Theorem axsuploc 8020

Description: An inhabited, bounded-above, located set of reals has a supremum. Axiom for real and complex numbers, derived from ZF set theory. (This restates ax-pre-suploc 7923 with ordering on the extended reals.) (Contributed by Jim Kingdon, 30-Jan-2024.)

Assertion

Ref	Expression
axsuploc	⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∃𝑥 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 < 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦)))) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))

Distinct variable group:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐴

Proof of Theorem axsuploc

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ssel2 3150	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
2		ltxrlt 8013	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑥))
3	1, 2	sylan 283	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑥))
4	3	an32s 568	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑥))
5	4	ralbidva 2473	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥))
6	5	rexbidva 2474	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥))
7		simplr 528	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → 𝑥 ∈ ℝ)
8		simpr 110	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → 𝑦 ∈ ℝ)
9		ltxrlt 8013	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑥 < 𝑦 ↔ 𝑥 <ℝ 𝑦))
10	7, 8, 9	syl2anc 411	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑥 < 𝑦 ↔ 𝑥 <ℝ 𝑦))
11		simpllr 534	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
12		ssel2 3150	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
13	12	adantlr 477	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
14	13	adantlr 477	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
15		ltxrlt 8013	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ) → (𝑥 < 𝑧 ↔ 𝑥 <ℝ 𝑧))
16	11, 14, 15	syl2anc 411	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → (𝑥 < 𝑧 ↔ 𝑥 <ℝ 𝑧))
17	16	rexbidva 2474	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 <ℝ 𝑧))
18		simplr 528	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
19		ltxrlt 8013	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑧 < 𝑦 ↔ 𝑧 <ℝ 𝑦))
20	14, 18, 19	syl2anc 411	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → (𝑧 < 𝑦 ↔ 𝑧 <ℝ 𝑦))
21	20	ralbidva 2473	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 <ℝ 𝑦))
22	17, 21	orbi12d 793	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ((∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦) ↔ (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 <ℝ 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 <ℝ 𝑦)))
23	10, 22	imbi12d 234	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ((𝑥 < 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦)) ↔ (𝑥 <ℝ 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 <ℝ 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 <ℝ 𝑦))))
24	23	ralbidva 2473	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 < 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦)) ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 <ℝ 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 <ℝ 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 <ℝ 𝑦))))
25	24	ralbidva 2473	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 < 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦)) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 <ℝ 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 <ℝ 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 <ℝ 𝑦))))
26	6, 25	anbi12d 473	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → ((∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 < 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦))) ↔ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 <ℝ 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 <ℝ 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 <ℝ 𝑦)))))
27	26	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∃𝑥 𝑥 ∈ 𝐴) → ((∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 < 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦))) ↔ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 <ℝ 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 <ℝ 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 <ℝ 𝑦)))))
28	27	pm5.32i 454	. . 3 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∃𝑥 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 < 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦)))) ↔ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∃𝑥 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 <ℝ 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 <ℝ 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 <ℝ 𝑦)))))
29		ax-pre-suploc 7923	. . 3 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∃𝑥 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 <ℝ 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 <ℝ 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 <ℝ 𝑦)))) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧)))
30	28, 29	sylbi 121	. 2 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∃𝑥 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 < 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦)))) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧)))
31		simplr 528	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ)
32	1	adantlr 477	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
33	31, 32, 9	syl2anc 411	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → (𝑥 < 𝑦 ↔ 𝑥 <ℝ 𝑦))
34	33	bicomd 141	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → (𝑥 <ℝ 𝑦 ↔ 𝑥 < 𝑦))
35	34	notbid 667	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → (¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ↔ ¬ 𝑥 < 𝑦))
36	35	ralbidva 2473	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦))
37	8, 7, 2	syl2anc 411	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑥))
38	37	bicomd 141	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑦 <ℝ 𝑥 ↔ 𝑦 < 𝑥))
39		ltxrlt 8013	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑧))
40	18, 14, 39	syl2anc 411	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑧))
41	40	bicomd 141	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → (𝑦 <ℝ 𝑧 ↔ 𝑦 < 𝑧))
42	41	rexbidva 2474	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧))
43	38, 42	imbi12d 234	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ((𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧) ↔ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))
44	43	ralbidva 2473	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧) ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))
45	36, 44	anbi12d 473	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ((∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧)) ↔ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧))))
46	45	rexbidva 2474	. . 3 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧)) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧))))
47	46	ad2antrr 488	. 2 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∃𝑥 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 < 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦)))) → (∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧)) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧))))
48	30, 47	mpbid 147	1 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∃𝑥 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 < 𝑦 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑧 ∨ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦)))) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   ∨ wo 708  ∃wex 1492   ∈ wcel 2148  ∀wral 2455  ∃wrex 2456   ⊆ wss 3129   class class class wbr 4000  ℝcr 7801   <_ℝ cltrr 7806   < clt 7982

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-sep 4118  ax-pow 4171  ax-pr 4206  ax-un 4430  ax-setind 4533  ax-cnex 7893  ax-resscn 7894  ax-pre-suploc 7923

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-rab 2464  df-v 2739  df-dif 3131  df-un 3133  df-in 3135  df-ss 3142  df-pw 3576  df-sn 3597  df-pr 3598  df-op 3600  df-uni 3808  df-br 4001  df-opab 4062  df-xp 4629  df-pnf 7984  df-mnf 7985  df-ltxr 7987

This theorem is referenced by:  dedekindeulemlub  13765  suplociccreex  13769