Theorem infxrnegsupex 11204

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 9733	. . . . 5 ⊢ ((𝑓 ∈ ℝ* ∧ 𝑔 ∈ ℝ*) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓 < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔 < 𝑓)))
2	1	adantl 275	. . . 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 6988	. . 3 ⊢ (𝜑 → inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
5		xnegneg 9769	. . 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 9763	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 = 𝑧 → -𝑒𝑤 = -𝑒𝑧)
8	7	cbvmptv 4078	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑧 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑧)
9	8	mptpreima 5097	. . . . . . 7 ⊢ (◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴) = {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}
10		eqid 2165	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)
11	10	xrnegiso 11203	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom < , ◡ < (ℝ*, ℝ*) ∧ ◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤))
12	11	simpri 112	. . . . . . . 8 ⊢ ◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)
13	12	imaeq1i 4943	. . . . . . 7 ⊢ (◡(𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴) = ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴)
14	9, 13	eqtr3i 2188	. . . . . 6 ⊢ {𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴} = ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴)
15	14	supeq1i 6953	. . . . 5 ⊢ sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = sup(((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴), ℝ*, < )
16	11	simpli 110	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) Isom < , ◡ < (ℝ*, ℝ*)
17		isocnv 5779	. . . . . . . . 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 5769	. . . . . . . . 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 144	. . . . . . 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 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* ↦ -𝑒𝑤) “ 𝐴), ℝ*, < ) = ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘sup(𝐴, ℝ*, ◡ < )))
27	15, 26	syl5eq 2211	. . . 4 ⊢ (𝜑 → sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘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* ↦ -𝑒𝑤)‘sup(𝐴, ℝ*, ◡ < )) = ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘inf(𝐴, ℝ*, < ))
31		eqidd 2166	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤) = (𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤))
32		xnegeq 9763	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = inf(𝐴, ℝ*, < ) → -𝑒𝑤 = -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ))
33	32	adantl 275	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 = inf(𝐴, ℝ*, < )) → -𝑒𝑤 = -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ))
34	4	xnegcld 9791	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
35	31, 33, 4, 34	fvmptd 5567	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘inf(𝐴, ℝ*, < )) = -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ))
36	30, 35	syl5eq 2211	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝑤 ∈ ℝ* ↦ -𝑒𝑤)‘sup(𝐴, ℝ*, ◡ < )) = -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ))
37	27, 36	eqtr2d 2199	. . 3 ⊢ (𝜑 → -𝑒inf(𝐴, ℝ*, < ) = sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
38		xnegeq 9763	. . 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 2200	1 ⊢ (𝜑 → inf(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒sup({𝑧 ∈ ℝ* ∣ -𝑒𝑧 ∈ 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  ℝ^*cxr 7932   < clt 7933  -_𝑒cxne 9705

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-3or 969  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-if 3521  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-xr 7937  df-ltxr 7938  df-sub 8071  df-neg 8072  df-xneg 9708

This theorem is referenced by:  xrminmax  11206