Theorem suprzclex 8603

Description: The supremum of a set of integers is an element of the set. (Contributed by Jim Kingdon, 20-Dec-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
suprzclex.ex	⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))
suprzclex.ss	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℤ)

Assertion

Ref	Expression
suprzclex	⊢ (𝜑 → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ 𝐴)

Distinct variable groups:   𝑥,𝐴,𝑦,𝑧   𝜑,𝑥,𝑧

Allowed substitution hint:   𝜑(𝑦)

Proof of Theorem suprzclex

Dummy variables 𝑤 𝑓 𝑔 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		lttri3 7335	. . . . . 6 ⊢ ((𝑓 ∈ ℝ ∧ 𝑔 ∈ ℝ) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓 < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔 < 𝑓)))
2	1	adantl 271	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑓 ∈ ℝ ∧ 𝑔 ∈ ℝ)) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓 < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔 < 𝑓)))
3		suprzclex.ex	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))
4	2, 3	supclti 6507	. . . 4 ⊢ (𝜑 → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ)
5	4	ltm1d 8154	. . 3 ⊢ (𝜑 → (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < sup(𝐴, ℝ, < ))
6		suprzclex.ss	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℤ)
7		zssre 8516	. . . . 5 ⊢ ℤ ⊆ ℝ
8	6, 7	syl6ss 3021	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
9		peano2rem 7519	. . . . 5 ⊢ (sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ → (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) ∈ ℝ)
10	4, 9	syl 14	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) ∈ ℝ)
11	3, 8, 10	suprlubex 8174	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐴 (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧))
12	5, 11	mpbid 145	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)
13	6	adantr 270	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → 𝐴 ⊆ ℤ)
14	13	sselda 3009	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → 𝑤 ∈ ℤ)
15	7, 14	sseldi 3007	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → 𝑤 ∈ ℝ)
16	4	adantr 270	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ)
17	16	adantr 270	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ)
18		simprl 498	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → 𝑧 ∈ 𝐴)
19	13, 18	sseldd 3010	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → 𝑧 ∈ ℤ)
20		zre 8513	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ → 𝑧 ∈ ℝ)
21	19, 20	syl 14	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → 𝑧 ∈ ℝ)
22		peano2re 7388	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 ∈ ℝ → (𝑧 + 1) ∈ ℝ)
23	21, 22	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → (𝑧 + 1) ∈ ℝ)
24	23	adantr 270	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → (𝑧 + 1) ∈ ℝ)
25	3	ad2antrr 472	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))
26	8	ad2antrr 472	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → 𝐴 ⊆ ℝ)
27		simpr 108	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → 𝑤 ∈ 𝐴)
28	25, 26, 27	suprubex 8173	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → 𝑤 ≤ sup(𝐴, ℝ, < ))
29		simprr 499	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)
30		1red 7273	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → 1 ∈ ℝ)
31	16, 30, 21	ltsubaddd 7785	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → ((sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧 ↔ sup(𝐴, ℝ, < ) < (𝑧 + 1)))
32	29, 31	mpbid 145	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → sup(𝐴, ℝ, < ) < (𝑧 + 1))
33	32	adantr 270	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → sup(𝐴, ℝ, < ) < (𝑧 + 1))
34	15, 17, 24, 28, 33	lelttrd 7378	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → 𝑤 < (𝑧 + 1))
35	19	adantr 270	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ ℤ)
36		zleltp1 8564	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑤 ∈ ℤ ∧ 𝑧 ∈ ℤ) → (𝑤 ≤ 𝑧 ↔ 𝑤 < (𝑧 + 1)))
37	14, 35, 36	syl2anc 403	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → (𝑤 ≤ 𝑧 ↔ 𝑤 < (𝑧 + 1)))
38	34, 37	mpbird 165	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) ∧ 𝑤 ∈ 𝐴) → 𝑤 ≤ 𝑧)
39	38	ralrimiva 2440	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → ∀𝑤 ∈ 𝐴 𝑤 ≤ 𝑧)
40		breq2 3810	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑧 = 𝑤 → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑦 < 𝑤))
41	40	cbvrexv 2584	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑤 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑤)
42	41	imbi2i 224	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) ↔ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑤 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑤))
43	42	ralbii 2378	. . . . . . . . . 10 ⊢ (∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑤 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑤))
44	43	anbi2i 445	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)) ↔ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑤 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑤)))
45	44	rexbii 2379	. . . . . . . 8 ⊢ (∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑤 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑤)))
46	3, 45	sylib 120	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑤 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑤)))
47	46	adantr 270	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑤 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑤)))
48	13, 7	syl6ss 3021	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → 𝐴 ⊆ ℝ)
49	47, 48, 21	suprleubex 8176	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → (sup(𝐴, ℝ, < ) ≤ 𝑧 ↔ ∀𝑤 ∈ 𝐴 𝑤 ≤ 𝑧))
50	39, 49	mpbird 165	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → sup(𝐴, ℝ, < ) ≤ 𝑧)
51	47, 48, 18	suprubex 8173	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → 𝑧 ≤ sup(𝐴, ℝ, < ))
52	16, 21	letri3d 7370	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → (sup(𝐴, ℝ, < ) = 𝑧 ↔ (sup(𝐴, ℝ, < ) ≤ 𝑧 ∧ 𝑧 ≤ sup(𝐴, ℝ, < ))))
53	50, 51, 52	mpbir2and 886	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → sup(𝐴, ℝ, < ) = 𝑧)
54	53, 18	eqeltrd 2159	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑧 ∈ 𝐴 ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) − 1) < 𝑧)) → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ 𝐴)
55	12, 54	rexlimddv 2487	1 ⊢ (𝜑 → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ 𝐴)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 102   ↔ wb 103   = wceq 1285   ∈ wcel 1434  ∀wral 2353  ∃wrex 2354   ⊆ wss 2983   class class class wbr 3806  (class class class)co 5565  supcsup 6491  ℝcr 7119  1c1 7121   + caddc 7123   < clt 7292   ≤ cle 7293   − cmin 7423  ℤcz 8509

