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

Theorem ivthdec 15361
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 8552 . . 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 2229 . . . . 5 (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤)) = (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))
98negfcncf 15323 . . . 4 (𝐹 ∈ (𝐷cn→ℂ) → (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤)) ∈ (𝐷cn→ℂ))
107, 9syl 14 . . 3 (𝜑 → (𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤)) ∈ (𝐷cn→ℂ))
11 fveq2 5635 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑥 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑥))
1211negeqd 8367 . . . . 5 (𝑤 = 𝑥 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝑥))
136sselda 3225 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → 𝑥𝐷)
14 ivth.8 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → (𝐹𝑥) ∈ ℝ)
1514renegcld 8552 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → -(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
168, 12, 13, 15fvmptd3 5736 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) = -(𝐹𝑥))
1716, 15eqeltrd 2306 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) ∈ ℝ)
18 fveq2 5635 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝐴 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝐴))
1918negeqd 8367 . . . . . 6 (𝑤 = 𝐴 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝐴))
201rexrd 8222 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴 ∈ ℝ*)
212rexrd 8222 . . . . . . . 8 (𝜑𝐵 ∈ ℝ*)
221, 2, 5ltled 8291 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴𝐵)
23 lbicc2 10212 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*𝐴𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
2420, 21, 22, 23syl3anc 1271 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
256, 24sseldd 3226 . . . . . 6 (𝜑𝐴𝐷)
26 fveq2 5635 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝐴 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝐴))
2726eleq1d 2298 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝐴 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝐴) ∈ ℝ))
2814ralrimiva 2603 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
2927, 28, 24rspcdva 2913 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐹𝐴) ∈ ℝ)
3029renegcld 8552 . . . . . 6 (𝜑 → -(𝐹𝐴) ∈ ℝ)
318, 19, 25, 30fvmptd3 5736 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐴) = -(𝐹𝐴))
32 ivthdec.9 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝐹𝐵) < 𝑈𝑈 < (𝐹𝐴)))
3332simprd 114 . . . . . 6 (𝜑𝑈 < (𝐹𝐴))
343, 29ltnegd 8696 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑈 < (𝐹𝐴) ↔ -(𝐹𝐴) < -𝑈))
3533, 34mpbid 147 . . . . 5 (𝜑 → -(𝐹𝐴) < -𝑈)
3631, 35eqbrtrd 4108 . . . 4 (𝜑 → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐴) < -𝑈)
3732simpld 112 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐹𝐵) < 𝑈)
38 fveq2 5635 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝐵 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝐵))
3938eleq1d 2298 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝐵 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝐵) ∈ ℝ))
40 ubicc2 10213 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*𝐴𝐵) → 𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
4120, 21, 22, 40syl3anc 1271 . . . . . . . 8 (𝜑𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
4239, 28, 41rspcdva 2913 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐹𝐵) ∈ ℝ)
4342, 3ltnegd 8696 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝐹𝐵) < 𝑈 ↔ -𝑈 < -(𝐹𝐵)))
4437, 43mpbid 147 . . . . 5 (𝜑 → -𝑈 < -(𝐹𝐵))
45 fveq2 5635 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝐵 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝐵))
4645negeqd 8367 . . . . . 6 (𝑤 = 𝐵 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝐵))
476, 41sseldd 3226 . . . . . 6 (𝜑𝐵𝐷)
4842renegcld 8552 . . . . . 6 (𝜑 → -(𝐹𝐵) ∈ ℝ)
498, 46, 47, 48fvmptd3 5736 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝐵) = -(𝐹𝐵))
5044, 49breqtrrd 4114 . . . 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 5635 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑦 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑦))
5453eleq1d 2298 . . . . . . 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 529 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → 𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵))
5854, 56, 57rspcdva 2913 . . . . . 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 8696 . . . . 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 5736 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) = -(𝐹𝑥))
65 fveq2 5635 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑦 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑦))
6665negeqd 8367 . . . . 5 (𝑤 = 𝑦 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝑦))
676sseld 3224 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) → 𝑦𝐷))
6855, 57, 67sylc 62 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → 𝑦𝐷)
