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Theorem fh1

Description: Foulis-Holland Theorem. If any 2 pairs in a triple of orthomodular lattice elements commute, the triple is distributive. First of two parts. Theorem 5 of Kalmbach p. 25. (Contributed by NM, 14-Jun-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion fh1 ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) = ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chincl ( ( 𝐴C𝐵C ) → ( 𝐴𝐵 ) ∈ C )
2 chincl ( ( 𝐴C𝐶C ) → ( 𝐴𝐶 ) ∈ C )
3 chjcl ( ( ( 𝐴𝐵 ) ∈ C ∧ ( 𝐴𝐶 ) ∈ C ) → ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ∈ C )
4 1 2 3 syl2an ( ( ( 𝐴C𝐵C ) ∧ ( 𝐴C𝐶C ) ) → ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ∈ C )
5 4 anandis ( ( 𝐴C ∧ ( 𝐵C𝐶C ) ) → ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ∈ C )
6 chjcl ( ( 𝐵C𝐶C ) → ( 𝐵 𝐶 ) ∈ C )
7 chincl ( ( 𝐴C ∧ ( 𝐵 𝐶 ) ∈ C ) → ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∈ C )
8 6 7 sylan2 ( ( 𝐴C ∧ ( 𝐵C𝐶C ) ) → ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∈ C )
9 chsh ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∈ C → ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∈ S )
10 8 9 syl ( ( 𝐴C ∧ ( 𝐵C𝐶C ) ) → ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∈ S )
11 5 10 jca ( ( 𝐴C ∧ ( 𝐵C𝐶C ) ) → ( ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ∈ C ∧ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∈ S ) )
12 11 3impb ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) → ( ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ∈ C ∧ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∈ S ) )
13 12 adantr ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ∈ C ∧ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∈ S ) )
14 ledi ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) → ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ⊆ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) )
15 14 adantr ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ⊆ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) )
16 incom ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) = ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ 𝐴 )
17 16 a1i ( ( ( 𝐴C𝐵C ) ∧ ( 𝐴C𝐶C ) ) → ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) = ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ 𝐴 ) )
18 chdmj1 ( ( ( 𝐴𝐵 ) ∈ C ∧ ( 𝐴𝐶 ) ∈ C ) → ( ⊥ ‘ ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ) = ( ( ⊥ ‘ ( 𝐴𝐵 ) ) ∩ ( ⊥ ‘ ( 𝐴𝐶 ) ) ) )
19 1 2 18 syl2an ( ( ( 𝐴C𝐵C ) ∧ ( 𝐴C𝐶C ) ) → ( ⊥ ‘ ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ) = ( ( ⊥ ‘ ( 𝐴𝐵 ) ) ∩ ( ⊥ ‘ ( 𝐴𝐶 ) ) ) )
20 chdmm1 ( ( 𝐴C𝐵C ) → ( ⊥ ‘ ( 𝐴𝐵 ) ) = ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) )
21 chdmm1 ( ( 𝐴C𝐶C ) → ( ⊥ ‘ ( 𝐴𝐶 ) ) = ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) )
22 20 21 ineqan12d ( ( ( 𝐴C𝐵C ) ∧ ( 𝐴C𝐶C ) ) → ( ( ⊥ ‘ ( 𝐴𝐵 ) ) ∩ ( ⊥ ‘ ( 𝐴𝐶 ) ) ) = ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) )
23 19 22 eqtrd ( ( ( 𝐴C𝐵C ) ∧ ( 𝐴C𝐶C ) ) → ( ⊥ ‘ ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ) = ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) )
24 17 23 ineq12d ( ( ( 𝐴C𝐵C ) ∧ ( 𝐴C𝐶C ) ) → ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∩ ( ⊥ ‘ ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ) ) = ( ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ 𝐴 ) ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) )
25 24 3impdi ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) → ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∩ ( ⊥ ‘ ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ) ) = ( ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ 𝐴 ) ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) )
26 25 adantr ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∩ ( ⊥ ‘ ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ) ) = ( ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ 𝐴 ) ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) )
27 inass ( ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ 𝐴 ) ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( 𝐴 ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) )
28 cmcm2 ( ( 𝐴C𝐵C ) → ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) )
29 choccl ( 𝐵C → ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∈ C )
30 cmbr3 ( ( 𝐴C ∧ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∈ C ) → ( 𝐴 𝐶 ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ↔ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) )
31 29 30 sylan2 ( ( 𝐴C𝐵C ) → ( 𝐴 𝐶 ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ↔ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) )
32 28 31 bitrd ( ( 𝐴C𝐵C ) → ( 𝐴 𝐶 𝐵 ↔ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) )
