Theorem infxrnegsupex 11255

Description: The infimum of a set of extended reals 𝐴 is the negative of the supremum of the negatives of its elements. (Contributed by Jim Kingdon, 2-May-2023.)

Hypotheses

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

Assertion

Ref	Expression
infxrnegsupex	⊢ (𝜑 → inf(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))

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

Proof of Theorem infxrnegsupex

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		xrlttri3 9784	. . . . 5 ⊢ ((𝑓 ∈ ℝ* ∧ 𝑔 ∈ ℝ*) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓 < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔 < 𝑓)))
2	1	adantl 277	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑓 ∈ ℝ* ∧ 𝑔 ∈ ℝ*)) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓 < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔 < 𝑓)))
3		infxrnegsupex.ex	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ* (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑦 < 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ* (𝑥 < 𝑦 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑦)))
4	2, 3	infclti 7016	. . 3 ⊢ (𝜑 → inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
5		xnegneg 9820	. . 3 ⊢ (inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ* → -𝑒-𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ) = inf(𝐴, ℝ*, < ))
6	4, 5	syl 14	. 2 ⊢ (𝜑 → -𝑒-𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ) = inf(𝐴, ℝ*, < ))
7		xnegeq 9814	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 = 𝑧 → -𝑒𝑤 = -𝑒𝑧)
8	7	cbvmptv 4096	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑧 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑧)
9	8	mptpreima 5118	. . . . . . 7 ⊢ (◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴) = {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}
10		eqid 2177	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)
11	10	xrnegiso 11254	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom < , ◡ < (ℝ*, ℝ*) ∧ ◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤))
12	11	simpri 113	. . . . . . . 8 ⊢ ◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)
13	12	imaeq1i 4963	. . . . . . 7 ⊢ (◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴) = ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴)
14	9, 13	eqtr3i 2200	. . . . . 6 ⊢ {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴} = ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴)
15	14	supeq1i 6981	. . . . 5 ⊢ sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = sup(((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴), ℝ*, < )
16	11	simpli 111	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom < , ◡ < (ℝ*, ℝ*)
17		isocnv 5806	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom < , ◡ < (ℝ*, ℝ*) → ◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ*, ℝ*))
18	16, 17	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ ◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ*, ℝ*)
19		isoeq1 5796	. . . . . . . . 9 ⊢ (◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) → (◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ*, ℝ*) ↔ (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ*, ℝ*)))
20	12, 19	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ (◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ*, ℝ*) ↔ (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ*, ℝ*))
21	18, 20	mpbi 145	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ*, ℝ*)
22	21	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom ◡ < , < (ℝ*, ℝ*))
23		infxrnegsupex.ss	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ*)
24	3	cnvinfex 7011	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ* (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥◡ < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ* (𝑦◡ < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦◡ < 𝑧)))
25	2	cnvti 7012	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑓 ∈ ℝ* ∧ 𝑔 ∈ ℝ*)) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓◡ < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔◡ < 𝑓)))
26	22, 23, 24, 25	supisoti 7003	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → sup(((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴), ℝ*, < ) = ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘sup(𝐴, ℝ*, ◡ < )))
27	15, 26	eqtrid 2222	. . . 4 ⊢ (𝜑 → sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘sup(𝐴, ℝ*, ◡ < )))
28		df-inf 6978	. . . . . . 7 ⊢ inf(𝐴, ℝ*, < ) = sup(𝐴, ℝ*, ◡ < )
29	28	eqcomi 2181	. . . . . 6 ⊢ sup(𝐴, ℝ*, ◡ < ) = inf(𝐴, ℝ*, < )
30	29	fveq2i 5514	. . . . 5 ⊢ ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘sup(𝐴, ℝ*, ◡ < )) = ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘inf(𝐴, ℝ*, < ))
31		eqidd 2178	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤))
32		xnegeq 9814	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = inf(𝐴, ℝ*, < ) → -𝑒𝑤 = -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ))
33	32	adantl 277	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 = inf(𝐴, ℝ*, < )) → -𝑒𝑤 = -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ))
34	4	xnegcld 9842	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
35	31, 33, 4, 34	fvmptd 5593	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘inf(𝐴, ℝ*, < )) = -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ))
36	30, 35	eqtrid 2222	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘sup(𝐴, ℝ*, ◡ < )) = -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ))
37	27, 36	eqtr2d 2211	. . 3 ⊢ (𝜑 → -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ) = sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
38		xnegeq 9814	. . 3 ⊢ (-𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ) = sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) → -𝑒-𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
39	37, 38	syl 14	. 2 ⊢ (𝜑 → -𝑒-𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
40	6, 39	eqtr3d 2212	1 ⊢ (𝜑 → inf(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1353   ∈ wcel 2148  ∀wral 2455  ∃wrex 2456  {crab 2459   ⊆ wss 3129   class class class wbr 4000   ↦ cmpt 4061  ^◡ccnv 4622   “ cima 4626  ‘cfv 5212   Isom wiso 5213  supcsup 6975  infcinf 6976  ℝ^*cxr 7981   < clt 7982  -_𝑒cxne 9756

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-1cn 7895  ax-1re 7896  ax-icn 7897  ax-addcl 7898  ax-addrcl 7899  ax-mulcl 7900  ax-addcom 7902  ax-addass 7904  ax-distr 7906  ax-i2m1 7907  ax-0id 7910  ax-rnegex 7911  ax-cnre 7913  ax-pre-ltirr 7914  ax-pre-apti 7917  ax-pre-ltadd 7918

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 979  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-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2739  df-sbc 2963  df-csb 3058  df-dif 3131  df-un 3133  df-in 3135  df-ss 3142  df-if 3535  df-pw 3576  df-sn 3597  df-pr 3598  df-op 3600  df-uni 3808  df-br 4001  df-opab 4062  df-mpt 4063  df-id 4290  df-xp 4629  df-rel 4630  df-cnv 4631  df-co 4632  df-dm 4633  df-rn 4634  df-res 4635  df-ima 4636  df-iota 5174  df-fun 5214  df-fn 5215  df-f 5216  df-f1 5217  df-fo 5218  df-f1o 5219  df-fv 5220  df-isom 5221  df-riota 5825  df-ov 5872  df-oprab 5873  df-mpo 5874  df-sup 6977  df-inf 6978  df-pnf 7984  df-mnf 7985  df-xr 7986  df-ltxr 7987  df-sub 8120  df-neg 8121  df-xneg 9759

This theorem is referenced by:  xrminmax  11257