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 577  ax-in2 578  ax-io 663  ax-5 1377  ax-7 1378  ax-gen 1379  ax-ie1 1423  ax-ie2 1424  ax-8 1436  ax-10 1437  ax-11 1438  ax-i12 1439  ax-bndl 1440  ax-4 1441  ax-13 1445  ax-14 1446  ax-17 1460  ax-i9 1464  ax-ial 1468  ax-i5r 1469  ax-ext 2065  ax-sep 3917  ax-pow 3969  ax-pr 3993  ax-un 4217  ax-setind 4309  ax-cnex 7206  ax-resscn 7207  ax-1cn 7208  ax-1re 7209  ax-icn 7210  ax-addcl 7211  ax-addrcl 7212  ax-mulcl 7213  ax-addcom 7215  ax-addass 7217  ax-distr 7219  ax-i2m1 7220  ax-0lt1 7221  ax-0id 7223  ax-rnegex 7224  ax-cnre 7226  ax-pre-ltirr 7227  ax-pre-ltwlin 7228  ax-pre-lttrn 7229  ax-pre-apti 7230  ax-pre-ltadd 7231

This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-3or 921  df-3an 922  df-tru 1288  df-fal 1291  df-nf 1391  df-sb 1688  df-eu 1946  df-mo 1947  df-clab 2070  df-cleq 2076  df-clel 2079  df-nfc 2212  df-ne 2250  df-nel 2345  df-ral 2358  df-rex 2359  df-reu 2360  df-rmo 2361  df-rab 2362  df-v 2613  df-sbc 2826  df-dif 2985  df-un 2987  df-in 2989  df-ss 2996  df-pw 3403  df-sn 3423  df-pr 3424  df-op 3426  df-uni 3623  df-int 3658  df-br 3807  df-opab 3861  df-id 4077  df-po 4080  df-iso 4081  df-xp 4398  df-rel 4399  df-cnv 4400  df-co 4401  df-dm 4402  df-iota 4918  df-fun 4955  df-fv 4961  df-riota 5521  df-ov 5568  df-oprab 5569  df-mpt2 5570  df-sup 6493  df-pnf 7294  df-mnf 7295  df-xr 7296  df-ltxr 7297  df-le 7298  df-sub 7425  df-neg 7426  df-inn 8184  df-n0 8433  df-z 8510

This theorem is referenced by:  infssuzcldc  10579  gcddvds  10587