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Theorem istrkg3ld

Description: Property of fulfilling the lower dimension 3 axiom. (Contributed by Thierry Arnoux, 12-Jul-2020)

Ref Expression
Hypotheses istrkg.p ⊢ P = Base G
istrkg.d ⊢ - ˙ = dist ⁡ G
istrkg.i ⊢ I = Itv ⁡ G
Assertion istrkg3ld ⊢ G ∈ V → G Dim 𝒢 ≥ 3 ↔ ∃ u ∈ P ∃ v ∈ P u ≠ v ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 istrkg.p ⊢ P = Base G
2 istrkg.d ⊢ - ˙ = dist ⁡ G
3 istrkg.i ⊢ I = Itv ⁡ G
4 3z ⊢ 3 ∈ ℤ
5 2re ⊢ 2 ∈ ℝ
6 3re ⊢ 3 ∈ ℝ
7 2lt3 ⊢ 2 < 3
8 5 6 7 ltleii ⊢ 2 ≤ 3
9 2z ⊢ 2 ∈ ℤ
10 9 eluz1i ⊢ 3 ∈ ℤ ≥ 2 ↔ 3 ∈ ℤ ∧ 2 ≤ 3
11 4 8 10 mpbir2an ⊢ 3 ∈ ℤ ≥ 2
12 1 2 3 istrkgld ⊢ G ∈ V ∧ 3 ∈ ℤ ≥ 2 → G Dim 𝒢 ≥ 3 ↔ ∃ f f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
13 11 12 mpan2 ⊢ G ∈ V → G Dim 𝒢 ≥ 3 ↔ ∃ f f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
14 fzo13pr ⊢ 1 ..^ 3 = 1 2
15 f1eq2 ⊢ 1 ..^ 3 = 1 2 → f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ↔ f : 1 2 ⟶ 1-1 P
16 14 15 ax-mp ⊢ f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ↔ f : 1 2 ⟶ 1-1 P
17 16 anbi1i ⊢ f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
18 17 exbii ⊢ ∃ f f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ f f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
19 18 a1i ⊢ G ∈ V → ∃ f f : 1 ..^ 3 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ f f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
20 1z ⊢ 1 ∈ ℤ
21 1ne2 ⊢ 1 ≠ 2
22 oveq1 ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ x = f ⁡ 1 - ˙ x
23 22 eqeq1d ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ x = v - ˙ x ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x
24 oveq1 ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ y = f ⁡ 1 - ˙ y
25 24 eqeq1d ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ y = v - ˙ y ↔ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y
26 oveq1 ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ z = f ⁡ 1 - ˙ z
27 26 eqeq1d ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ z = v - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z
28 23 25 27 3anbi123d ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z
29 28 anbi1d ⊢ u = f ⁡ 1 → u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
30 29 rexbidv ⊢ u = f ⁡ 1 → ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ z ∈ P f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
31 30 2rexbidv ⊢ u = f ⁡ 1 → ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
32 oveq1 ⊢ v = f ⁡ 2 → v - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x
33 32 eqeq2d ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x
34 oveq1 ⊢ v = f ⁡ 2 → v - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y
35 34 eqeq2d ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ↔ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y
36 oveq1 ⊢ v = f ⁡ 2 → v - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
37 36 eqeq2d ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
38 33 35 37 3anbi123d ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
39 2p1e3 ⊢ 2 + 1 = 3
40 39 oveq2i ⊢ 2 ..^ 2 + 1 = 2 ..^ 3
41 fzosn ⊢ 2 ∈ ℤ → 2 ..^ 2 + 1 = 2
42 9 41 ax-mp ⊢ 2 ..^ 2 + 1 = 2
43 40 42 eqtr3i ⊢ 2 ..^ 3 = 2
44 43 raleqi ⊢ ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ ∀ j ∈ 2 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z
45 fveq2 ⊢ j = 2 → f ⁡ j = f ⁡ 2
46 45 oveq1d ⊢ j = 2 → f ⁡ j - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x
47 46 eqeq2d ⊢ j = 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x
48 45 oveq1d ⊢ j = 2 → f ⁡ j - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y
49 48 eqeq2d ⊢ j = 2 → f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ↔ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y
50 45 oveq1d ⊢ j = 2 → f ⁡ j - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
51 50 eqeq2d ⊢ j = 2 → f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
52 47 49 51 3anbi123d ⊢ j = 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
53 52 ralsng ⊢ 2 ∈ ℤ → ∀ j ∈ 2 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
54 9 53 ax-mp ⊢ ∀ j ∈ 2 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
55 44 54 bitri ⊢ ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ↔ f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ 2 - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ 2 - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ 2 - ˙ z
56 38 55 bitr4di ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ↔ ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z
57 56 anbi1d ⊢ v = f ⁡ 2 → f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
58 57 rexbidv ⊢ v = f ⁡ 2 → ∃ z ∈ P f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
59 58 2rexbidv ⊢ v = f ⁡ 2 → ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P f ⁡ 1 - ˙ x = v - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = v - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
60 31 59 f1prex ⊢ 1 ∈ ℤ ∧ 2 ∈ ℤ ∧ 1 ≠ 2 → ∃ f f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ u ∈ P ∃ v ∈ P u ≠ v ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
61 20 9 21 60 mp3an ⊢ ∃ f f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ u ∈ P ∃ v ∈ P u ≠ v ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
62 61 a1i ⊢ G ∈ V → ∃ f f : 1 2 ⟶ 1-1 P ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P ∀ j ∈ 2 ..^ 3 f ⁡ 1 - ˙ x = f ⁡ j - ˙ x ∧ f ⁡ 1 - ˙ y = f ⁡ j - ˙ y ∧ f ⁡ 1 - ˙ z = f ⁡ j - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z ↔ ∃ u ∈ P ∃ v ∈ P u ≠ v ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z
63 13 19 62 3bitrd ⊢ G ∈ V → G Dim 𝒢 ≥ 3 ↔ ∃ u ∈ P ∃ v ∈ P u ≠ v ∧ ∃ x ∈ P ∃ y ∈ P ∃ z ∈ P u - ˙ x = v - ˙ x ∧ u - ˙ y = v - ˙ y ∧ u - ˙ z = v - ˙ z ∧ ¬ z ∈ x I y ∨ x ∈ z I y ∨ y ∈ x I z