ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  ivthdec GIF version

Theorem ivthdec 15728
Description: The intermediate value theorem, decreasing case, for a strictly monotonic function. (Contributed by Jim Kingdon, 20-Feb-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
ivth.1 (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
ivth.2 (𝜑𝐵 ∈ ℝ)
ivth.3 (𝜑𝑈 ∈ ℝ)
ivth.4 (𝜑𝐴 < 𝐵)
ivth.5 (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ 𝐷)
ivth.7 (𝜑𝐹 ∈ (𝐷cn→ℂ))
ivth.8 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → (𝐹𝑥) ∈ ℝ)
ivthdec.9 (𝜑 → ((𝐹𝐵) < 𝑈𝑈 < (𝐹𝐴)))
ivthdec.i (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → (𝐹𝑦) < (𝐹𝑥))
Assertion
Ref Expression
ivthdec (𝜑 → ∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)(𝐹𝑐) = 𝑈)
Distinct variable groups:   𝐴,𝑐,𝑥   𝑦,𝐴,𝑥   𝐵,𝑐,𝑥   𝑦,𝐵   𝐷,𝑐,𝑥   𝑦,𝐷   𝐹,𝑐,𝑥   𝑦,𝐹   𝑈,𝑐,𝑥   𝑦,𝑈   𝜑,𝑐,𝑥   𝜑,𝑦

Proof of Theorem ivthdec
Dummy variable 𝑤 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ivth.1 . . 3 (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
2 ivth.2 . . 3 (𝜑𝐵 ∈ ℝ)
3 ivth.3 . . . 4 (𝜑𝑈 ∈ ℝ)
43renegcld 8701 . . 3 (𝜑 → -𝑈 ∈ ℝ)
5 ivth.4 . . 3 (𝜑𝐴 < 𝐵)
6 ivth.5 . . 3 (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ 𝐷)
7 ivth.7 . . . 4 (𝜑𝐹 ∈ (𝐷cn→ℂ))
8 eqid 2238 . . . . 5 (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤)) = (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))
98negfcncf 15690 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝐷cn→ℂ) → (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤)) ∈ (𝐷cn→ℂ))
107, 9syl 14 . . 3 (𝜑 → (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤)) ∈ (𝐷cn→ℂ))
11 fveq2 5693 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑥 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑥))
1211negeqd 8515 . . . . 5 (𝑤 = 𝑥 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝑥))
136sselda 3248 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → 𝑥𝐷)
14 ivth.8 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → (𝐹𝑥) ∈ ℝ)
1514renegcld 8701 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → -(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
168, 12, 13, 15fvmptd3 5796 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) = -(𝐹𝑥))
1716, 15eqeltrd 2315 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) ∈ ℝ)
18 fveq2 5693 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝐴 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝐴))
1918negeqd 8515 . . . . . 6 (𝑤 = 𝐴 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝐴))
201rexrd 8369 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴 ∈ ℝ*)
212rexrd 8369 . . . . . . . 8 (𝜑𝐵 ∈ ℝ*)
221, 2, 5ltled 8439 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴𝐵)
23 lbicc2 10369 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*𝐴𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
2420, 21, 22, 23syl3anc 1278 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
256, 24sseldd 3249 . . . . . 6 (𝜑𝐴𝐷)
26 fveq2 5693 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝐴 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝐴))
2726eleq1d 2307 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝐴 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝐴) ∈ ℝ))
2814ralrimiva 2623 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
2927, 28, 24rspcdva 2934 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐹𝐴) ∈ ℝ)
3029renegcld 8701 . . . . . 6 (𝜑 → -(𝐹𝐴) ∈ ℝ)
318, 19, 25, 30fvmptd3 5796 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐴) = -(𝐹𝐴))
32 ivthdec.9 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐹𝐵) < 𝑈𝑈 < (𝐹𝐴)))
3332simprd 114 . . . . . 6 (𝜑𝑈 < (𝐹𝐴))
343, 29ltnegd 8845 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑈 < (𝐹𝐴) ↔ -(𝐹𝐴) < -𝑈))
3533, 34mpbid 147 . . . . 5 (𝜑 → -(𝐹𝐴) < -𝑈)
3631, 35eqbrtrd 4150 . . . 4 (𝜑 → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐴) < -𝑈)
