Metamath Proof Explorer


Theorem hlsuprexch

Description: A Hilbert lattice has the superposition and exchange properties. (Contributed by NM, 13-Nov-2011)

Ref Expression
Hypotheses hlsuprexch.b ⊢ B = Base K
hlsuprexch.l ⊢ ≤ ˙ = ≤ K
hlsuprexch.j ⊢ ∨ ˙ = join ⁡ K
hlsuprexch.a ⊢ A = Atoms ⁡ K
Assertion hlsuprexch ⊢ K ∈ HL ∧ P ∈ A ∧ Q ∈ A → P ≠ Q → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ Q ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ Q ∧ ∀ z ∈ B ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ Q → Q ≤ ˙ z ∨ ˙ P

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hlsuprexch.b ⊢ B = Base K
2 hlsuprexch.l ⊢ ≤ ˙ = ≤ K
3 hlsuprexch.j ⊢ ∨ ˙ = join ⁡ K
4 hlsuprexch.a ⊢ A = Atoms ⁡ K
5 eqid ⊢ < K = < K
6 eqid ⊢ 0. ⁡ K = 0. ⁡ K
7 eqid ⊢ 1. ⁡ K = 1. ⁡ K
8 1 2 5 3 6 7 4 ishlat2 ⊢ K ∈ HL ↔ K ∈ OML ∧ K ∈ CLat ∧ K ∈ AtLat ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ x ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ x ∨ ˙ y ∧ ∀ z ∈ B ¬ x ≤ ˙ z ∧ x ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ x ∧ ∃ x ∈ B ∃ y ∈ B ∃ z ∈ B 0. ⁡ K < K x ∧ x < K y ∧ y < K z ∧ z < K 1. ⁡ K
9 simprl ⊢ K ∈ OML ∧ K ∈ CLat ∧ K ∈ AtLat ∧ ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ x ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ x ∨ ˙ y ∧ ∀ z ∈ B ¬ x ≤ ˙ z ∧ x ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ x ∧ ∃ x ∈ B ∃ y ∈ B ∃ z ∈ B 0. ⁡ K < K x ∧ x < K y ∧ y < K z ∧ z < K 1. ⁡ K → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ x ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ x ∨ ˙ y ∧ ∀ z ∈ B ¬ x ≤ ˙ z ∧ x ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ x
10 8 9 sylbi ⊢ K ∈ HL → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ x ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ x ∨ ˙ y ∧ ∀ z ∈ B ¬ x ≤ ˙ z ∧ x ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ x
11 neeq1 ⊢ x = P → x ≠ y ↔ P ≠ y
12 neeq2 ⊢ x = P → z ≠ x ↔ z ≠ P
13 oveq1 ⊢ x = P → x ∨ ˙ y = P ∨ ˙ y
14 13 breq2d ⊢ x = P → z ≤ ˙ x ∨ ˙ y ↔ z ≤ ˙ P ∨ ˙ y
15 12 14 3anbi13d ⊢ x = P → z ≠ x ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ x ∨ ˙ y ↔ z ≠ P ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ y
16 15 rexbidv ⊢ x = P → ∃ z ∈ A z ≠ x ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ x ∨ ˙ y ↔ ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ y
17 11 16 imbi12d ⊢ x = P → x ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ x ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ x ∨ ˙ y ↔ P ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ y
18 breq1 ⊢ x = P → x ≤ ˙ z ↔ P ≤ ˙ z
19 18 notbid ⊢ x = P → ¬ x ≤ ˙ z ↔ ¬ P ≤ ˙ z
20 breq1 ⊢ x = P → x ≤ ˙ z ∨ ˙ y ↔ P ≤ ˙ z ∨ ˙ y
21 19 20 anbi12d ⊢ x = P → ¬ x ≤ ˙ z ∧ x ≤ ˙ z ∨ ˙ y ↔ ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ y
22 oveq2 ⊢ x = P → z ∨ ˙ x = z ∨ ˙ P
23 22 breq2d ⊢ x = P → y ≤ ˙ z ∨ ˙ x ↔ y ≤ ˙ z ∨ ˙ P
24 21 23 imbi12d ⊢ x = P → ¬ x ≤ ˙ z ∧ x ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ x ↔ ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ P
