Theorem iooref1o 17083

Description: A one-to-one mapping from the real numbers onto the open unit interval. (Contributed by Jim Kingdon, 27-Jun-2024.)

Hypothesis

Ref	Expression
iooref1o.f	|- F = ( x e. RR |-> ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) )

Assertion

Ref	Expression
iooref1o	|- F : RR -1-1-onto-> ( 0 (,) 1 )

Proof of Theorem iooref1o

Dummy variable y is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		iooref1o.f	. . 3 |- F = ( x e. RR |-> ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) )
2		1rp 10058	. . . . . . . . 9 |- 1 e. RR+
3	2	a1i 9	. . . . . . . 8 |- ( x e. RR -> 1 e. RR+ )
4		rpefcl 12452	. . . . . . . 8 |- ( x e. RR -> ( exp ` x ) e. RR+ )
5	3, 4	rpaddcld 10113	. . . . . . 7 |- ( x e. RR -> ( 1 + ( exp ` x ) ) e. RR+ )
6	5	rpreccld 10108	. . . . . 6 |- ( x e. RR -> ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) e. RR+ )
7	6	rpred 10097	. . . . 5 |- ( x e. RR -> ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) e. RR )
8	6	rpgt0d 10100	. . . . 5 |- ( x e. RR -> 0 < ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) )
9		1red 8341	. . . . . . 7 |- ( x e. RR -> 1 e. RR )
10	9, 4	ltaddrpd 10131	. . . . . 6 |- ( x e. RR -> 1 < ( 1 + ( exp ` x ) ) )
11	5	recgt1d 10112	. . . . . 6 |- ( x e. RR -> ( 1 < ( 1 + ( exp ` x ) ) <-> ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) < 1 ) )
12	10, 11	mpbid 147	. . . . 5 |- ( x e. RR -> ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) < 1 )
13		0xr 8372	. . . . . 6 |- 0 e. RR*
14		1re 8325	. . . . . . 7 |- 1 e. RR
15	14	rexri 8383	. . . . . 6 |- 1 e. RR*
16		elioo2 10323	. . . . . 6 |- ( ( 0 e. RR* /\ 1 e. RR* ) -> ( ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) e. ( 0 (,) 1 ) <-> ( ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) e. RR /\ 0 < ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) /\ ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) < 1 ) ) )
17	13, 15, 16	mp2an 430	. . . . 5 |- ( ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) e. ( 0 (,) 1 ) <-> ( ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) e. RR /\ 0 < ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) /\ ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) < 1 ) )
18	7, 8, 12, 17	syl3anbrc 1212	. . . 4 |- ( x e. RR -> ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) e. ( 0 (,) 1 ) )
19	18	adantl 277	. . 3 |- ( ( T. /\ x e. RR ) -> ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) e. ( 0 (,) 1 ) )
20		elioore 10314	. . . . . . . . . 10 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> y e. RR )
21		eliooord 10330	. . . . . . . . . . 11 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> ( 0 < y /\ y < 1 ) )
22	21	simpld 112	. . . . . . . . . 10 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> 0 < y )
23	20, 22	elrpd 10094	. . . . . . . . 9 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> y e. RR+ )
24	23	rpreccld 10108	. . . . . . . 8 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> ( 1 / y ) e. RR+ )
25	24	rpred 10097	. . . . . . 7 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> ( 1 / y ) e. RR )
26		1red 8341	. . . . . . 7 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> 1 e. RR )
27	25, 26	resubcld 8708	. . . . . 6 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> ( ( 1 / y ) - 1 ) e. RR )
28	21	simprd 114	. . . . . . . 8 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> y < 1 )
29	23	reclt1d 10111	. . . . . . . 8 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> ( y < 1 <-> 1 < ( 1 / y ) ) )
30	28, 29	mpbid 147	. . . . . . 7 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> 1 < ( 1 / y ) )
31	26, 25	posdifd 8860	. . . . . . 7 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> ( 1 < ( 1 / y ) <-> 0 < ( ( 1 / y ) - 1 ) ) )
32	30, 31	mpbid 147	. . . . . 6 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> 0 < ( ( 1 / y ) - 1 ) )
33	27, 32	elrpd 10094	. . . . 5 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> ( ( 1 / y ) - 1 ) e. RR+ )
34	33	relogcld 15983	. . . 4 |- ( y e. ( 0 (,) 1 ) -> ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) e. RR )
