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Theorem ps-1

Description: The join of two atoms R .\/ S (specifying a projective geometry line) is determined uniquely by any two atoms (specifying two points) less than or equal to that join. Part of Lemma 16.4 of MaedaMaeda p. 69, showing projective space postulate PS1 in MaedaMaeda p. 67. (Contributed by NM, 15-Nov-2011)

Ref Expression
Hypotheses ps1.l = ( le ‘ 𝐾 )
ps1.j = ( join ‘ 𝐾 )
ps1.a 𝐴 = ( Atoms ‘ 𝐾 )
Assertion ps-1 ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑅 𝑆 ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ps1.l = ( le ‘ 𝐾 )
2 ps1.j = ( join ‘ 𝐾 )
3 ps1.a 𝐴 = ( Atoms ‘ 𝐾 )
4 oveq1 ( 𝑅 = 𝑃 → ( 𝑅 𝑆 ) = ( 𝑃 𝑆 ) )
5 4 breq2d ( 𝑅 = 𝑃 → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑆 ) ) )
6 4 eqeq2d ( 𝑅 = 𝑃 → ( ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑅 𝑆 ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑆 ) ) )
7 5 6 imbi12d ( 𝑅 = 𝑃 → ( ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑅 𝑆 ) ) ↔ ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑆 ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑆 ) ) ) )
8 7 eqcoms ( 𝑃 = 𝑅 → ( ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑅 𝑆 ) ) ↔ ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑆 ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑆 ) ) ) )
9 simp3 ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ∧ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) → ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) )
10 simp1 ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → 𝐾 ∈ HL )
11 simp21 ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → 𝑃𝐴 )
12 simp3l ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → 𝑅𝐴 )
13 2 3 hlatjcom ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ 𝑃𝐴𝑅𝐴 ) → ( 𝑃 𝑅 ) = ( 𝑅 𝑃 ) )
14 10 11 12 13 syl3anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( 𝑃 𝑅 ) = ( 𝑅 𝑃 ) )
15 14 3ad2ant1 ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ∧ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) → ( 𝑃 𝑅 ) = ( 𝑅 𝑃 ) )
16 hllat ( 𝐾 ∈ HL → 𝐾 ∈ Lat )
17 16 3ad2ant1 ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → 𝐾 ∈ Lat )
18 eqid ( Base ‘ 𝐾 ) = ( Base ‘ 𝐾 )
19 18 3 atbase ( 𝑃𝐴𝑃 ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
20 11 19 syl ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → 𝑃 ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
21 simp22 ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → 𝑄𝐴 )
22 18 3 atbase ( 𝑄𝐴𝑄 ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
23 21 22 syl ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → 𝑄 ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
24 simp3r ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → 𝑆𝐴 )
25 18 2 3 hlatjcl ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) → ( 𝑅 𝑆 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
26 10 12 24 25 syl3anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( 𝑅 𝑆 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
27 18 1 2 latjle12 ( ( 𝐾 ∈ Lat ∧ ( 𝑃 ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ∧ 𝑄 ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ∧ ( 𝑅 𝑆 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ) ) → ( ( 𝑃 ( 𝑅 𝑆 ) ∧ 𝑄 ( 𝑅 𝑆 ) ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) )
28 17 20 23 26 27 syl13anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 ( 𝑅 𝑆 ) ∧ 𝑄 ( 𝑅 𝑆 ) ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) )
29 simpl ( ( 𝑃 ( 𝑅 𝑆 ) ∧ 𝑄 ( 𝑅 𝑆 ) ) → 𝑃 ( 𝑅 𝑆 ) )
30 28 29 syl6bir ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) → 𝑃 ( 𝑅 𝑆 ) ) )
31 30 adantr ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) → 𝑃 ( 𝑅 𝑆 ) ) )
32 simpl1 ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → 𝐾 ∈ HL )
33 simpl21 ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → 𝑃𝐴 )
34 simpl3r ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → 𝑆𝐴 )
35 simpl3l ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → 𝑅𝐴 )
36 simpr ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → 𝑃𝑅 )
37 1 2 3 hlatexchb1 ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑆𝐴𝑅𝐴 ) ∧ 𝑃𝑅 ) → ( 𝑃 ( 𝑅 𝑆 ) ↔ ( 𝑅 𝑃 ) = ( 𝑅 𝑆 ) ) )
38 32 33 34 35 36 37 syl131anc ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → ( 𝑃 ( 𝑅 𝑆 ) ↔ ( 𝑅 𝑃 ) = ( 𝑅 𝑆 ) ) )
39 31 38 sylibd ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) → ( 𝑅 𝑃 ) = ( 𝑅 𝑆 ) ) )
40 39 3impia ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ∧ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) → ( 𝑅 𝑃 ) = ( 𝑅 𝑆 ) )
41 15 40 eqtrd ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ∧ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) → ( 𝑃 𝑅 ) = ( 𝑅 𝑆 ) )
