Theorem iooref1o 16175

Description: A one-to-one mapping from the real numbers onto the open unit interval. (Contributed by Jim Kingdon, 27-Jun-2024.)

Hypothesis

Ref	Expression
iooref1o.f	⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℝ ↦ (1 / (1 + (exp‘𝑥))))

Assertion

Ref	Expression
iooref1o	⊢ 𝐹:ℝ–1-1-onto→(0(,)1)

Proof of Theorem iooref1o

Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		iooref1o.f	. . 3 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℝ ↦ (1 / (1 + (exp‘𝑥))))
2		1rp 9814	. . . . . . . . 9 ⊢ 1 ∈ ℝ+
3	2	a1i 9	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → 1 ∈ ℝ+)
4		rpefcl 12111	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (exp‘𝑥) ∈ ℝ+)
5	3, 4	rpaddcld 9869	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (1 + (exp‘𝑥)) ∈ ℝ+)
6	5	rpreccld 9864	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (1 / (1 + (exp‘𝑥))) ∈ ℝ+)
7	6	rpred 9853	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (1 / (1 + (exp‘𝑥))) ∈ ℝ)
8	6	rpgt0d 9856	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → 0 < (1 / (1 + (exp‘𝑥))))
9		1red 8122	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → 1 ∈ ℝ)
10	9, 4	ltaddrpd 9887	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → 1 < (1 + (exp‘𝑥)))
11	5	recgt1d 9868	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (1 < (1 + (exp‘𝑥)) ↔ (1 / (1 + (exp‘𝑥))) < 1))
12	10, 11	mpbid 147	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (1 / (1 + (exp‘𝑥))) < 1)
13		0xr 8154	. . . . . 6 ⊢ 0 ∈ ℝ*
14		1re 8106	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℝ
15	14	rexri 8165	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℝ*
16		elioo2 10078	. . . . . 6 ⊢ ((0 ∈ ℝ* ∧ 1 ∈ ℝ*) → ((1 / (1 + (exp‘𝑥))) ∈ (0(,)1) ↔ ((1 / (1 + (exp‘𝑥))) ∈ ℝ ∧ 0 < (1 / (1 + (exp‘𝑥))) ∧ (1 / (1 + (exp‘𝑥))) < 1)))
17	13, 15, 16	mp2an 426	. . . . 5 ⊢ ((1 / (1 + (exp‘𝑥))) ∈ (0(,)1) ↔ ((1 / (1 + (exp‘𝑥))) ∈ ℝ ∧ 0 < (1 / (1 + (exp‘𝑥))) ∧ (1 / (1 + (exp‘𝑥))) < 1))
18	7, 8, 12, 17	syl3anbrc 1184	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (1 / (1 + (exp‘𝑥))) ∈ (0(,)1))
19	18	adantl 277	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (1 / (1 + (exp‘𝑥))) ∈ (0(,)1))
20		elioore 10069	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → 𝑦 ∈ ℝ)
21		eliooord 10085	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → (0 < 𝑦 ∧ 𝑦 < 1))
22	21	simpld 112	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → 0 < 𝑦)
23	20, 22	elrpd 9850	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → 𝑦 ∈ ℝ+)
24	23	rpreccld 9864	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → (1 / 𝑦) ∈ ℝ+)
25	24	rpred 9853	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → (1 / 𝑦) ∈ ℝ)
26		1red 8122	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → 1 ∈ ℝ)
27	25, 26	resubcld 8488	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → ((1 / 𝑦) − 1) ∈ ℝ)
28	21	simprd 114	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → 𝑦 < 1)
29	23	reclt1d 9867	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → (𝑦 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝑦)))
30	28, 29	mpbid 147	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → 1 < (1 / 𝑦))
31	26, 25	posdifd 8640	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → (1 < (1 / 𝑦) ↔ 0 < ((1 / 𝑦) − 1)))
32	30, 31	mpbid 147	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → 0 < ((1 / 𝑦) − 1))
33	27, 32	elrpd 9850	. . . . 5 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → ((1 / 𝑦) − 1) ∈ ℝ+)
