OP ∧ X ∧ ˙ Y ∈ B ∧ Y ∈ B → X ∧ ˙ Y C Y ↔ oc ⁡ K ⁡ Y C oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ Y
41 8 39 9 40 syl3anc ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X ∧ ˙ Y C Y ↔ oc ⁡ K ⁡ Y C oc ⁡ K ⁡ X ∧ ˙ Y
42 33 37 41 3imtr4d ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X C X ∨ ˙ Y → X ∧ ˙ Y C Y
43 5 42 impbid ⊢ K ∈ HL ∧ X ∈ B ∧ Y ∈ B → X ∧ ˙ Y C Y ↔ X C X ∨ ˙ Y