Theorem infrenegsupex 9532

Description: The infimum of a set of reals 𝐴 is the negative of the supremum of the negatives of its elements. (Contributed by Jim Kingdon, 14-Jan-2022.)

Hypotheses

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

Assertion

Ref	Expression
infrenegsupex	⊢ (𝜑 → inf(𝐴, ℝ, < ) = -sup({𝑧 ∈ ℝ ∣ -𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))

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

Proof of Theorem infrenegsupex

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		lttri3 7978	. . . . . 6 ⊢ ((𝑓 ∈ ℝ ∧ 𝑔 ∈ ℝ) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓 < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔 < 𝑓)))
2	1	adantl 275	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑓 ∈ ℝ ∧ 𝑔 ∈ ℝ)) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓 < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔 < 𝑓)))
3		infrenegsupex.ex	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑦 < 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑥 < 𝑦 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦)))
4	2, 3	infclti 6988	. . . 4 ⊢ (𝜑 → inf(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ)
5	4	recnd 7927	. . 3 ⊢ (𝜑 → inf(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℂ)
6	5	negnegd 8200	. 2 ⊢ (𝜑 → --inf(𝐴, ℝ, < ) = inf(𝐴, ℝ, < ))
7		negeq 8091	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 = 𝑧 → -𝑤 = -𝑧)
8	7	cbvmptv 4078	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) = (𝑧 ∈ ℝ ↦ -𝑧)
9	8	mptpreima 5097	. . . . . . 7 ⊢ (◡(𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) “ 𝐴) = {𝑧 ∈ ℝ ∣ -𝑧 ∈ 𝐴}
10		eqid 2165	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤)
11	10	negiso 8850	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom < , ◡ < (ℝ, ℝ) ∧ ◡(𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤))
12	11	simpri 112	. . . . . . . 8 ⊢ ◡(𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤)
13	12	imaeq1i 4943	. . . . . . 7 ⊢ (◡(𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) “ 𝐴) = ((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) “ 𝐴)
14	9, 13	eqtr3i 2188	. . . . . 6 ⊢ {𝑧 ∈ ℝ ∣ -𝑧 ∈ 𝐴} = ((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) “ 𝐴)
15	14	supeq1i 6953	. . . . 5 ⊢ sup({𝑧 ∈ ℝ ∣ -𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = sup(((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) “ 𝐴), ℝ, < )
16	11	simpli 110	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom < , ◡ < (ℝ, ℝ)
17		isocnv 5779	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom < , ◡ < (ℝ, ℝ) → ◡(𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ, ℝ))
18	16, 17	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ ◡(𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ, ℝ)
19		isoeq1 5769	. . . . . . . . 9 ⊢ (◡(𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) → (◡(𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ, ℝ) ↔ (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ, ℝ)))
20	12, 19	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ (◡(𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ, ℝ) ↔ (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ, ℝ))
21	18, 20	mpbi 144	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ, ℝ)
22	21	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ, ℝ))
23		infrenegsupex.ss	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
24	3	cnvinfex 6983	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥◡ < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦◡ < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦◡ < 𝑧)))
25	2	cnvti 6984	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑓 ∈ ℝ ∧ 𝑔 ∈ ℝ)) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓◡ < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔◡ < 𝑓)))
26	22, 23, 24, 25	supisoti 6975	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → sup(((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) “ 𝐴), ℝ, < ) = ((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤)‘sup(𝐴, ℝ, ◡ < )))
27	15, 26	syl5eq 2211	. . . 4 ⊢ (𝜑 → sup({𝑧 ∈ ℝ ∣ -𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = ((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤)‘sup(𝐴, ℝ, ◡ < )))
28		df-inf 6950	. . . . . . 7 ⊢ inf(𝐴, ℝ, < ) = sup(𝐴, ℝ, ◡ < )
29	28	eqcomi 2169	. . . . . 6 ⊢ sup(𝐴, ℝ, ◡ < ) = inf(𝐴, ℝ, < )
30	29	fveq2i 5489	. . . . 5 ⊢ ((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤)‘sup(𝐴, ℝ, ◡ < )) = ((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤)‘inf(𝐴, ℝ, < ))
31		eqidd 2166	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤))
32		negeq 8091	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = inf(𝐴, ℝ, < ) → -𝑤 = -inf(𝐴, ℝ, < ))
33	32	adantl 275	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 = inf(𝐴, ℝ, < )) → -𝑤 = -inf(𝐴, ℝ, < ))
34	5	negcld 8196	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → -inf(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℂ)
35	31, 33, 4, 34	fvmptd 5567	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤)‘inf(𝐴, ℝ, < )) = -inf(𝐴, ℝ, < ))
36	30, 35	syl5eq 2211	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝑤 ∈ ℝ ↦ -𝑤)‘sup(𝐴, ℝ, ◡ < )) = -inf(𝐴, ℝ, < ))
37	27, 36	eqtr2d 2199	. . 3 ⊢ (𝜑 → -inf(𝐴, ℝ, < ) = sup({𝑧 ∈ ℝ ∣ -𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))
38	37	negeqd 8093	. 2 ⊢ (𝜑 → --inf(𝐴, ℝ, < ) = -sup({𝑧 ∈ ℝ ∣ -𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))
39	6, 38	eqtr3d 2200	1 ⊢ (𝜑 → inf(𝐴, ℝ, < ) = -sup({𝑧 ∈ ℝ ∣ -𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   = wceq 1343   ∈ wcel 2136  ∀wral 2444  ∃wrex 2445  {crab 2448   ⊆ wss 3116   class class class wbr 3982   ↦ cmpt 4043  ^◡ccnv 4603   “ cima 4607  ‘cfv 5188   Isom wiso 5189  supcsup 6947  infcinf 6948  ℂcc 7751  ℝcr 7752   < clt 7933  -cneg 8070