34	33	relogcld 15469	. . . 4 ⊢ (𝑦 ∈ (0(,)1) → (log‘((1 / 𝑦) − 1)) ∈ ℝ)
35	34	adantl 277	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (log‘((1 / 𝑦) − 1)) ∈ ℝ)
36		1cnd 8123	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → 1 ∈ ℂ)
37	4	adantr 276	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (exp‘𝑥) ∈ ℝ+)
38	37	rpcnd 9855	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (exp‘𝑥) ∈ ℂ)
39	36, 38	addcld 8127	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (1 + (exp‘𝑥)) ∈ ℂ)
40	23	adantl 277	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → 𝑦 ∈ ℝ+)
41	40	rpcnd 9855	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → 𝑦 ∈ ℂ)
42	40	rpap0d 9859	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → 𝑦 # 0)
43	36, 39, 41, 42	divmulap2d 8932	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → ((1 / 𝑦) = (1 + (exp‘𝑥)) ↔ 1 = (𝑦 · (1 + (exp‘𝑥)))))
44	24	adantl 277	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (1 / 𝑦) ∈ ℝ+)
45	44	rpcnd 9855	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (1 / 𝑦) ∈ ℂ)
46	36, 38, 45	addrsub 8478	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → ((1 + (exp‘𝑥)) = (1 / 𝑦) ↔ (exp‘𝑥) = ((1 / 𝑦) − 1)))
47	33	adantl 277	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → ((1 / 𝑦) − 1) ∈ ℝ+)
48	47	reeflogd 15470	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (exp‘(log‘((1 / 𝑦) − 1))) = ((1 / 𝑦) − 1))
49	48	eqeq2d 2219	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → ((exp‘𝑥) = (exp‘(log‘((1 / 𝑦) − 1))) ↔ (exp‘𝑥) = ((1 / 𝑦) − 1)))
50		reef11 12125	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ (log‘((1 / 𝑦) − 1)) ∈ ℝ) → ((exp‘𝑥) = (exp‘(log‘((1 / 𝑦) − 1))) ↔ 𝑥 = (log‘((1 / 𝑦) − 1))))
51	34, 50	sylan2 286	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → ((exp‘𝑥) = (exp‘(log‘((1 / 𝑦) − 1))) ↔ 𝑥 = (log‘((1 / 𝑦) − 1))))
52	46, 49, 51	3bitr2rd 217	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (𝑥 = (log‘((1 / 𝑦) − 1)) ↔ (1 + (exp‘𝑥)) = (1 / 𝑦)))
53		eqcom 2209	. . . . . . 7 ⊢ ((1 + (exp‘𝑥)) = (1 / 𝑦) ↔ (1 / 𝑦) = (1 + (exp‘𝑥)))
54	52, 53	bitrdi 196	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (𝑥 = (log‘((1 / 𝑦) − 1)) ↔ (1 / 𝑦) = (1 + (exp‘𝑥))))
55	5	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (1 + (exp‘𝑥)) ∈ ℝ+)
56	55	rpap0d 9859	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (1 + (exp‘𝑥)) # 0)
57	36, 41, 39, 56	divmulap3d 8933	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → ((1 / (1 + (exp‘𝑥))) = 𝑦 ↔ 1 = (𝑦 · (1 + (exp‘𝑥)))))
58	43, 54, 57	3bitr4d 220	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (𝑥 = (log‘((1 / 𝑦) − 1)) ↔ (1 / (1 + (exp‘𝑥))) = 𝑦))
59		eqcom 2209	. . . . 5 ⊢ ((1 / (1 + (exp‘𝑥))) = 𝑦 ↔ 𝑦 = (1 / (1 + (exp‘𝑥))))
60	58, 59	bitrdi 196	. . . 4 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1)) → (𝑥 = (log‘((1 / 𝑦) − 1)) ↔ 𝑦 = (1 / (1 + (exp‘𝑥)))))
61	60	adantl 277	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ (0(,)1))) → (𝑥 = (log‘((1 / 𝑦) − 1)) ↔ 𝑦 = (1 / (1 + (exp‘𝑥)))))
62	1, 19, 35, 61	f1o2d 6174	. 2 ⊢ (⊤ → 𝐹:ℝ–1-1-onto→(0(,)1))
63	62	mptru 1382	1 ⊢ 𝐹:ℝ–1-1-onto→(0(,)1)

Syntax hints:   ∧ wa 104   ↔ wb 105   ∧ w3a 981   = wceq 1373  ⊤wtru 1374   ∈ wcel 2178   class class class wbr 4059   ↦ cmpt 4121  –1-1-onto→wf1o 5289  ‘cfv 5290  (class class class)co 5967  ℝcr 7959  0cc0 7960  1c1 7961   + caddc 7963   · cmul 7965  ℝ^*cxr 8141   < clt 8142   − cmin 8278   / cdiv 8780  ℝ⁺crp 9810  (,)cioo 10045  expce 12068  logclog 15443

