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

Theorem ivthdec 15496
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 8649 . . 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 2232 . . . . 5 (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤)) = (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))
98negfcncf 15458 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝐷cn→ℂ) → (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤)) ∈ (𝐷cn→ℂ))
107, 9syl 14 . . 3 (𝜑 → (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤)) ∈ (𝐷cn→ℂ))
11 fveq2 5669 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑥 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑥))
1211negeqd 8464 . . . . 5 (𝑤 = 𝑥 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝑥))
136sselda 3237 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → 𝑥𝐷)
14 ivth.8 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → (𝐹𝑥) ∈ ℝ)
1514renegcld 8649 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → -(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
168, 12, 13, 15fvmptd3 5770 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) = -(𝐹𝑥))
1716, 15eqeltrd 2309 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) ∈ ℝ)
18 fveq2 5669 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝐴 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝐴))
1918negeqd 8464 . . . . . 6 (𝑤 = 𝐴 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝐴))
201rexrd 8319 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴 ∈ ℝ*)
212rexrd 8319 . . . . . . . 8 (𝜑𝐵 ∈ ℝ*)
221, 2, 5ltled 8388 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴𝐵)
23 lbicc2 10313 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*𝐴𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
2420, 21, 22, 23syl3anc 1274 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
256, 24sseldd 3238 . . . . . 6 (𝜑𝐴𝐷)
26 fveq2 5669 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝐴 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝐴))
2726eleq1d 2301 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝐴 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝐴) ∈ ℝ))
2814ralrimiva 2615 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
2927, 28, 24rspcdva 2925 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐹𝐴) ∈ ℝ)
3029renegcld 8649 . . . . . 6 (𝜑 → -(𝐹𝐴) ∈ ℝ)
318, 19, 25, 30fvmptd3 5770 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐴) = -(𝐹𝐴))
32 ivthdec.9 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐹𝐵) < 𝑈𝑈 < (𝐹𝐴)))
3332simprd 114 . . . . . 6 (𝜑𝑈 < (𝐹𝐴))
343, 29ltnegd 8793 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑈 < (𝐹𝐴) ↔ -(𝐹𝐴) < -𝑈))
3533, 34mpbid 147 . . . . 5 (𝜑 → -(𝐹𝐴) < -𝑈)
3631, 35eqbrtrd 4130 . . . 4 (𝜑 → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐴) < -𝑈)
3732simpld 112 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐹𝐵) < 𝑈)
38 fveq2 5669 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝐵 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝐵))
3938eleq1d 2301 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝐵 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝐵) ∈ ℝ))
40 ubicc2 10314 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*𝐴𝐵) → 𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
4120, 21, 22, 40syl3anc 1274 . . . . . . . 8 (𝜑𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
4239, 28, 41rspcdva 2925 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐹𝐵) ∈ ℝ)
4342, 3ltnegd 8793 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝐹𝐵) < 𝑈 ↔ -𝑈 < -(𝐹𝐵)))
4437, 43mpbid 147 . . . . 5 (𝜑 → -𝑈 < -(𝐹𝐵))
45 fveq2 5669 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝐵 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝐵))
4645negeqd 8464 . . . . . 6 (𝑤 = 𝐵 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝐵))
476, 41sseldd 3238 . . . . . 6 (𝜑𝐵𝐷)
4842renegcld 8649 . . . . . 6 (𝜑 → -(𝐹𝐵) ∈ ℝ)
498, 46, 47, 48fvmptd3 5770 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐵) = -(𝐹𝐵))
5044, 49breqtrrd 4136 . . . 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 5669 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))
5453eleq1d 2301 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑦 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝑦) ∈ ℝ))
55 simpll 527 . . . . . . . 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 531 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → 𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵))
5854, 56, 57rspcdva 2925 . . . . . 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 8793 . . . . 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 5770 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) = -(𝐹𝑥))
65 fveq2 5669 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑦 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑦))
6665negeqd 8464 . . . . 5 (𝑤 = 𝑦 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝑦))
