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Theorem isarchi3

Description: This is the usual definition of the Archimedean property for an ordered group. (Contributed by Thierry Arnoux, 30-Jan-2018)

Ref Expression
Hypotheses isarchi3.b ⊢ B = Base W
isarchi3.0 ⊢ 0 ˙ = 0 W
isarchi3.i ⊢ < ˙ = < W
isarchi3.x ⊢ · ˙ = ⋅ W
Assertion isarchi3 ⊢ W ∈ oGrp → W ∈ Archi ↔ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y < ˙ n · ˙ x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isarchi3.b ⊢ B = Base W
2 isarchi3.0 ⊢ 0 ˙ = 0 W
3 isarchi3.i ⊢ < ˙ = < W
4 isarchi3.x ⊢ · ˙ = ⋅ W
5 isogrp ⊢ W ∈ oGrp ↔ W ∈ Grp ∧ W ∈ oMnd
6 5 simprbi ⊢ W ∈ oGrp → W ∈ oMnd
7 omndtos ⊢ W ∈ oMnd → W ∈ Toset
8 6 7 syl ⊢ W ∈ oGrp → W ∈ Toset
9 grpmnd ⊢ W ∈ Grp → W ∈ Mnd
10 9 adantr ⊢ W ∈ Grp ∧ W ∈ oMnd → W ∈ Mnd
11 5 10 sylbi ⊢ W ∈ oGrp → W ∈ Mnd
12 eqid ⊢ ≤ W = ≤ W
13 1 2 4 12 3 isarchi2 ⊢ W ∈ Toset ∧ W ∈ Mnd → W ∈ Archi ↔ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y ≤ W n · ˙ x
14 8 11 13 syl2anc ⊢ W ∈ oGrp → W ∈ Archi ↔ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y ≤ W n · ˙ x
15 simpr ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → n ∈ ℕ
16 15 adantr ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → n ∈ ℕ
17 16 peano2nnd ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → n + 1 ∈ ℕ
18 simp-4l ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → W ∈ oGrp
19 18 adantr ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → W ∈ oGrp
20 ogrpgrp ⊢ W ∈ oGrp → W ∈ Grp
21 1 2 grpidcl ⊢ W ∈ Grp → 0 ˙ ∈ B
22 19 20 21 3syl ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → 0 ˙ ∈ B
23 simp-4r ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → x ∈ B
24 23 adantr ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → x ∈ B
25 20 ad4antr ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → W ∈ Grp
26 15 nnzd ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → n ∈ ℤ
27 1 4 mulgcl ⊢ W ∈ Grp ∧ n ∈ ℤ ∧ x ∈ B → n · ˙ x ∈ B
28 25 26 23 27 syl3anc ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → n · ˙ x ∈ B
29 28 adantr ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → n · ˙ x ∈ B
30 simpllr ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → 0 ˙ < ˙ x
31 eqid ⊢ + W = + W
32 1 3 31 ogrpaddlt ⊢ W ∈ oGrp ∧ 0 ˙ ∈ B ∧ x ∈ B ∧ n · ˙ x ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x → 0 ˙ + W n · ˙ x < ˙ x + W n · ˙ x
33 19 22 24 29 30 32 syl131anc ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → 0 ˙ + W n · ˙ x < ˙ x + W n · ˙ x
34 19 20 syl ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → W ∈ Grp
35 1 31 2 grplid ⊢ W ∈ Grp ∧ n · ˙ x ∈ B → 0 ˙ + W n · ˙ x = n · ˙ x
36 34 29 35 syl2anc ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → 0 ˙ + W n · ˙ x = n · ˙ x
37 nncn ⊢ n ∈ ℕ → n ∈ ℂ
38 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
39 addcom ⊢ n ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → n + 1 = 1 + n
40 37 38 39 sylancl ⊢ n ∈ ℕ → n + 1 = 1 + n
41 40 oveq1d ⊢ n ∈ ℕ → n + 1 · ˙ x = 1 + n · ˙ x
42 16 41 syl ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → n + 1 · ˙ x = 1 + n · ˙ x
43 grpsgrp ⊢ W ∈ Grp → W ∈ Smgrp
44 19 20 43 3syl ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → W ∈ Smgrp
45 1nn ⊢ 1 ∈ ℕ
46 45 a1i ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → 1 ∈ ℕ
47 1 4 31 mulgnndir ⊢ W ∈ Smgrp ∧ 1 ∈ ℕ ∧ n ∈ ℕ ∧ x ∈ B → 1 + n · ˙ x = 1 · ˙ x + W n · ˙ x
