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Theorem istrkgb

Description: Property of being a Tarski geometry - betweenness part. (Contributed by Thierry Arnoux, 14-Mar-2019)

Ref Expression
Hypotheses istrkg.p ⊢ P = Base G
istrkg.d ⊢ - ˙ = dist ⁡ G
istrkg.i ⊢ I = Itv ⁡ G
Assertion 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

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 istrkg.p ⊢ P = Base G
2 istrkg.d ⊢ - ˙ = dist ⁡ G
3 istrkg.i ⊢ I = Itv ⁡ G
4 simpl ⊢ p = P ∧ i = I → p = P
5 simpr ⊢ p = P ∧ i = I → i = I
6 5 oveqd ⊢ p = P ∧ i = I → x i x = x I x
7 6 eleq2d ⊢ p = P ∧ i = I → y ∈ x i x ↔ y ∈ x I x
8 7 imbi1d ⊢ p = P ∧ i = I → y ∈ x i x → x = y ↔ y ∈ x I x → x = y
9 4 8 raleqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ y ∈ p y ∈ x i x → x = y ↔ ∀ y ∈ P y ∈ x I x → x = y
10 4 9 raleqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ x ∈ p ∀ y ∈ p y ∈ x i x → x = y ↔ ∀ x ∈ P ∀ y ∈ P y ∈ x I x → x = y
11 5 oveqd ⊢ p = P ∧ i = I → x i z = x I z
12 11 eleq2d ⊢ p = P ∧ i = I → u ∈ x i z ↔ u ∈ x I z
13 5 oveqd ⊢ p = P ∧ i = I → y i z = y I z
14 13 eleq2d ⊢ p = P ∧ i = I → v ∈ y i z ↔ v ∈ y I z
15 12 14 anbi12d ⊢ p = P ∧ i = I → u ∈ x i z ∧ v ∈ y i z ↔ u ∈ x I z ∧ v ∈ y I z
16 5 oveqd ⊢ p = P ∧ i = I → u i y = u I y
17 16 eleq2d ⊢ p = P ∧ i = I → a ∈ u i y ↔ a ∈ u I y
18 5 oveqd ⊢ p = P ∧ i = I → v i x = v I x
19 18 eleq2d ⊢ p = P ∧ i = I → a ∈ v i x ↔ a ∈ v I x
20 17 19 anbi12d ⊢ p = P ∧ i = I → a ∈ u i y ∧ a ∈ v i x ↔ a ∈ u I y ∧ a ∈ v I x
21 4 20 rexeqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∃ a ∈ p a ∈ u i y ∧ a ∈ v i x ↔ ∃ a ∈ P a ∈ u I y ∧ a ∈ v I x
22 15 21 imbi12d ⊢ p = P ∧ i = I → u ∈ x i z ∧ v ∈ y i z → ∃ a ∈ p a ∈ u i y ∧ a ∈ v i x ↔ u ∈ x I z ∧ v ∈ y I z → ∃ a ∈ P a ∈ u I y ∧ a ∈ v I x
23 4 22 raleqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ v ∈ p u ∈ x i z ∧ v ∈ y i z → ∃ a ∈ p a ∈ u i y ∧ a ∈ v i x ↔ ∀ v ∈ P u ∈ x I z ∧ v ∈ y I z → ∃ a ∈ P a ∈ u I y ∧ a ∈ v I x
24 4 23 raleqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ u ∈ p ∀ v ∈ p u ∈ x i z ∧ v ∈ y i z → ∃ a ∈ p a ∈ u i y ∧ a ∈ v i x ↔ ∀ u ∈ P ∀ v ∈ P u ∈ x I z ∧ v ∈ y I z → ∃ a ∈ P a ∈ u I y ∧ a ∈ v I x
25 4 24 raleqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ z ∈ p ∀ u ∈ p ∀ v ∈ p u ∈ x i z ∧ v ∈ y i z → ∃ a ∈ p a ∈ u i y ∧ a ∈ v i x ↔ ∀ z ∈ P ∀ u ∈ P ∀ v ∈ P u ∈ x I z ∧ v ∈ y I z → ∃ a ∈ P a ∈ u I y ∧ a ∈ v I x
26 4 25 raleqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ 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 ↔ ∀ 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
27 4 26 raleqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ 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 ↔ ∀ 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
28 4 pweqd ⊢ p = P ∧ i = I → 𝒫 p = 𝒫 P
29 5 oveqd ⊢ p = P ∧ i = I → a i y = a I y
30 29 eleq2d ⊢ p = P ∧ i = I → x ∈ a i y ↔ x ∈ a I y
31 30 2ralbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a i y ↔ ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y
32 4 31 rexeqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∃ a ∈ p ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a i y ↔ ∃ a ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y
33 5 oveqd ⊢ p = P ∧ i = I → x i y = x I y
34 33 eleq2d ⊢ p = P ∧ i = I → b ∈ x i y ↔ b ∈ x I y
35 34 2ralbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x i y ↔ ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y
36 4 35 rexeqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∃ b ∈ p ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x i y ↔ ∃ b ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y
37 32 36 imbi12d ⊢ p = P ∧ i = I → ∃ 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 28 37 raleqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ t ∈ 𝒫 p ∃ a ∈ p ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a i y → ∃ b ∈ p ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x i y ↔ ∀ t ∈ 𝒫 P ∃ a ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t x ∈ a I y → ∃ b ∈ P ∀ x ∈ s ∀ y ∈ t b ∈ x I y
39 28 38 raleqbidv ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ 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 ↔ ∀ 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
40 10 27 39 3anbi123d ⊢ p = P ∧ i = I → ∀ 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 ↔ ∀ 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
41 1 3 40 sbcie2s ⊢ f = G → [˙Base f / p]˙ [˙ Itv ⁡ f / i]˙ ∀ 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 ↔ ∀ 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
42 df-trkgb ⊢ 𝒢 Tarski B = f | [˙Base f / p]˙ [˙ Itv ⁡ f / i]˙ ∀ 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
43 41 42 elab4g ⊢ 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