35	34	adantl 277	. . 3 |- ( ( T. /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) e. RR )
36		1cnd 8342	. . . . . . 7 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> 1 e. CC )
37	4	adantr 276	. . . . . . . . 9 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( exp ` x ) e. RR+ )
38	37	rpcnd 10099	. . . . . . . 8 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( exp ` x ) e. CC )
39	36, 38	addcld 8345	. . . . . . 7 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( 1 + ( exp ` x ) ) e. CC )
40	23	adantl 277	. . . . . . . 8 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> y e. RR+ )
41	40	rpcnd 10099	. . . . . . 7 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> y e. CC )
42	40	rpap0d 10103	. . . . . . 7 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> y # 0 )
43	36, 39, 41, 42	divmulap2d 9154	. . . . . 6 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( ( 1 / y ) = ( 1 + ( exp ` x ) ) <-> 1 = ( y x. ( 1 + ( exp ` x ) ) ) ) )
44	24	adantl 277	. . . . . . . . . 10 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( 1 / y ) e. RR+ )
45	44	rpcnd 10099	. . . . . . . . 9 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( 1 / y ) e. CC )
46	36, 38, 45	addrsub 8697	. . . . . . . 8 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( ( 1 + ( exp ` x ) ) = ( 1 / y ) <-> ( exp ` x ) = ( ( 1 / y ) - 1 ) ) )
47	33	adantl 277	. . . . . . . . . 10 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( ( 1 / y ) - 1 ) e. RR+ )
48	47	reeflogd 15984	. . . . . . . . 9 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( exp ` ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) ) = ( ( 1 / y ) - 1 ) )
49	48	eqeq2d 2250	. . . . . . . 8 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( ( exp ` x ) = ( exp ` ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) ) <-> ( exp ` x ) = ( ( 1 / y ) - 1 ) ) )
50		reef11 12466	. . . . . . . . 9 |- ( ( x e. RR /\ ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) e. RR ) -> ( ( exp ` x ) = ( exp ` ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) ) <-> x = ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) ) )
51	34, 50	sylan2 286	. . . . . . . 8 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( ( exp ` x ) = ( exp ` ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) ) <-> x = ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) ) )
52	46, 49, 51	3bitr2rd 217	. . . . . . 7 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( x = ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) <-> ( 1 + ( exp ` x ) ) = ( 1 / y ) ) )
53		eqcom 2240	. . . . . . 7 |- ( ( 1 + ( exp ` x ) ) = ( 1 / y ) <-> ( 1 / y ) = ( 1 + ( exp ` x ) ) )
54	52, 53	bitrdi 196	. . . . . 6 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( x = ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) <-> ( 1 / y ) = ( 1 + ( exp ` x ) ) ) )
55	5	adantr 276	. . . . . . . 8 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( 1 + ( exp ` x ) ) e. RR+ )
56	55	rpap0d 10103	. . . . . . 7 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( 1 + ( exp ` x ) ) # 0 )
57	36, 41, 39, 56	divmulap3d 9155	. . . . . 6 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) = y <-> 1 = ( y x. ( 1 + ( exp ` x ) ) ) ) )
58	43, 54, 57	3bitr4d 220	. . . . 5 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( x = ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) <-> ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) = y ) )
59		eqcom 2240	. . . . 5 |- ( ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) = y <-> y = ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) )
60	58, 59	bitrdi 196	. . . 4 |- ( ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) -> ( x = ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) <-> y = ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) ) )
61	60	adantl 277	. . 3 |- ( ( T. /\ ( x e. RR /\ y e. ( 0 (,) 1 ) ) ) -> ( x = ( log ` ( ( 1 / y ) - 1 ) ) <-> y = ( 1 / ( 1 + ( exp ` x ) ) ) ) )
62	1, 19, 35, 61	f1o2d 6295	. 2 |- ( T. -> F : RR -1-1-onto-> ( 0 (,) 1 ) )
63	62	mptru 1411	1 |- F : RR -1-1-onto-> ( 0 (,) 1 )

