Theorem axsuploc 8116

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 8017 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 3179	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
2		ltxrlt 8109	. . . . . . . . . 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 2493	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥))
6	5	rexbidva 2494	. . . . . 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 8109	. . . . . . . . . 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 3179	. . . . . . . . . . . . . 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 8109	. . . . . . . . . . . 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 2494	. . . . . . . . . 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 8109	. . . . . . . . . . . 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 2493	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 <ℝ 𝑦))
22	17, 21	orbi12d 794	. . . . . . . . 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 2493	. . . . . . 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 2493	. . . . . 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 8017	. . 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 668	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → (¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ↔ ¬ 𝑥 < 𝑦))
36	35	ralbidva 2493	. . . . 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 8109	. . . . . . . . . 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 2494	. . . . . . 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 2493	. . . . 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 2494	. . 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 709  ∃wex 1506   ∈ wcel 2167  ∀wral 2475  ∃wrex 2476   ⊆ wss 3157   class class class wbr 4034  ℝcr 7895   <_ℝ cltrr 7900   < clt 8078

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 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-sep 4152  ax-pow 4208  ax-pr 4243  ax-un 4469  ax-setind 4574  ax-cnex 7987  ax-resscn 7988  ax-pre-suploc 8017

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-nel 2463  df-ral 2480  df-rex 2481  df-rab 2484  df-v 2765  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-pw 3608  df-sn 3629  df-pr 3630  df-op 3632  df-uni 3841  df-br 4035  df-opab 4096  df-xp 4670  df-pnf 8080  df-mnf 8081  df-ltxr 8083

This theorem is referenced by:  dedekindeulemlub  14940  suplociccreex  14944