48 44 46 16 24 47 syl13anc ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → 1 + n · ˙ x = 1 · ˙ x + W n · ˙ x
49 1 4 mulg1 ⊢ x ∈ B → 1 · ˙ x = x
50 24 49 syl ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → 1 · ˙ x = x
51 50 oveq1d ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → 1 · ˙ x + W n · ˙ x = x + W n · ˙ x
52 42 48 51 3eqtrrd ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → x + W n · ˙ x = n + 1 · ˙ x
53 33 36 52 3brtr3d ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → n · ˙ x < ˙ n + 1 · ˙ x
54 tospos ⊢ W ∈ Toset → W ∈ Poset
55 18 8 54 3syl ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → W ∈ Poset
56 simpllr ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → y ∈ B
57 26 peano2zd ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → n + 1 ∈ ℤ
58 1 4 mulgcl ⊢ W ∈ Grp ∧ n + 1 ∈ ℤ ∧ x ∈ B → n + 1 · ˙ x ∈ B
59 25 57 23 58 syl3anc ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → n + 1 · ˙ x ∈ B
60 1 12 3 plelttr ⊢ W ∈ Poset ∧ y ∈ B ∧ n · ˙ x ∈ B ∧ n + 1 · ˙ x ∈ B → y ≤ W n · ˙ x ∧ n · ˙ x < ˙ n + 1 · ˙ x → y < ˙ n + 1 · ˙ x
61 55 56 28 59 60 syl13anc ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → y ≤ W n · ˙ x ∧ n · ˙ x < ˙ n + 1 · ˙ x → y < ˙ n + 1 · ˙ x
62 61 impl ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x ∧ n · ˙ x < ˙ n + 1 · ˙ x → y < ˙ n + 1 · ˙ x
63 53 62 mpdan ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → y < ˙ n + 1 · ˙ x
64 oveq1 ⊢ m = n + 1 → m · ˙ x = n + 1 · ˙ x
65 64 breq2d ⊢ m = n + 1 → y < ˙ m · ˙ x ↔ y < ˙ n + 1 · ˙ x
66 65 rspcev ⊢ n + 1 ∈ ℕ ∧ y < ˙ n + 1 · ˙ x → ∃ m ∈ ℕ y < ˙ m · ˙ x
67 17 63 66 syl2anc ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ ∧ y ≤ W n · ˙ x → ∃ m ∈ ℕ y < ˙ m · ˙ x
68 67 r19.29an ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ ∃ n ∈ ℕ y ≤ W n · ˙ x → ∃ m ∈ ℕ y < ˙ m · ˙ x
69 oveq1 ⊢ m = n → m · ˙ x = n · ˙ x
70 69 breq2d ⊢ m = n → y < ˙ m · ˙ x ↔ y < ˙ n · ˙ x
71 70 cbvrexvw ⊢ ∃ m ∈ ℕ y < ˙ m · ˙ x ↔ ∃ n ∈ ℕ y < ˙ n · ˙ x
72 68 71 sylib ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ ∃ n ∈ ℕ y ≤ W n · ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y < ˙ n · ˙ x
73 12 3 pltle ⊢ W ∈ oGrp ∧ y ∈ B ∧ n · ˙ x ∈ B → y < ˙ n · ˙ x → y ≤ W n · ˙ x
74 18 56 28 73 syl3anc ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ n ∈ ℕ → y < ˙ n · ˙ x → y ≤ W n · ˙ x
75 74 reximdva ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y < ˙ n · ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y ≤ W n · ˙ x
76 75 imp ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x ∧ ∃ n ∈ ℕ y < ˙ n · ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y ≤ W n · ˙ x
77 72 76 impbida ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B ∧ 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y ≤ W n · ˙ x ↔ ∃ n ∈ ℕ y < ˙ n · ˙ x
78 77 pm5.74da ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B ∧ y ∈ B → 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y ≤ W n · ˙ x ↔ 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y < ˙ n · ˙ x
79 78 ralbidva ⊢ W ∈ oGrp ∧ x ∈ B → ∀ y ∈ B 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y ≤ W n · ˙ x ↔ ∀ y ∈ B 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y < ˙ n · ˙ x
80 79 ralbidva ⊢ W ∈ oGrp → ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y ≤ W n · ˙ x ↔ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y < ˙ n · ˙ x
81 14 80 bitrd ⊢ W ∈ oGrp → W ∈ Archi ↔ ∀ x ∈ B ∀ y ∈ B 0 ˙ < ˙ x → ∃ n ∈ ℕ y < ˙ n · ˙ x