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Theorem ltexpq 3874
Description: Ordering on positive fractions in terms of existence of sum. Definition in Proposition 9-2.6 of [Gleason] p. 119.
Hypothesis
Ref Expression
ltexpq.1 AV
Assertion
Ref Expression
ltexpq ((AQBQ) → (A <Q B ↔ ∃x(A +Q x) = B))
Distinct variable group(s):   x,A   x,B

Proof of Theorem ltexpq
StepHypRef Expression
1 df-nq 3832 . . 3 Q = ((N × N) / ~Q )
2 breq1 2065 . . . 4 ([⟨y, z⟩] ~Q = A → ([⟨y, z⟩] ~Q <Q [⟨w, v⟩] ~QA <Q [⟨w, v⟩] ~Q ))
3 opreq1 3006 . . . . . 6 ([⟨y, z⟩] ~Q = A → ([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = (A +Q x))
43cleq1d 1109 . . . . 5 ([⟨y, z⟩] ~Q = A → (([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ↔ (A +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ))
54biexdv 936 . . . 4 ([⟨y, z⟩] ~Q = A → (∃x([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ↔ ∃x(A +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ))
62, 5imbi12d 474 . . 3 ([⟨y, z⟩] ~Q = A → (([⟨y, z⟩] ~Q <Q [⟨w, v⟩] ~Q → ∃x([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ) ↔ (A <Q [⟨w, v⟩] ~Q → ∃x(A +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q )))
7 breq2 2066 . . . 4 ([⟨w, v⟩] ~Q = B → (A <Q [⟨w, v⟩] ~QA <Q B))
8 cleq2 1110 . . . . 5 ([⟨w, v⟩] ~Q = B → ((A +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ↔ (A +Q x) = B))
98biexdv 936 . . . 4 ([⟨w, v⟩] ~Q = B → (∃x(A +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ↔ ∃x(A +Q x) = B))
107, 9imbi12d 474 . . 3 ([⟨w, v⟩] ~Q = B → ((A <Q [⟨w, v⟩] ~Q → ∃x(A +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ) ↔ (A <Q B → ∃x(A +Q x) = B)))
11 mulclpi 3815 . . . . . . . 8 ((yNvN) → (y ·N v) ∈ N)
12 mulclpi 3815 . . . . . . . 8 ((zNwN) → (z ·N w) ∈ N)
1311, 12anim12i 268 . . . . . . 7 (((yNvN) ∧ (zNwN)) → ((y ·N v) ∈ N ∧ (z ·N w) ∈ N))
1413an42s 391 . . . . . 6 (((yNzN) ∧ (wNvN)) → ((y ·N v) ∈ N ∧ (z ·N w) ∈ N))
15 ltexpi 3823 . . . . . 6 (((y ·N v) ∈ N ∧ (z ·N w) ∈ N) → ((y ·N v) <N (z ·N w) ↔ ∃u(uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w))))
1614, 15syl 12 . . . . 5 (((yNzN) ∧ (wNvN)) → ((y ·N v) <N (z ·N w) ↔ ∃u(uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w))))
17 pm3.26 256 . . . . . . . . . . . . 13 (((yNzN) ∧ (wNvN)) → (yNzN))
1817adantr 306 . . . . . . . . . . . 12 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ uN) → (yNzN))
19 pm3.27 260 . . . . . . . . . . . . 13 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ uN) → uN)
20 pm3.27 260 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((yNzN) → zN)
21 pm3.27 260 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((wNvN) → vN)
2220, 21anim12i 268 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((yNzN) ∧ (wNvN)) → (zNvN))
2322adantr 306 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ uN) → (zNvN))
24 mulclpi 3815 . . . . . . . . . . . . . 14 ((zNvN) → (z ·N v) ∈ N)
2523, 24syl 12 . . . . . . . . . . . . 13 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ uN) → (z ·N v) ∈ N)
2619, 25jca 236 . . . . . . . . . . . 12 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ uN) → (uN ∧ (z ·N v) ∈ N))
2718, 26jca 236 . . . . . . . . . . 11 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ uN) → ((yNzN) ∧ (uN ∧ (z ·N v) ∈ N)))