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1435  ax-7 1436  ax-gen 1437  ax-ie1 1481  ax-ie2 1482  ax-8 1492  ax-10 1493  ax-11 1494  ax-i12 1495  ax-bndl 1497  ax-4 1498  ax-17 1514  ax-i9 1518  ax-ial 1522  ax-i5r 1523  ax-13 2138  ax-14 2139  ax-ext 2147  ax-sep 4100  ax-pow 4153  ax-pr 4187  ax-un 4411  ax-setind 4514  ax-cnex 7844  ax-resscn 7845  ax-1cn 7846  ax-1re 7847  ax-icn 7848  ax-addcl 7849  ax-addrcl 7850  ax-mulcl 7851  ax-addcom 7853  ax-addass 7855  ax-distr 7857  ax-i2m1 7858  ax-0id 7861  ax-rnegex 7862  ax-cnre 7864  ax-pre-ltirr 7865  ax-pre-apti 7868  ax-pre-ltadd 7869

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3an 970  df-tru 1346  df-fal 1349  df-nf 1449  df-sb 1751  df-eu 2017  df-mo 2018  df-clab 2152  df-cleq 2158  df-clel 2161  df-nfc 2297  df-ne 2337  df-nel 2432  df-ral 2449  df-rex 2450  df-reu 2451  df-rmo 2452  df-rab 2453  df-v 2728  df-sbc 2952  df-csb 3046  df-dif 3118  df-un 3120  df-in 3122  df-ss 3129  df-pw 3561  df-sn 3582  df-pr 3583  df-op 3585  df-uni 3790  df-br 3983  df-opab 4044  df-mpt 4045  df-id 4271  df-xp 4610  df-rel 4611  df-cnv 4612  df-co 4613  df-dm 4614  df-rn 4615  df-res 4616  df-ima 4617  df-iota 5153  df-fun 5190  df-fn 5191  df-f 5192  df-f1 5193  df-fo 5194  df-f1o 5195  df-fv 5196  df-isom 5197  df-riota 5798  df-ov 5845  df-oprab 5846  df-mpo 5847  df-sup 6949  df-inf 6950  df-pnf 7935  df-mnf 7936  df-ltxr 7938  df-sub 8071  df-neg 8072

This theorem is referenced by:  supminfex  9535  minmax  11171  infssuzcldc  11884