25 24 ralbidv ⊢ x = P → ∀ z ∈ B ¬ x ≤ ˙ z ∧ x ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ x ↔ ∀ z ∈ B ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ P
26 17 25 anbi12d ⊢ x = P → x ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ x ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ x ∨ ˙ y ∧ ∀ z ∈ B ¬ x ≤ ˙ z ∧ x ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ x ↔ P ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ y ∧ ∀ z ∈ B ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ P
27 neeq2 ⊢ y = Q → P ≠ y ↔ P ≠ Q
28 neeq2 ⊢ y = Q → z ≠ y ↔ z ≠ Q
29 oveq2 ⊢ y = Q → P ∨ ˙ y = P ∨ ˙ Q
30 29 breq2d ⊢ y = Q → z ≤ ˙ P ∨ ˙ y ↔ z ≤ ˙ P ∨ ˙ Q
31 28 30 3anbi23d ⊢ y = Q → z ≠ P ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ y ↔ z ≠ P ∧ z ≠ Q ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ Q
32 31 rexbidv ⊢ y = Q → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ y ↔ ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ Q ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ Q
33 27 32 imbi12d ⊢ y = Q → P ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ y ↔ P ≠ Q → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ Q ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ Q
34 oveq2 ⊢ y = Q → z ∨ ˙ y = z ∨ ˙ Q
35 34 breq2d ⊢ y = Q → P ≤ ˙ z ∨ ˙ y ↔ P ≤ ˙ z ∨ ˙ Q
36 35 anbi2d ⊢ y = Q → ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ y ↔ ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ Q
37 breq1 ⊢ y = Q → y ≤ ˙ z ∨ ˙ P ↔ Q ≤ ˙ z ∨ ˙ P
38 36 37 imbi12d ⊢ y = Q → ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ P ↔ ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ Q → Q ≤ ˙ z ∨ ˙ P
39 38 ralbidv ⊢ y = Q → ∀ z ∈ B ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ P ↔ ∀ z ∈ B ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ Q → Q ≤ ˙ z ∨ ˙ P
40 33 39 anbi12d ⊢ y = Q → P ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ y ∧ ∀ z ∈ B ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ P ↔ P ≠ Q → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ Q ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ Q ∧ ∀ z ∈ B ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ Q → Q ≤ ˙ z ∨ ˙ P
41 26 40 rspc2v ⊢ P ∈ A ∧ Q ∈ A → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x ≠ y → ∃ z ∈ A z ≠ x ∧ z ≠ y ∧ z ≤ ˙ x ∨ ˙ y ∧ ∀ z ∈ B ¬ x ≤ ˙ z ∧ x ≤ ˙ z ∨ ˙ y → y ≤ ˙ z ∨ ˙ x → P ≠ Q → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ Q ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ Q ∧ ∀ z ∈ B ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ Q → Q ≤ ˙ z ∨ ˙ P
42 10 41 mpan9 ⊢ K ∈ HL ∧ P ∈ A ∧ Q ∈ A → P ≠ Q → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ Q ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ Q ∧ ∀ z ∈ B ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ Q → Q ≤ ˙ z ∨ ˙ P
43 42 3impb ⊢ K ∈ HL ∧ P ∈ A ∧ Q ∈ A → P ≠ Q → ∃ z ∈ A z ≠ P ∧ z ≠ Q ∧ z ≤ ˙ P ∨ ˙ Q ∧ ∀ z ∈ B ¬ P ≤ ˙ z ∧ P ≤ ˙ z ∨ ˙ Q → Q ≤ ˙ z ∨ ˙ P