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Theorem uzwo3 10311
Description: Well-ordering principle: any non-empty subset of upper integers has a unique least element. This generalization of uzwo2 10283 allows the lower bound  B to be any real number. See also nnwo 10284 and nnwos 10286. (Contributed by NM, 12-Nov-2004.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 2-Oct-2015.)
Assertion
Ref Expression
uzwo3  |-  ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  ->  E! x  e.  A  A. y  e.  A  x  <_  y )
Distinct variable groups:    x, y,
z, A    x, B, y, z

Proof of Theorem uzwo3
Dummy variable  n is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 renegcl 9110 . . . 4  |-  ( B  e.  RR  ->  -u B  e.  RR )
21adantr 451 . . 3  |-  ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  ->  -u B  e.  RR )
3 arch 9962 . . 3  |-  ( -u B  e.  RR  ->  E. n  e.  NN  -u B  <  n )
42, 3syl 15 . 2  |-  ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  ->  E. n  e.  NN  -u B  <  n )
5 simplrl 736 . . . . . . 7  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z } )
6 simplrl 736 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  ->  n  e.  NN )
7 nnnegz 10027 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( n  e.  NN  ->  -u n  e.  ZZ )
86, 7syl 15 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  ->  -u n  e.  ZZ )
98zred 10117 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  ->  -u n  e.  RR )
10 simprl 732 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  -> 
z  e.  ZZ )
1110zred 10117 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  -> 
z  e.  RR )
12 simpll 730 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  ->  B  e.  RR )
136nnred 9761 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  ->  n  e.  RR )
14 simplrr 737 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  ->  -u B  <  n )
1512, 13, 14ltnegcon1d 9352 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  ->  -u n  <  B )
16 simprr 733 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  ->  B  <_  z )
179, 12, 11, 15, 16ltletrd 8976 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  ->  -u n  <  z )
189, 11, 17ltled 8967 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  ->  -u n  <_  z )
19 eluz 10241 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
-u n  e.  ZZ  /\  z  e.  ZZ )  ->  ( z  e.  ( ZZ>= `  -u n )  <->  -u n  <_  z ) )
208, 10, 19syl2anc 642 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  -> 
( z  e.  (
ZZ>= `  -u n )  <->  -u n  <_ 
z ) )
2118, 20mpbird 223 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( z  e.  ZZ  /\  B  <_  z ) )  -> 
z  e.  ( ZZ>= `  -u n ) )
2221expr 598 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  z  e.  ZZ )  ->  ( B  <_  z  ->  z  e.  ( ZZ>= `  -u n ) ) )
2322ralrimiva 2626 . . . . . . . . 9  |-  ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  A. z  e.  ZZ  ( B  <_ 
z  ->  z  e.  ( ZZ>= `  -u n ) ) )
24 rabss 3250 . . . . . . . . 9  |-  ( { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  C_  ( ZZ>= `  -u n )  <->  A. z  e.  ZZ  ( B  <_  z  -> 
z  e.  ( ZZ>= `  -u n ) ) )
2523, 24sylibr 203 . . . . . . . 8  |-  ( ( B  e.  RR  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  C_  ( ZZ>=
`  -u n ) )
2625adantlr 695 . . . . . . 7  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  C_  ( ZZ>=
`  -u n ) )
275, 26sstrd 3189 . . . . . 6  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  A  C_  ( ZZ>=
`  -u n ) )
28 simplrr 737 . . . . . 6  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  A  =/=  (/) )
29 infmssuzcl 10301 . . . . . 6  |-  ( ( A  C_  ( ZZ>= `  -u n )  /\  A  =/=  (/) )  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  A
)
3027, 28, 29syl2anc 642 . . . . 5  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  A
)
31 infmssuzle 10300 . . . . . . 7  |-  ( ( A  C_  ( ZZ>= `  -u n )  /\  y  e.  A )  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  <_  y
)
3227, 31sylan 457 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  y  e.  A )  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  <_  y
)
3332ralrimiva 2626 . . . . 5  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  A. y  e.  A  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  <_  y
)
3430adantr 451 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  A )
35 simprr 733 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  ->  A. y  e.  A  x  <_  y )
36 breq2 4027 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  =  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  ->  ( x  <_  y  <->  x  <_  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) ) )
3736rspcv 2880 . . . . . . . . 9  |-  ( sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  A  ->  ( A. y  e.  A  x  <_  y  ->  x  <_  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) ) )
3834, 35, 37sylc 56 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  ->  x  <_  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) )
3927adantr 451 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  ->  A  C_  ( ZZ>= `  -u n
) )
40 simprl 732 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  ->  x  e.  A )
41 infmssuzle 10300 . . . . . . . . 9  |-  ( ( A  C_  ( ZZ>= `  -u n )  /\  x  e.  A )  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  <_  x