2827adantrr 312 . . . . . . . . . 10 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ (uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w))) → ((yNzN) ∧ (uN ∧ (z ·N v) ∈ N)))
29 addpipq 3848 . . . . . . . . . 10 (((yNzN) ∧ (uN ∧ (z ·N v) ∈ N)) → ([⟨y, z⟩] ~Q +Q [⟨u, (z ·N v)⟩] ~Q ) = [⟨((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)), (z ·N (z ·N v))⟩] ~Q )
3028, 29syl 12 . . . . . . . . 9 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ (uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w))) → ([⟨y, z⟩] ~Q +Q [⟨u, (z ·N v)⟩] ~Q ) = [⟨((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)), (z ·N (z ·N v))⟩] ~Q )
3120ad2antll 320 . . . . . . . . . . . 12 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ uN) → zN)
32 addclpi 3814 . . . . . . . . . . . . 13 (((y ·N v) ∈ NuN) → ((y ·N v) +N u) ∈ N)
33 pm3.26 256 . . . . . . . . . . . . . 14 ((yNzN) → yN)
3411, 33, 21syl2an 349 . . . . . . . . . . . . 13 (((yNzN) ∧ (wNvN)) → (y ·N v) ∈ N)
3532, 34sylan 343 . . . . . . . . . . . 12 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ uN) → ((y ·N v) +N u) ∈ N)
3631, 35, 253jca 604 . . . . . . . . . . 11 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ uN) → (zN ∧ ((y ·N v) +N u) ∈ N ∧ (z ·N v) ∈ N))
3736adantrr 312 . . . . . . . . . 10 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ (uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w))) → (zN ∧ ((y ·N v) +N u) ∈ N ∧ (z ·N v) ∈ N))
38 visset 1350 . . . . . . . . . . . 12 zV
39 oprex 3018 . . . . . . . . . . . 12 ((y ·N v) +N u) ∈ V
40 oprex 3018 . . . . . . . . . . . 12 (z ·N v) ∈ V
4138, 39, 40distrpqlem 3860 . . . . . . . . . . 11 ((zN ∧ ((y ·N v) +N u) ∈ N ∧ (z ·N v) ∈ N) → [⟨(z ·N ((y ·N v) +N u)), (z ·N (z ·N v))⟩] ~Q = [⟨((y ·N v) +N u), (z ·N v)⟩] ~Q )
42 visset 1350 . . . . . . . . . . . . . . . 16 yV
43 visset 1350 . . . . . . . . . . . . . . . 16 vV
44 visset 1350 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 xV
45 visset 1350 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 wV
4644, 45mulcompi 3818 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (x ·N w) = (w ·N x)
47 visset 1350 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 uV
4845, 47mulasspi 3819 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((x ·N w) ·N u) = (x ·N (w ·N u))
4942, 38, 43, 46, 48caopr12 3075 . . . . . . . . . . . . . . 15 (y ·N (z ·N v)) = (z ·N (y ·N v))
5049opreq1i 3009 . . . . . . . . . . . . . 14 ((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)) = ((z ·N (y ·N v)) +N (z ·N u))
51 oprex 3018 . . . . . . . . . . . . . . 15 (y ·N v) ∈ V
5251, 47distrpi 3820 . . . . . . . . . . . . . 14 (z ·N ((y ·N v) +N u)) = ((z ·N (y ·N v)) +N (z ·N u))
5350, 52eqtr4 1122 . . . . . . . . . . . . 13 ((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)) = (z ·N ((y ·N v) +N u))
54 opeq1 1876 . . . . . . . . . . . . 13 (((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)) = (z ·N ((y ·N v) +N u)) → ⟨((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)), (z ·N (z ·N v))⟩ = ⟨(z ·N ((y ·N v) +N u)), (z ·N (z ·N v))⟩)
5553, 54ax-mp 6 . . . . . . . . . . . 12 ⟨((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)), (z ·N (z ·N v))⟩ = ⟨(z ·N ((y ·N v) +N u)), (z ·N (z ·N v))⟩
56 eceq2 3215 . . . . . . . . . . . 12 (⟨((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)), (z ·N (z ·N v))⟩ = ⟨(z ·N ((y ·N v) +N u)), (z ·N (z ·N v))⟩ → [⟨((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)), (z ·N (z ·N v))⟩] ~Q = [⟨(z ·N ((y ·N v) +N u)), (z ·N (z ·N v))⟩] ~Q )