676sseld 3236 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) → 𝑦𝐷))
6855, 57, 67sylc 62 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → 𝑦𝐷)
6958renegcld 8649 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → -(𝐹𝑦) ∈ ℝ)
708, 66, 68, 69fvmptd3 5770 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑦) = -(𝐹𝑦))
7161, 64, 703brtr4d 4140 . . 3 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) < ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑦))
721, 2, 4, 5, 6, 10, 17, 51, 71ivthinc 15495 . 2 (𝜑 → ∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -𝑈)
73 fveq2 5669 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑐 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑐))
7473negeqd 8464 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑐 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝑐))
75 ioossicc 10288 . . . . . . . 8 (𝐴(,)𝐵) ⊆ (𝐴[,]𝐵)
7675, 6sstrid 3248 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐴(,)𝐵) ⊆ 𝐷)
7776sselda 3237 . . . . . 6 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑐𝐷)
78 fveq2 5669 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑐 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑐))
7978eleq1d 2301 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑐 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝑐) ∈ ℝ))
8028adantr 276 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
8175sseli 3233 . . . . . . . . 9 (𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵) → 𝑐 ∈ (𝐴[,]𝐵))
8281adantl 277 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑐 ∈ (𝐴[,]𝐵))
8379, 80, 82rspcdva 2925 . . . . . . 7 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐹𝑐) ∈ ℝ)
8483renegcld 8649 . . . . . 6 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → -(𝐹𝑐) ∈ ℝ)
858, 74, 77, 84fvmptd3 5770 . . . . 5 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -(𝐹𝑐))
8685eqeq1d 2241 . . . 4 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -𝑈 ↔ -(𝐹𝑐) = -𝑈))
87 cncff 15429 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (𝐷cn→ℂ) → 𝐹:𝐷⟶ℂ)
887, 87syl 14 . . . . . . 7 (𝜑𝐹:𝐷⟶ℂ)
8988ffvelcdmda 5811 . . . . . 6 ((𝜑𝑐𝐷) → (𝐹𝑐) ∈ ℂ)
9077, 89syldan 282 . . . . 5 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐹𝑐) ∈ ℂ)
913recnd 8298 . . . . . 6 (𝜑𝑈 ∈ ℂ)
9291adantr 276 . . . . 5 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑈 ∈ ℂ)
9390, 92neg11ad 8576 . . . 4 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (-(𝐹𝑐) = -𝑈 ↔ (𝐹𝑐) = 𝑈))
9486, 93bitrd 188 . . 3 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -𝑈 ↔ (𝐹𝑐) = 𝑈))
9594rexbidva 2539 . 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 1398  wcel 2203  wral 2520  wrex 2521  wss 3210   class class class wbr 4108  cmpt 4170  wf 5347  cfv 5351  (class class class)co 6049  cc 8121  cr 8122  *cxr 8303   < clt 8304  cle 8305  -cneg 8441  (,)cioo 10217  [,]cicc 10220  cnccncf 15422
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 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2205  ax-14 2206  ax-ext 2214  ax-coll 4224  ax-sep 4227  ax-nul 4235  ax-pow 4286  ax-pr 4321  ax-un 4553  ax-setind 4658  ax-iinf 4709  ax-cnex 8214  ax-resscn 8215  ax-1cn 8216  ax-1re 8217  ax-icn 8218  ax-addcl 8219  ax-addrcl 8220  ax-mulcl 8221  ax-mulrcl 8222  ax-addcom 8223  ax-mulcom 8224  ax-addass 8225  ax-mulass 8226  ax-distr 8227  ax-i2m1 8228  ax-0lt1 8229  ax-1rid 8230  ax-0id 8231  ax-rnegex 8232  ax-precex 8233  ax-cnre 8234  ax-pre-ltirr 8235  ax-pre-ltwlin 8236  ax-pre-lttrn 8237  ax-pre-apti 8238  ax-pre-ltadd 8239  ax-pre-mulgt0 8240  ax-pre-mulext 8241  ax-arch 8242  ax-caucvg 8243  ax-pre-suploc 8244
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2083  df-mo 2084  df-clab 2219  df-cleq 2225  df-clel 2228  df-nfc 2373  df-ne 2413  df-nel 2508  df-ral 2525  df-rex 2526  df-reu 2527  df-rmo 2528  df-rab 2529  df-v 2814  df-sbc 3042  df-csb 3138  df-dif 3212  df-un 3214  df-in 3216  df-ss 3223  df-nul 3508  df-if 3620  df-pw 3670  df-sn 3694  df-pr 3695  df-op 3697  df-uni 3914  df-int 3949  df-iun 3992  df-br 4109  df-opab 4171  df-mpt 4172  df-tr 4208  df-id 4413  df-po 4416  df-iso 4417  df-iord 4486  df-on 4488  df-ilim 4489  df-suc 4491  df-iom 4712  df-xp 4754  df-rel 4755  df-cnv 4756  df-co 4757  df-dm 4758  df-rn 4759  df-res 4760  df-ima 4761  df-iota 5311  df-fun 5353  df-fn 5354  df-f 5355  df-f1 5356  df-fo 5357  df-f1o 5358  df-fv 5359  df-isom 5360  df-riota 6002  df-ov 6052  df-oprab 6053  df-mpo 6054  df-1st 6333  df-2nd 6334  df-recs 6535  df-frec 6621  df-map 6883  df-sup 7274  df-inf 7275  df-pnf 8306  df-mnf 8307  df-xr 8308  df-ltxr 8309  df-le 8310  df-sub 8442  df-neg 8443  df-reap 8845  df-ap 8852  df-div 8943  df-inn 9234  df-2 9292  df-3 9293  df-4 9294  df-n0 9493  df-z 9574  df-uz 9850  df-rp 9983  df-ioo 10221  df-icc 10224  df-seqfrec 10806  df-exp 10897  df-cj 11520  df-re 11521  df-im 11522  df-rsqrt 11676  df-abs 11677  df-cncf 15423
This theorem is referenced by:  cosz12  15632  ioocosf1o  15706
  Copyright terms: Public domain W3C validator