Título | Autor |
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En los órdenes parciales, a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b. |
José A. Alonso |
[mathjax]
Demostrar con Lean4 que en los órdenes parciales, \[a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b\]
Para ello, completar la siguiente teoría de Lean4:
import Mathlib.Tactic
variable {α : Type _} [PartialOrder α]
variable (a b : α)
example : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b :=
by sorry
Demostración en lenguaje natural
Usaremos los siguientes lemas \begin{align} &(∀ a, b)[a < b ↔ a ≤ b ∧ b ≰ a] \tag{L1} \\ &(∀ a, b)[a ≤ b → b ≤ a → a = b] \tag{L2} \end{align}
Por el lema L1, lo que tenemos que demostrar es \[ a ≤ b ∧ b ≰ a ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b \] Lo haremos demostrando las dos implicaciones.
(⇒) Supongamos que \(a ≤ b\) y \(b ≰ a\). Tenemos que demostrar que \(a ≠ b\). Lo haremos por reducción al absurdo. Para ello, supongamos que \(a = b\). Entonces, \(b ≤ a\) que es una contradicicción con \(b ≰ a\).
(⇐) Supongamos que \(a ≤ b\) y \(a ≠ b\). Tenemos que demostrar que \(b ≰ a\). Lo haremos por reducción al absurdo. Para ello, supongamos que \(b ≤ a\). Entonces, junto con \(a ≤ b\), se tiene que \(a = b\) que es una contradicicción con \(a ≠ b\).
Demostraciones con Lean4
import Mathlib.Tactic
variable {α : Type _} [PartialOrder α]
variable (a b : α)
-- 1ª demostración
-- ===============
example : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b :=
by
rw [lt_iff_le_not_le]
-- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b
constructor
. -- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a → a ≤ b ∧ a ≠ b
rintro ⟨h1 : a ≤ b, h2 : ¬b ≤ a⟩
-- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b
constructor
. -- ⊢ a ≤ b
exact h1
. -- ⊢ a ≠ b
rintro (h3 : a = b)
-- ⊢ False
have h4: b = a := h3.symm
have h5: b ≤ a := le_of_eq h4
show False
exact h2 h5
. -- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b → a ≤ b ∧ ¬b ≤ a
rintro ⟨h5 : a ≤ b , h6 : a ≠ b⟩
-- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a
constructor
. -- ⊢ a ≤ b
exact h5
. -- ⊢ ¬b ≤ a
rintro (h7 : b ≤ a)
have h8 : a = b := le_antisymm h5 h7
show False
exact h6 h8
-- 2ª demostración
-- ===============
example : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b :=
by
rw [lt_iff_le_not_le]
-- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b
constructor
. -- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a → a ≤ b ∧ a ≠ b
rintro ⟨h1 : a ≤ b, h2 : ¬b ≤ a⟩
-- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b
constructor
. -- ⊢ a ≤ b
exact h1
. -- ⊢ a ≠ b
rintro (h3 : a = b)
-- ⊢ False
exact h2 (le_of_eq h3.symm)
. -- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b → a ≤ b ∧ ¬b ≤ a
rintro ⟨h4 : a ≤ b , h5 : a ≠ b⟩
-- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a
constructor
. -- ⊢ a ≤ b
exact h4
. -- ⊢ ¬b ≤ a
rintro (h6 : b ≤ a)
exact h5 (le_antisymm h4 h6)
-- 3ª demostración
-- ===============
example : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b :=
by
rw [lt_iff_le_not_le]
-- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b
constructor
. -- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a → a ≤ b ∧ a ≠ b
rintro ⟨h1 : a ≤ b, h2 : ¬b ≤ a⟩
-- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b
constructor
. -- ⊢ a ≤ b
exact h1
. -- ⊢ a ≠ b
exact fun h3 ↦ h2 (le_of_eq h3.symm)
. -- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b → a ≤ b ∧ ¬b ≤ a
rintro ⟨h4 : a ≤ b , h5 : a ≠ b⟩
-- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a
constructor
. -- ⊢ a ≤ b
exact h4
. -- ⊢ ¬b ≤ a
exact fun h6 ↦ h5 (le_antisymm h4 h6)
-- 4ª demostración
-- ===============
example : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b :=
by
rw [lt_iff_le_not_le]
-- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b
constructor
. -- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a → a ≤ b ∧ a ≠ b
rintro ⟨h1 : a ≤ b, h2 : ¬b ≤ a⟩
-- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b
exact ⟨h1, fun h3 ↦ h2 (le_of_eq h3.symm)⟩
. -- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b → a ≤ b ∧ ¬b ≤ a
rintro ⟨h4 : a ≤ b , h5 : a ≠ b⟩
-- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a
exact ⟨h4, fun h6 ↦ h5 (le_antisymm h4 h6)⟩
-- 5ª demostración
-- ===============
example : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b :=
by
rw [lt_iff_le_not_le]
-- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b
constructor
. -- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a → a ≤ b ∧ a ≠ b
exact fun ⟨h1, h2⟩ ↦ ⟨h1, fun h3 ↦ h2 (le_of_eq h3.symm)⟩
. -- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b → a ≤ b ∧ ¬b ≤ a
exact fun ⟨h4, h5⟩ ↦ ⟨h4, fun h6 ↦ h5 (le_antisymm h4 h6)⟩
-- 6ª demostración
-- ===============
example : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b :=
by
rw [lt_iff_le_not_le]
-- ⊢ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b
exact ⟨fun ⟨h1, h2⟩ ↦ ⟨h1, fun h3 ↦ h2 (le_of_eq h3.symm)⟩,
fun ⟨h4, h5⟩ ↦ ⟨h4, fun h6 ↦ h5 (le_antisymm h4 h6)⟩⟩
-- 7ª demostración
-- ===============
example : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b :=
by
constructor
. -- ⊢ a < b → a ≤ b ∧ a ≠ b
intro h
-- h : a < b
-- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b
constructor
. -- ⊢ a ≤ b
exact le_of_lt h
. -- ⊢ a ≠ b
exact ne_of_lt h
. -- ⊢ a ≤ b ∧ a ≠ b → a < b
rintro ⟨h1, h2⟩
-- h1 : a ≤ b
-- h2 : a ≠ b
-- ⊢ a < b
exact lt_of_le_of_ne h1 h2
-- 8ª demostración
-- ===============
example : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b :=
⟨fun h ↦ ⟨le_of_lt h, ne_of_lt h⟩,
fun ⟨h1, h2⟩ ↦ lt_of_le_of_ne h1 h2⟩
-- 9ª demostración
-- ===============
example : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b :=
lt_iff_le_and_ne
-- Lemas usados
-- ============
-- #check (le_antisymm : a ≤ b → b ≤ a → a = b)
-- #check (le_of_eq : a = b → a ≤ b)
-- #check (lt_iff_le_and_ne : a < b ↔ a ≤ b ∧ a ≠ b)
-- #check (lt_iff_le_not_le : a < b ↔ a ≤ b ∧ ¬b ≤ a)
-- #check (lt_of_le_of_ne : a ≤ b → a ≠ b → a < b)
Demostraciones interactivas
Se puede interactuar con las demostraciones anteriores en Lean 4 Web.
Referencias
- J. Avigad y P. Massot. Mathematics in Lean, p. 37.