5755, 56ax-mp 6 . . . . . . . . . . 11 [⟨((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)), (z ·N (z ·N v))⟩] ~Q = [⟨(z ·N ((y ·N v) +N u)), (z ·N (z ·N v))⟩] ~Q
5841, 57syl5eq 1136 . . . . . . . . . 10 ((zN ∧ ((y ·N v) +N u) ∈ N ∧ (z ·N v) ∈ N) → [⟨((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)), (z ·N (z ·N v))⟩] ~Q = [⟨((y ·N v) +N u), (z ·N v)⟩] ~Q )
5937, 58syl 12 . . . . . . . . 9 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ (uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w))) → [⟨((y ·N (z ·N v)) +N (z ·N u)), (z ·N (z ·N v))⟩] ~Q = [⟨((y ·N v) +N u), (z ·N v)⟩] ~Q )
60 3anass 585 . . . . . . . . . . . . . 14 ((zNwNvN) ↔ (zN ∧ (wNvN)))
6160biimpr 134 . . . . . . . . . . . . 13 ((zN ∧ (wNvN)) → (zNwNvN))
6261adantll 309 . . . . . . . . . . . 12 (((yNzN) ∧ (wNvN)) → (zNwNvN))
6362anim1i 269 . . . . . . . . . . 11 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w)) → ((zNwNvN) ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w)))
6463adantrl 311 . . . . . . . . . 10 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ (uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w))) → ((zNwNvN) ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w)))
65 opeq1 1876 . . . . . . . . . . . 12 (((y ·N v) +N u) = (z ·N w) → ⟨((y ·N v) +N u), (z ·N v)⟩ = ⟨(z ·N w), (z ·N v)⟩)
66 eceq2 3215 . . . . . . . . . . . 12 (⟨((y ·N v) +N u), (z ·N v)⟩ = ⟨(z ·N w), (z ·N v)⟩ → [⟨((y ·N v) +N u), (z ·N v)⟩] ~Q = [⟨(z ·N w), (z ·N v)⟩] ~Q )
6765, 66syl 12 . . . . . . . . . . 11 (((y ·N v) +N u) = (z ·N w) → [⟨((y ·N v) +N u), (z ·N v)⟩] ~Q = [⟨(z ·N w), (z ·N v)⟩] ~Q )
6838, 45, 43distrpqlem 3860 . . . . . . . . . . 11 ((zNwNvN) → [⟨(z ·N w), (z ·N v)⟩] ~Q = [⟨w, v⟩] ~Q )
6967, 68sylan9eqr 1145 . . . . . . . . . 10 (((zNwNvN) ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w)) → [⟨((y ·N v) +N u), (z ·N v)⟩] ~Q = [⟨w, v⟩] ~Q )
7064, 69syl 12 . . . . . . . . 9 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ (uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w))) → [⟨((y ·N v) +N u), (z ·N v)⟩] ~Q = [⟨w, v⟩] ~Q )
7130, 59, 703eqtrd 1132 . . . . . . . 8 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ (uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w))) → ([⟨y, z⟩] ~Q +Q [⟨u, (z ·N v)⟩] ~Q ) = [⟨w, v⟩] ~Q )
72 enqex 3842 . . . . . . . . . 10 ~QV
73 ecexg 3204 . . . . . . . . . 10 ( ~QV → [⟨u, (z ·N v)⟩] ~QV)
7472, 73ax-mp 6 . . . . . . . . 9 [⟨u, (z ·N v)⟩] ~QV
75 opreq2 3007 . . . . . . . . . 10 (x = [⟨u, (z ·N v)⟩] ~Q → ([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = ([⟨y, z⟩] ~Q +Q [⟨u, (z ·N v)⟩] ~Q ))
7675cleq1d 1109 . . . . . . . . 9 (x = [⟨u, (z ·N v)⟩] ~Q → (([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ↔ ([⟨y, z⟩] ~Q +Q [⟨u, (z ·N v)⟩] ~Q ) = [⟨w, v⟩] ~Q ))
7774, 76cla4ev 1401 . . . . . . . 8 (([⟨y, z⟩] ~Q +Q [⟨u, (z ·N v)⟩] ~Q ) = [⟨w, v⟩] ~Q → ∃x([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q )
7871, 77syl 12 . . . . . . 7 ((((yNzN) ∧ (wNvN)) ∧ (uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w))) → ∃x([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q )
7978exp 291 . . . . . 6 (((yNzN) ∧ (wNvN)) → ((uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w)) → ∃x([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ))