)
4239, 40, 41syl2anc 642 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  <_  x )
43 uzssz 10247 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ZZ>= `  -u n )  C_  ZZ
44 zssre 10031 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ZZ  C_  RR
4543, 44sstri 3188 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ZZ>= `  -u n )  C_  RR
4627, 45syl6ss 3191 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  A  C_  RR )
4746adantr 451 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  ->  A  C_  RR )
4847, 40sseldd 3181 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  ->  x  e.  RR )
4946, 30sseldd 3181 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  RR )
5049adantr 451 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  RR )
5148, 50letri3d 8961 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  -> 
( x  =  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  <->  ( x  <_  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  /\  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  <_  x )
) )
5238, 42, 51mpbir2and 888 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  ( x  e.  A  /\  A. y  e.  A  x  <_  y ) )  ->  x  =  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) )
5352expr 598 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A 
C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_ 
z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  /\  x  e.  A )  ->  ( A. y  e.  A  x  <_  y  ->  x  =  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) ) )
5453ralrimiva 2626 . . . . 5  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  A. x  e.  A  ( A. y  e.  A  x  <_  y  ->  x  =  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) ) )
55 breq1 4026 . . . . . . 7  |-  ( x  =  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  ->  ( x  <_  y  <->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  <_  y ) )
5655ralbidv 2563 . . . . . 6  |-  ( x  =  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  ->  ( A. y  e.  A  x  <_  y  <->  A. y  e.  A  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  <_ 
y ) )
5756eqreu 2957 . . . . 5  |-  ( ( sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  A  /\  A. y  e.  A  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  <_  y  /\  A. x  e.  A  ( A. y  e.  A  x  <_  y  ->  x  =  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) ) )  ->  E! x  e.  A  A. y  e.  A  x  <_  y )
5830, 33, 54, 57syl3anc 1182 . . . 4  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  ( n  e.  NN  /\  -u B  <  n ) )  ->  E! x  e.  A  A. y  e.  A  x  <_  y )
5958expr 598 . . 3  |-  ( ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  /\  n  e.  NN )  ->  ( -u B  < 
n  ->  E! x  e.  A  A. y  e.  A  x  <_  y ) )
6059rexlimdva 2667 . 2  |-  ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  -> 
( E. n  e.  NN  -u B  <  n  ->  E! x  e.  A  A. y  e.  A  x  <_  y ) )
614, 60mpd 14 1  |-  ( ( B  e.  RR  /\  ( A  C_  { z  e.  ZZ  |  B  <_  z }  /\  A  =/=  (/) ) )  ->  E! x  e.  A  A. y  e.  A  x  <_  y )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 176    /\ wa 358    = wceq 1623    e. wcel 1684    =/= wne 2446   A.wral 2543   E.wrex 2544   E!wreu 2545   {crab 2547    C_ wss 3152   (/)c0 3455   class class class wbr 4023   `'ccnv 4688   ` cfv 5255   supcsup 7193   RRcr 8736    < clt 8867    <_ cle 8868   -ucneg 9038   NNcn 9746   ZZcz 10024   ZZ>=cuz 10230
This theorem is referenced by:  zmin  10312
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1533  ax-5 1544  ax-17 1603  ax-9 1635  ax-8 1643  ax-13 1686  ax-14 1688  ax-6 1703  ax-7 1708  ax-11 1715  ax-12 1866  ax-ext 2264  ax-sep 4141  ax-nul 4149  ax-pow 4188  ax-pr 4214  ax-un 4512  ax-cnex 8793  ax-resscn 8794  ax-1cn 8795  ax-icn 8796  ax-addcl 8797  ax-addrcl 8798  ax-mulcl 8799  ax-mulrcl 8800  ax-mulcom 8801  ax-addass 8802  ax-mulass 8803  ax-distr 8804  ax-i2m1 8805  ax-1ne0 8806  ax-1rid 8807  ax-rnegex 8808  ax-rrecex 8809  ax-cnre 8810  ax-pre-lttri 8811  ax-pre-lttrn 8812  ax-pre-ltadd 8813  ax-pre-mulgt0 8814  ax-pre-sup 8815
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1529  df-nf 1532  df-sb 1630  df-eu 2147  df-mo 2148  df-clab 2270  df-cleq 2276  df-clel 2279  df-nfc 2408  df-ne 2448  df-nel 2449  df-ral 2548  df-rex 2549  df-reu 2550  df-rmo 2551  df-rab 2552  df-v 2790  df-sbc 2992  df-csb 3082  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-pss 3168  df-nul 3456  df-if 3566  df-pw 3627  df-sn 3646  df-pr 3647  df-tp 3648  df-op 3649  df-uni 3828  df-iun 3907  df-br 4024  df-opab 4078  df-mpt 4079  df-tr 4114  df-eprel 4305  df-id 4309  df-po 4314  df-so 4315  df-fr 4352  df-we 4354  df-ord 4395  df-on 4396  df-lim 4397  df-suc 4398  df-om 4657  df-xp 4695  df-rel 4696  df-cnv 4697  df-co 4698  df-dm 4699  df-rn 4700  df-res 4701  df-ima 4702  df-iota 5219  df-fun 5257  df-fn 5258  df-f 5259  df-f1 5260  df-fo 5261  df-f1o 5262  df-fv 5263  df-ov 5861  df-oprab 5862  df-mpt2 5863  df-riota 6304  df-recs 6388  df-rdg 6423  df-er 6660  df-en 6864  df-dom 6865  df-sdom 6866  df-sup 7194  df-pnf 8869  df-mnf 8870  df-xr 8871  df-ltxr 8872  df-le 8873  df-sub 9039  df-neg 9040  df-nn 9747  df-n0 9966  df-z 10025  df-uz 10231
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