This proof depends on syntax axioms:   /\ wa 104   <-> wb 105   /\ w3a 1009   = wceq 1402   T. wtru 1403   e. wcel 2209   class class class wbr 4130   |-> cmpt 4192   -1-1-onto->wf1o 5376   ` cfv 5377  (class class class)co 6085   RRcr 8178   0cc0 8179   1c1 8180   + caddc 8182   x. cmul 8184   RR*cxr 8359   < clt 8360   - cmin 8497   / cdiv 9002   RR+crp 10054   (,)cioo 10290   expce 12409   logclog 15957

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4246  ax-sep 4249  ax-nul 4259  ax-pow 4311  ax-pr 4346  ax-un 4578  ax-setind 4684  ax-iinf 4735  ax-cnex 8270  ax-resscn 8271  ax-1cn 8272  ax-1re 8273  ax-icn 8274  ax-addcl 8275  ax-addrcl 8276  ax-mulcl 8277  ax-mulrcl 8278  ax-addcom 8279  ax-mulcom 8280  ax-addass 8281  ax-mulass 8282  ax-distr 8283  ax-i2m1 8284  ax-0lt1 8285  ax-1rid 8286  ax-0id 8287  ax-rnegex 8288  ax-precex 8289  ax-cnre 8290  ax-pre-ltirr 8291  ax-pre-ltwlin 8292  ax-pre-lttrn 8293  ax-pre-apti 8294  ax-pre-ltadd 8295  ax-pre-mulgt0 8296  ax-pre-mulext 8297  ax-arch 8298  ax-caucvg 8299  ax-pre-suploc 8300  ax-addf 8301  ax-mulf 8302

This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 843  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-disj 4107  df-br 4131  df-opab 4193  df-mpt 4194  df-tr 4230  df-id 4438  df-po 4441  df-iso 4442  df-iord 4511  df-on 4513  df-ilim 4514  df-suc 4516  df-iom 4738  df-xp 4780  df-rel 4781  df-cnv 4782  df-co 4783  df-dm 4784  df-rn 4785  df-res 4786  df-ima 4787  df-iota 5337  df-fun 5379  df-fn 5380  df-f 5381  df-f1 5382  df-fo 5383  df-f1o 5384  df-fv 5385  df-isom 5386  df-riota 6038  df-ov 6088  df-oprab 6089  df-mpo 6090  df-of 6302  df-1st 6374  df-2nd 6375  df-recs 6576  df-irdg 6641  df-frec 6662  df-1o 6687  df-oadd 6691  df-er 6807  df-map 6924  df-pm 6925  df-en 7023  df-dom 7024  df-fin 7025  df-sup 7324  df-inf 7325  df-pnf 8362  df-mnf 8363  df-xr 8364  df-ltxr 8365  df-le 8366  df-sub 8499  df-neg 8500  df-reap 8903  df-ap 8910  df-div 9003  df-inn 9305  df-2 9363  df-3 9364  df-4 9365  df-n0 9564  df-z 9645  df-uz 9922  df-q 10020  df-rp 10055  df-xneg 10174  df-xadd 10175  df-ioo 10294  df-ico 10296  df-icc 10297  df-fz 10412  df-fzo 10550  df-seqfrec 10885  df-exp 10976  df-fac 11164  df-bc 11186  df-ihash 11215  df-shft 11580  df-cj 11607  df-re 11608  df-im 11609  df-rsqrt 11764  df-abs 11765  df-clim 12045  df-sumdc 12120  df-ef 12415  df-e 12416  df-rest 13595  df-topgen 13614  df-psmet 14880  df-xmet 14881  df-met 14882  df-bl 14883  df-mopn 14884  df-top 15099  df-topon 15112  df-bases 15144  df-ntr 15197  df-cn 15289  df-cnp 15290  df-tx 15354  df-cncf 15672  df-limced 15757  df-dvap 15758  df-relog 15959

This theorem is used by:  iooreen  17084