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Theorem tgisline

Description: The property of being a proper line, generated by two distinct points. (Contributed by Thierry Arnoux, 25-May-2019)

Ref Expression
Hypotheses tglineelsb2.p ⊢ 𝐵 = ( Base ‘ 𝐺 )
tglineelsb2.i ⊢ 𝐼 = ( Itv ‘ 𝐺 )
tglineelsb2.l ⊢ 𝐿 = ( LineG ‘ 𝐺 )
tglineelsb2.g ⊢ ( 𝜑 → 𝐺 ∈ TarskiG )
tgisline.1 ⊢ ( 𝜑 → 𝐴 ∈ ran 𝐿 )
Assertion tgisline ( 𝜑 → ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝐴 = ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 tglineelsb2.p ⊢ 𝐵 = ( Base ‘ 𝐺 )
2 tglineelsb2.i ⊢ 𝐼 = ( Itv ‘ 𝐺 )
3 tglineelsb2.l ⊢ 𝐿 = ( LineG ‘ 𝐺 )
4 tglineelsb2.g ⊢ ( 𝜑 → 𝐺 ∈ TarskiG )
5 tgisline.1 ⊢ ( 𝜑 → 𝐴 ∈ ran 𝐿 )
6 4 adantr ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝐺 ∈ TarskiG )
7 simprl ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑥 ∈ 𝐵 )
8 simprr ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) )
9 8 eldifad ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑦 ∈ 𝐵 )
10 eldifsn ⊢ ( 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ↔ ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ≠ 𝑥 ) )
11 8 10 sylib ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ( 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ≠ 𝑥 ) )
12 11 simprd ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑦 ≠ 𝑥 )
13 12 necomd ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → 𝑥 ≠ 𝑦 )
14 1 3 2 6 7 9 13 tglngval ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } )
15 14 13 jca ⊢ ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ) ) → ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) )
16 15 ralrimivva ⊢ ( 𝜑 → ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ∀ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) )
17 1 3 2 tglng ⊢ ( 𝐺 ∈ TarskiG → 𝐿 = ( 𝑥 ∈ 𝐵 , 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ↦ { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) )
18 4 17 syl ⊢ ( 𝜑 → 𝐿 = ( 𝑥 ∈ 𝐵 , 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ↦ { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) )
19 18 rneqd ⊢ ( 𝜑 → ran 𝐿 = ran ( 𝑥 ∈ 𝐵 , 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ↦ { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) )
20 5 19 eleqtrd ⊢ ( 𝜑 → 𝐴 ∈ ran ( 𝑥 ∈ 𝐵 , 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ↦ { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) )
21 eqid ⊢ ( 𝑥 ∈ 𝐵 , 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ↦ { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) = ( 𝑥 ∈ 𝐵 , 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ↦ { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } )
22 21 elrnmpog ⊢ ( 𝐴 ∈ ran 𝐿 → ( 𝐴 ∈ ran ( 𝑥 ∈ 𝐵 , 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ↦ { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) ↔ ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) )
23 5 22 syl ⊢ ( 𝜑 → ( 𝐴 ∈ ran ( 𝑥 ∈ 𝐵 , 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ↦ { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) ↔ ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) )
24 20 23 mpbid ⊢ ( 𝜑 → ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } )
25 16 24 r19.29d2r ⊢ ( 𝜑 → ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ( ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) ∧ 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) )
26 difss ⊢ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ⊆ 𝐵
27 simpr ⊢ ( ( ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) ∧ 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) → 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } )
28 simpll ⊢ ( ( ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) ∧ 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) → ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } )
29 27 28 eqtr4d ⊢ ( ( ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) ∧ 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) → 𝐴 = ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) )
30 simplr ⊢ ( ( ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) ∧ 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) → 𝑥 ≠ 𝑦 )
31 29 30 jca ⊢ ( ( ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) ∧ 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) → ( 𝐴 = ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) )
32 31 reximi ⊢ ( ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ( ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) ∧ 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ( 𝐴 = ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) )
33 ssrexv ⊢ ( ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ⊆ 𝐵 → ( ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ( 𝐴 = ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) → ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝐴 = ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) ) )
34 26 32 33 mpsyl ⊢ ( ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ( ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) ∧ 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) → ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝐴 = ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) )
35 34 reximi ⊢ ( ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ∃ 𝑦 ∈ ( 𝐵 ∖ { 𝑥 } ) ( ( ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) ∧ 𝐴 = { 𝑧 ∈ 𝐵 ∣ ( 𝑧 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑥 ∈ ( 𝑧 𝐼 𝑦 ) ∨ 𝑦 ∈ ( 𝑥 𝐼 𝑧 ) ) } ) → ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝐴 = ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) )
36 25 35 syl ⊢ ( 𝜑 → ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ∃ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝐴 = ( 𝑥 𝐿 𝑦 ) ∧ 𝑥 ≠ 𝑦 ) )