3732simpld 112 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐹𝐵) < 𝑈)
38 fveq2 5693 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝐵 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝐵))
3938eleq1d 2307 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝐵 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝐵) ∈ ℝ))
40 ubicc2 10370 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*𝐴𝐵) → 𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
4120, 21, 22, 40syl3anc 1278 . . . . . . . 8 (𝜑𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
4239, 28, 41rspcdva 2934 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐹𝐵) ∈ ℝ)
4342, 3ltnegd 8845 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝐹𝐵) < 𝑈 ↔ -𝑈 < -(𝐹𝐵)))
4437, 43mpbid 147 . . . . 5 (𝜑 → -𝑈 < -(𝐹𝐵))
45 fveq2 5693 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝐵 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝐵))
4645negeqd 8515 . . . . . 6 (𝑤 = 𝐵 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝐵))
476, 41sseldd 3249 . . . . . 6 (𝜑𝐵𝐷)
4842renegcld 8701 . . . . . 6 (𝜑 → -(𝐹𝐵) ∈ ℝ)
498, 46, 47, 48fvmptd3 5796 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐵) = -(𝐹𝐵))
5044, 49breqtrrd 4156 . . . 4 (𝜑 → -𝑈 < ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐵))
5136, 50jca 306 . . 3 (𝜑 → (((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐴) < -𝑈 ∧ -𝑈 < ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐵)))
52 ivthdec.i . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → (𝐹𝑦) < (𝐹𝑥))
53 fveq2 5693 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))
5453eleq1d 2307 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑦 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝑦) ∈ ℝ))
55 simpll 531 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → 𝜑)
5655, 28syl 14 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
57 simprl 535 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → 𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵))
5854, 56, 57rspcdva 2934 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → (𝐹𝑦) ∈ ℝ)
5914adantr 276 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → (𝐹𝑥) ∈ ℝ)
6058, 59ltnegd 8845 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ((𝐹𝑦) < (𝐹𝑥) ↔ -(𝐹𝑥) < -(𝐹𝑦)))
6152, 60mpbid 147 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → -(𝐹𝑥) < -(𝐹𝑦))
6213adantr 276 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → 𝑥𝐷)
6315adantr 276 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → -(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
648, 12, 62, 63fvmptd3 5796 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) = -(𝐹𝑥))
65 fveq2 5693 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑦 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑦))
6665negeqd 8515 . . . . 5 (𝑤 = 𝑦 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝑦))
676sseld 3247 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) → 𝑦𝐷))
6855, 57, 67sylc 62 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → 𝑦𝐷)
6958renegcld 8701 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → -(𝐹𝑦) ∈ ℝ)
708, 66, 68, 69fvmptd3 5796 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑦) = -(𝐹𝑦))
7161, 64, 703brtr4d 4160 . . 3 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) < ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑦))
721, 2, 4, 5, 6, 10, 17, 51, 71ivthinc 15727 . 2 (𝜑 → ∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -𝑈)
73 fveq2 5693 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑐 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑐))
7473negeqd 8515 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑐 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝑐))
75 ioossicc 10344 . . . . . . . 8 (𝐴(,)𝐵) ⊆ (𝐴[,]𝐵)
7675, 6sstrid 3259 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐴(,)𝐵) ⊆ 𝐷)