807919.23adv 954 . . . . 5 (((yNzN) ∧ (wNvN)) → (∃u(uN ∧ ((y ·N v) +N u) = (z ·N w)) → ∃x([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ))
8116, 80sylbid 178 . . . 4 (((yNzN) ∧ (wNvN)) → ((y ·N v) <N (z ·N w) → ∃x([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ))
8242, 38, 45, 43ordpipq 3850 . . . 4 ([⟨y, z⟩] ~Q <Q [⟨w, v⟩] ~Q ↔ (y ·N v) <N (z ·N w))
8381, 82syl5ib 181 . . 3 (((yNzN) ∧ (wNvN)) → ([⟨y, z⟩] ~Q <Q [⟨w, v⟩] ~Q → ∃x([⟨y, z⟩] ~Q +Q x) = [⟨w, v⟩] ~Q ))
841, 6, 10, 832ecoptocl 3240 . 2 ((AQBQ) → (A <Q B → ∃x(A +Q x) = B))
85 eleq1 1149 . . . . . . . 8 ((A +Q x) = B → ((A +Q x) ∈ QBQ))
86 dmaddpq 3853 . . . . . . . . . 10 dom +Q = (Q × Q)
87 0npq 3844 . . . . . . . . . 10 ¬ ∅ ∈ Q
8844, 86, 87ndmoprrcl 3060 . . . . . . . . 9 ((A +Q x) ∈ Q → (AQxQ))
8988pm3.27d 262 . . . . . . . 8 ((A +Q x) ∈ QxQ)
9085, 89syl6bir 188 . . . . . . 7 ((A +Q x) = B → (BQxQ))
91 ltexpq.1 . . . . . . . . 9 AV
9291, 44ltaddpq 3873 . . . . . . . 8 ((AQxQ) → A <Q (A +Q x))
9392exp 291 . . . . . . 7 (AQ → (xQA <Q (A +Q x)))
9490, 93syl9 55 . . . . . 6 ((A +Q x) = B → (AQ → (BQA <Q (A +Q x))))
9594imp3a 279 . . . . 5 ((A +Q x) = B → ((AQBQ) → A <Q (A +Q x)))
96 breq2 2066 . . . . 5 ((A +Q x) = B → (A <Q (A +Q x) ↔ A <Q B))
9795, 96sylibd 177 . . . 4 ((A +Q x) = B → ((AQBQ) → A <Q B))
9897com12 13 . . 3 ((AQBQ) → ((A +Q x) = BA <Q B))
999819.23adv 954 . 2 ((AQBQ) → (∃x(A +Q x) = BA <Q B))
10084, 99impbid 397 1 ((AQBQ) → (A <Q B ↔ ∃x(A +Q x) = B))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   → wi 2   ↔ wb 127   ∧ wa 196   ∧ w3a 581  ∃wex 678   = wceq 1091   ∈ wcel 1092  Vcvv 1348  ⟨cop 1810   class class class wbr 2054  (class class class)co 3001  [cec 3198  Ncnpi 3766   +N cpli 3767   ·N cmi 3768   <N clti 3769   ~Q ceq 3772  Qcnq 3773   +Q cplq 3775   <Q cltq 3778
This theorem is referenced by:  ltexpq2 3875  ltbtwnpq 3878  prnmadd 3894  ltexprlem4 3939  ltexprlem7 3942
This theorem was proved from axioms:  ax-1 3  ax-2 4  ax-3 5  ax-mp 6  ax-4 673  ax-5 674  ax-6 675  ax-7 676  ax-gen 677  ax-8 798  ax-9 799  ax-10 800  ax-11 801  ax-12 802  ax-13 804  ax-14 805  ax-16 922  ax-17 925  ax-ext 1074  ax-rep 1075  ax-un 1076  ax-pow 1077  ax-reg 1078  ax-inf 1079
This theorem depends on definitions:  df-bi 128  df-or 197  df-an 198  df-3or 582  df-3an 583  df-ex 679  df-sb 853  df-eu 1009  df-mo 1010  df-clab 1093  df-cleq 1097  df-clel 1099  df-ne 1192  df-ral 1205  df-rex 1206  df-reu 1207  df-rab 1208  df-v 1349  df-sbc 1441  df-dif 1489  df-un 1490  df-in 1491  df-ss 1492  df-pss 1494  df-nul 1708  df-if 1777  df-pw 1799  df-sn 1811  df-pr 1812  df-tp 1814  df-op 1815  df-uni 1920  df-int 1966  df-iun 1996  df-tr 2042  df-br 2063  df-opab 2098  df-eprel 2122  df-id 2125  df-po 2128  df-so 2138  df-fr 2169  df-we 2186  df-ord 2202  df-on 2203  df-lim 2204  df-suc 2205  df-om 2373  df-xp 2424  df-rel 2425  df-cnv 2426  df-co 2427  df-dm 2428  df-rn 2429  df-res 2430  df-ima 2431  df-fun 2432  df-fn 2433  df-f 2434  df-f1 2435  df-fv 2438  df-rdg 2970  df-opr 3003  df-oprab 3004  df-1o 3104  df-oadd 3106  df-omul 3107  df-er 3200  df-ec 3202  df-qs 3205  df-ni 3794  df-pli 3795  df-mi 3796  df-lti 3797  df-plpq 3829  df-mpq 3830  df-enq 3831  df-nq 3832  df-plq 3833  df-mq 3834  df-ltq 3836  df-1q 3837
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