42 9 41 breqtrrd ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ∧ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) → ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑅 ) )
43 42 3expia ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) → ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑅 ) ) )
44 18 2 3 hlatjcl ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ 𝑃𝐴𝑅𝐴 ) → ( 𝑃 𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
45 10 11 12 44 syl3anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( 𝑃 𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
46 18 1 2 latjle12 ( ( 𝐾 ∈ Lat ∧ ( 𝑃 ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ∧ 𝑄 ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ∧ ( 𝑃 𝑅 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ) ) → ( ( 𝑃 ( 𝑃 𝑅 ) ∧ 𝑄 ( 𝑃 𝑅 ) ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑅 ) ) )
47 17 20 23 45 46 syl13anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 ( 𝑃 𝑅 ) ∧ 𝑄 ( 𝑃 𝑅 ) ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑅 ) ) )
48 simpr ( ( 𝑃 ( 𝑃 𝑅 ) ∧ 𝑄 ( 𝑃 𝑅 ) ) → 𝑄 ( 𝑃 𝑅 ) )
49 simp23 ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → 𝑃𝑄 )
50 49 necomd ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → 𝑄𝑃 )
51 1 2 3 hlatexchb1 ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑄𝐴𝑅𝐴𝑃𝐴 ) ∧ 𝑄𝑃 ) → ( 𝑄 ( 𝑃 𝑅 ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑅 ) ) )
52 10 21 12 11 50 51 syl131anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( 𝑄 ( 𝑃 𝑅 ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑅 ) ) )
53 48 52 syl5ib ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 ( 𝑃 𝑅 ) ∧ 𝑄 ( 𝑃 𝑅 ) ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑅 ) ) )
54 47 53 sylbird ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑅 ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑅 ) ) )
55 54 adantr ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑅 ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑅 ) ) )
56 43 55 syld ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑅 ) ) )
57 56 3impia ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ∧ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑅 ) )
58 57 41 eqtrd ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ∧ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑅 𝑆 ) )
59 58 3expia ( ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) ∧ 𝑃𝑅 ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑅 𝑆 ) ) )
60 18 2 3 hlatjcl ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ 𝑃𝐴𝑆𝐴 ) → ( 𝑃 𝑆 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
61 10 11 24 60 syl3anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( 𝑃 𝑆 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
62 18 1 2 latjle12 ( ( 𝐾 ∈ Lat ∧ ( 𝑃 ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ∧ 𝑄 ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ∧ ( 𝑃 𝑆 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ) ) → ( ( 𝑃 ( 𝑃 𝑆 ) ∧ 𝑄 ( 𝑃 𝑆 ) ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑆 ) ) )
63 17 20 23 61 62 syl13anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 ( 𝑃 𝑆 ) ∧ 𝑄 ( 𝑃 𝑆 ) ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑆 ) ) )
64 simpr ( ( 𝑃 ( 𝑃 𝑆 ) ∧ 𝑄 ( 𝑃 𝑆 ) ) → 𝑄 ( 𝑃 𝑆 ) )
65 63 64 syl6bir ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑆 ) → 𝑄 ( 𝑃 𝑆 ) ) )
66 1 2 3 hlatexchb1 ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑄𝐴𝑆𝐴𝑃𝐴 ) ∧ 𝑄𝑃 ) → ( 𝑄 ( 𝑃 𝑆 ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑆 ) ) )
67 10 21 24 11 50 66 syl131anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( 𝑄 ( 𝑃 𝑆 ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑆 ) ) )
68 65 67 sylibd ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑆 ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑃 𝑆 ) ) )
69 8 59 68 pm2.61ne ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) → ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑅 𝑆 ) ) )
70 18 2 3 hlatjcl ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ 𝑃𝐴𝑄𝐴 ) → ( 𝑃 𝑄 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
71 10 11 21 70 syl3anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( 𝑃 𝑄 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) )
72 18 1 latref ( ( 𝐾 ∈ Lat ∧ ( 𝑃 𝑄 ) ∈ ( Base ‘ 𝐾 ) ) → ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑄 ) )
73 17 71 72 syl2anc ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑄 ) )
74 breq2 ( ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑅 𝑆 ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑃 𝑄 ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) )
75 73 74 syl5ibcom ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑅 𝑆 ) → ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ) )
76 69 75 impbid ( ( 𝐾 ∈ HL ∧ ( 𝑃𝐴𝑄𝐴𝑃𝑄 ) ∧ ( 𝑅𝐴𝑆𝐴 ) ) → ( ( 𝑃 𝑄 ) ( 𝑅 𝑆 ) ↔ ( 𝑃 𝑄 ) = ( 𝑅 𝑆 ) ) )