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 711  ax-5 1471  ax-7 1472  ax-gen 1473  ax-ie1 1517  ax-ie2 1518  ax-8 1528  ax-10 1529  ax-11 1530  ax-i12 1531  ax-bndl 1533  ax-4 1534  ax-17 1550  ax-i9 1554  ax-ial 1558  ax-i5r 1559  ax-13 2180  ax-14 2181  ax-ext 2189  ax-coll 4175  ax-sep 4178  ax-nul 4186  ax-pow 4234  ax-pr 4269  ax-un 4498  ax-setind 4603  ax-iinf 4654  ax-cnex 8051  ax-resscn 8052  ax-1cn 8053  ax-1re 8054  ax-icn 8055  ax-addcl 8056  ax-addrcl 8057  ax-mulcl 8058  ax-mulrcl 8059  ax-addcom 8060  ax-mulcom 8061  ax-addass 8062  ax-mulass 8063  ax-distr 8064  ax-i2m1 8065  ax-0lt1 8066  ax-1rid 8067  ax-0id 8068  ax-rnegex 8069  ax-precex 8070  ax-cnre 8071  ax-pre-ltirr 8072  ax-pre-ltwlin 8073  ax-pre-lttrn 8074  ax-pre-apti 8075  ax-pre-ltadd 8076  ax-pre-mulgt0 8077  ax-pre-mulext 8078  ax-arch 8079  ax-caucvg 8080  ax-pre-suploc 8081  ax-addf 8082  ax-mulf 8083

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 833  df-dc 837  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2194  df-cleq 2200  df-clel 2203  df-nfc 2339  df-ne 2379  df-nel 2474  df-ral 2491  df-rex 2492  df-reu 2493  df-rmo 2494  df-rab 2495  df-v 2778  df-sbc 3006  df-csb 3102  df-dif 3176  df-un 3178  df-in 3180  df-ss 3187  df-nul 3469  df-if 3580  df-pw 3628  df-sn 3649  df-pr 3650  df-op 3652  df-uni 3865  df-int 3900  df-iun 3943  df-disj 4036  df-br 4060  df-opab 4122  df-mpt 4123  df-tr 4159  df-id 4358  df-po 4361  df-iso 4362  df-iord 4431  df-on 4433  df-ilim 4434  df-suc 4436  df-iom 4657  df-xp 4699  df-rel 4700  df-cnv 4701  df-co 4702  df-dm 4703  df-rn 4704  df-res 4705  df-ima 4706  df-iota 5251  df-fun 5292  df-fn 5293  df-f 5294  df-f1 5295  df-fo 5296  df-f1o 5297  df-fv 5298  df-isom 5299  df-riota 5922  df-ov 5970  df-oprab 5971  df-mpo 5972  df-of 6181  df-1st 6249  df-2nd 6250  df-recs 6414  df-irdg 6479  df-frec 6500  df-1o 6525  df-oadd 6529  df-er 6643  df-map 6760  df-pm 6761  df-en 6851  df-dom 6852  df-fin 6853  df-sup 7112  df-inf 7113  df-pnf 8144  df-mnf 8145  df-xr 8146  df-ltxr 8147  df-le 8148  df-sub 8280  df-neg 8281  df-reap 8683  df-ap 8690  df-div 8781  df-inn 9072  df-2 9130  df-3 9131  df-4 9132  df-n0 9331  df-z 9408  df-uz 9684  df-q 9776  df-rp 9811  df-xneg 9929  df-xadd 9930  df-ioo 10049  df-ico 10051  df-icc 10052  df-fz 10166  df-fzo 10300  df-seqfrec 10630  df-exp 10721  df-fac 10908  df-bc 10930  df-ihash 10958  df-shft 11241  df-cj 11268  df-re 11269  df-im 11270  df-rsqrt 11424  df-abs 11425  df-clim 11705  df-sumdc 11780  df-ef 12074  df-e 12075  df-rest 13188  df-topgen 13207  df-psmet 14420  df-xmet 14421  df-met 14422  df-bl 14423  df-mopn 14424  df-top 14585  df-topon 14598  df-bases 14630  df-ntr 14683  df-cn 14775  df-cnp 14776  df-tx 14840  df-cncf 15158  df-limced 15243  df-dvap 15244  df-relog 15445

This theorem is referenced by:  iooreen  16176