33 32 biimpa ( ( ( 𝐴C𝐵C ) ∧ 𝐴 𝐶 𝐵 ) → ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) )
34 33 3adantl3 ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ 𝐴 𝐶 𝐵 ) → ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) )
35 34 adantrr ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) )
36 cmcm2 ( ( 𝐴C𝐶C ) → ( 𝐴 𝐶 𝐶𝐴 𝐶 ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) )
37 choccl ( 𝐶C → ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ∈ C )
38 cmbr3 ( ( 𝐴C ∧ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ∈ C ) → ( 𝐴 𝐶 ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ↔ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) )
39 37 38 sylan2 ( ( 𝐴C𝐶C ) → ( 𝐴 𝐶 ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ↔ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) )
40 36 39 bitrd ( ( 𝐴C𝐶C ) → ( 𝐴 𝐶 𝐶 ↔ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) )
41 40 biimpa ( ( ( 𝐴C𝐶C ) ∧ 𝐴 𝐶 𝐶 ) → ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) )
42 41 3adantl2 ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ 𝐴 𝐶 𝐶 ) → ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) )
43 42 adantrl ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) )
44 35 43 ineq12d ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) ∩ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = ( ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) )
45 inindi ( 𝐴 ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = ( ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ) ∩ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) )
46 inindi ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) = ( ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( 𝐴 ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) )
47 44 45 46 3eqtr4g ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( 𝐴 ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) )
48 47 ineq2d ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( 𝐴 ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) ) = ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) )
49 27 48 syl5eq ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ 𝐴 ) ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) )
50 in12 ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( 𝐴 ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) )
51 49 50 eqtrdi ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ 𝐴 ) ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = ( 𝐴 ∩ ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) )
52 chdmj1 ( ( 𝐵C𝐶C ) → ( ⊥ ‘ ( 𝐵 𝐶 ) ) = ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) )
53 52 ineq2d ( ( 𝐵C𝐶C ) → ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ⊥ ‘ ( 𝐵 𝐶 ) ) ) = ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) )
54 chocin ( ( 𝐵 𝐶 ) ∈ C → ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ⊥ ‘ ( 𝐵 𝐶 ) ) ) = 0 )
55 6 54 syl ( ( 𝐵C𝐶C ) → ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ⊥ ‘ ( 𝐵 𝐶 ) ) ) = 0 )
56 53 55 eqtr3d ( ( 𝐵C𝐶C ) → ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) = 0 )
57 56 ineq2d ( ( 𝐵C𝐶C ) → ( 𝐴 ∩ ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = ( 𝐴 ∩ 0 ) )
58 chm0 ( 𝐴C → ( 𝐴 ∩ 0 ) = 0 )
59 57 58 sylan9eqr ( ( 𝐴C ∧ ( 𝐵C𝐶C ) ) → ( 𝐴 ∩ ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = 0 )
60 59 3impb ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) → ( 𝐴 ∩ ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = 0 )
61 60 adantr ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( 𝐴 ∩ ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ∩ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = 0 )
62 51 61 eqtrd ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( ( ( 𝐵 𝐶 ) ∩ 𝐴 ) ∩ ( ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐵 ) ) ∩ ( ( ⊥ ‘ 𝐴 ) ∨ ( ⊥ ‘ 𝐶 ) ) ) ) = 0 )
63 26 62 eqtrd ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∩ ( ⊥ ‘ ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ) ) = 0 )
64 pjoml ( ( ( ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ∈ C ∧ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∈ S ) ∧ ( ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ⊆ ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∧ ( ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) ∩ ( ⊥ ‘ ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) ) ) = 0 ) ) → ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) = ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) )
65 13 15 63 64 syl12anc ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) = ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) )
66 65 eqcomd ( ( ( 𝐴C𝐵C𝐶C ) ∧ ( 𝐴 𝐶 𝐵𝐴 𝐶 𝐶 ) ) → ( 𝐴 ∩ ( 𝐵 𝐶 ) ) = ( ( 𝐴𝐵 ) ∨ ( 𝐴𝐶 ) ) )