7776sselda 3248 . . . . . 6 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑐𝐷)
78 fveq2 5693 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑐 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑐))
7978eleq1d 2307 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑐 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝑐) ∈ ℝ))
8028adantr 276 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
8175sseli 3244 . . . . . . . . 9 (𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵) → 𝑐 ∈ (𝐴[,]𝐵))
8281adantl 277 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑐 ∈ (𝐴[,]𝐵))
8379, 80, 82rspcdva 2934 . . . . . . 7 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐹𝑐) ∈ ℝ)
8483renegcld 8701 . . . . . 6 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → -(𝐹𝑐) ∈ ℝ)
858, 74, 77, 84fvmptd3 5796 . . . . 5 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -(𝐹𝑐))
8685eqeq1d 2247 . . . 4 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -𝑈 ↔ -(𝐹𝑐) = -𝑈))
87 cncff 15661 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (𝐷cn→ℂ) → 𝐹:𝐷⟶ℂ)
887, 87syl 14 . . . . . . 7 (𝜑𝐹:𝐷⟶ℂ)
8988ffvelcdmda 5837 . . . . . 6 ((𝜑𝑐𝐷) → (𝐹𝑐) ∈ ℂ)
9077, 89syldan 282 . . . . 5 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐹𝑐) ∈ ℂ)
913recnd 8348 . . . . . 6 (𝜑𝑈 ∈ ℂ)
9291adantr 276 . . . . 5 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑈 ∈ ℂ)
9390, 92neg11ad 8627 . . . 4 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (-(𝐹𝑐) = -𝑈 ↔ (𝐹𝑐) = 𝑈))
9486, 93bitrd 188 . . 3 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -𝑈 ↔ (𝐹𝑐) = 𝑈))
9594rexbidva 2547 . 2 (𝜑 → (∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -𝑈 ↔ ∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)(𝐹𝑐) = 𝑈))
9672, 95mpbid 147 1 (𝜑 → ∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)(𝐹𝑐) = 𝑈)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 104   = wceq 1402  wcel 2209  wral 2528  wrex 2529  wss 3220   class class class wbr 4128  cmpt 4190  wf 5371  cfv 5375  (class class class)co 6079  cc 8171  cr 8172  *cxr 8353   < clt 8354  cle 8355  -cneg 8492  (,)cioo 10273  [,]cicc 10276  cnccncf 15654
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 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4244  ax-sep 4247  ax-nul 4257  ax-pow 4309  ax-pr 4344  ax-un 4576  ax-setind 4682  ax-iinf 4733  ax-cnex 8264  ax-resscn 8265  ax-1cn 8266  ax-1re 8267  ax-icn 8268  ax-addcl 8269  ax-addrcl 8270  ax-mulcl 8271  ax-mulrcl 8272  ax-addcom 8273  ax-mulcom 8274  ax-addass 8275  ax-mulass 8276  ax-distr 8277  ax-i2m1 8278  ax-0lt1 8279  ax-1rid 8280  ax-0id 8281  ax-rnegex 8282  ax-precex 8283  ax-cnre 8284  ax-pre-ltirr 8285  ax-pre-ltwlin 8286  ax-pre-lttrn 8287  ax-pre-apti 8288  ax-pre-ltadd 8289  ax-pre-mulgt0 8290  ax-pre-mulext 8291  ax-arch 8292  ax-caucvg 8293  ax-pre-suploc 8294
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3714  df-pr 3715  df-op 3717  df-uni 3934  df-int 3969  df-iun 4012  df-br 4129  df-opab 4191  df-mpt 4192  df-tr 4228  df-id 4436  df-po 4439  df-iso 4440  df-iord 4509  df-on 4511  df-ilim 4512  df-suc 4514  df-iom 4736  df-xp 4778  df-rel 4779  df-cnv 4780  df-co 4781  df-dm 4782  df-rn 4783  df-res 4784  df-ima 4785  df-iota 5335  df-fun 5377  df-fn 5378  df-f 5379  df-f1 5380  df-fo 5381  df-f1o 5382  df-fv 5383  df-isom 5384  df-riota 6032  df-ov 6082  df-oprab 6083  df-mpo 6084  df-1st 6368  df-2nd 6369  df-recs 6570  df-frec 6656  df-map 6918  df-sup 7318  df-inf 7319  df-pnf 8356  df-mnf 8357  df-xr 8358  df-ltxr 8359  df-le 8360  df-sub 8493  df-neg 8494  df-reap 8897  df-ap 8904  df-div 8997  df-inn 9288  df-2 9346  df-3 9347  df-4 9348  df-n0 9547  df-z 9628  df-uz 9905  df-rp 10038  df-ioo 10277  df-icc 10280  df-seqfrec 10868  df-exp 10959  df-cj 11590  df-re 11591  df-im 11592  df-rsqrt 11747  df-abs 11748  df-cncf 15655
This theorem is referenced by:  cosz12  15864  ioocosf1o  15938
  Copyright terms: Public domain W3C validator