6958renegcld 8552 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → -(𝐹𝑦) ∈ ℝ)
708, 66, 68, 69fvmptd3 5736 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑦) = -(𝐹𝑦))
7161, 64, 703brtr4d 4118 . . 3 (((𝜑𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) ∧ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑥) < ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑦))
721, 2, 4, 5, 6, 10, 17, 51, 71ivthinc 15360 . 2 (𝜑 → ∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -𝑈)
73 fveq2 5635 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑐 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑐))
7473negeqd 8367 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑐 → -(𝐹𝑤) = -(𝐹𝑐))
75 ioossicc 10187 . . . . . . . 8 (𝐴(,)𝐵) ⊆ (𝐴[,]𝐵)
7675, 6sstrid 3236 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐴(,)𝐵) ⊆ 𝐷)
7776sselda 3225 . . . . . 6 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑐𝐷)
78 fveq2 5635 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑐 → (𝐹𝑥) = (𝐹𝑐))
7978eleq1d 2298 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑐 → ((𝐹𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹𝑐) ∈ ℝ))
8028adantr 276 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹𝑥) ∈ ℝ)
8175sseli 3221 . . . . . . . . 9 (𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵) → 𝑐 ∈ (𝐴[,]𝐵))
8281adantl 277 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑐 ∈ (𝐴[,]𝐵))
8379, 80, 82rspcdva 2913 . . . . . . 7 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐹𝑐) ∈ ℝ)
8483renegcld 8552 . . . . . 6 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → -(𝐹𝑐) ∈ ℝ)
858, 74, 77, 84fvmptd3 5736 . . . . 5 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -(𝐹𝑐))
8685eqeq1d 2238 . . . 4 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -𝑈 ↔ -(𝐹𝑐) = -𝑈))
87 cncff 15294 . . . . . . . 8 (𝐹 ∈ (𝐷cn→ℂ) → 𝐹:𝐷⟶ℂ)
887, 87syl 14 . . . . . . 7 (𝜑𝐹:𝐷⟶ℂ)
8988ffvelcdmda 5778 . . . . . 6 ((𝜑𝑐𝐷) → (𝐹𝑐) ∈ ℂ)
9077, 89syldan 282 . . . . 5 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐹𝑐) ∈ ℂ)
913recnd 8201 . . . . . 6 (𝜑𝑈 ∈ ℂ)
9291adantr 276 . . . . 5 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑈 ∈ ℂ)
9390, 92neg11ad 8479 . . . 4 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (-(𝐹𝑐) = -𝑈 ↔ (𝐹𝑐) = 𝑈))
9486, 93bitrd 188 . . 3 ((𝜑𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝑤𝐷 ↦ -(𝐹𝑤))‘𝑐) = -𝑈 ↔ (𝐹𝑐) = 𝑈))
9594rexbidva 2527 . 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 1395  wcel 2200  wral 2508  wrex 2509  wss 3198   class class class wbr 4086  cmpt 4148  wf 5320  cfv 5324  (class class class)co 6013  cc 8023  cr 8024  *cxr 8206   < clt 8207  cle 8208  -cneg 8344  (,)cioo 10116  [,]cicc 10119  cnccncf 15287
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 617  ax-in2 618  ax-io 714  ax-5 1493  ax-7 1494  ax-gen 1495  ax-ie1 1539  ax-ie2 1540  ax-8 1550  ax-10 1551  ax-11 1552  ax-i12 1553  ax-bndl 1555  ax-4 1556  ax-17 1572  ax-i9 1576  ax-ial 1580  ax-i5r 1581  ax-13 2202  ax-14 2203  ax-ext 2211  ax-coll 4202  ax-sep 4205  ax-nul 4213  ax-pow 4262  ax-pr 4297  ax-un 4528  ax-setind 4633  ax-iinf 4684  ax-cnex 8116  ax-resscn 8117  ax-1cn 8118  ax-1re 8119  ax-icn 8120  ax-addcl 8121  ax-addrcl 8122  ax-mulcl 8123  ax-mulrcl 8124  ax-addcom 8125  ax-mulcom 8126  ax-addass 8127  ax-mulass 8128  ax-distr 8129  ax-i2m1 8130  ax-0lt1 8131  ax-1rid 8132  ax-0id 8133  ax-rnegex 8134  ax-precex 8135  ax-cnre 8136  ax-pre-ltirr 8137  ax-pre-ltwlin 8138  ax-pre-lttrn 8139  ax-pre-apti 8140  ax-pre-ltadd 8141  ax-pre-mulgt0 8142  ax-pre-mulext 8143  ax-arch 8144  ax-caucvg 8145  ax-pre-suploc 8146
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 840  df-3or 1003  df-3an 1004  df-tru 1398  df-fal 1401  df-nf 1507  df-sb 1809  df-eu 2080  df-mo 2081  df-clab 2216  df-cleq 2222  df-clel 2225  df-nfc 2361  df-ne 2401  df-nel 2496  df-ral 2513  df-rex 2514  df-reu 2515  df-rmo 2516  df-rab 2517  df-v 2802  df-sbc 3030  df-csb 3126  df-dif 3200  df-un 3202  df-in 3204  df-ss 3211  df-nul 3493  df-if 3604  df-pw 3652  df-sn 3673  df-pr 3674  df-op 3676  df-uni 3892  df-int 3927  df-iun 3970  df-br 4087  df-opab 4149  df-mpt 4150  df-tr 4186  df-id 4388  df-po 4391  df-iso 4392  df-iord 4461  df-on 4463  df-ilim 4464  df-suc 4466  df-iom 4687  df-xp 4729  df-rel 4730  df-cnv 4731  df-co 4732  df-dm 4733  df-rn 4734  df-res 4735  df-ima 4736  df-iota 5284  df-fun 5326  df-fn 5327  df-f 5328  df-f1 5329  df-fo 5330  df-f1o 5331  df-fv 5332  df-isom 5333  df-riota 5966  df-ov 6016  df-oprab 6017  df-mpo 6018  df-1st 6298  df-2nd 6299  df-recs 6466  df-frec 6552  df-map 6814  df-sup 7177  df-inf 7178  df-pnf 8209  df-mnf 8210  df-xr 8211  df-ltxr 8212  df-le 8213  df-sub 8345  df-neg 8346  df-reap 8748  df-ap 8755  df-div 8846  df-inn 9137  df-2 9195  df-3 9196  df-4 9197  df-n0 9396  df-z 9473  df-uz 9749  df-rp 9882  df-ioo 10120  df-icc 10123  df-seqfrec 10703  df-exp 10794  df-cj 11396  df-re 11397  df-im 11398  df-rsqrt 11552  df-abs 11553  df-cncf 15288
This theorem is referenced by:  cosz12  15497  ioocosf1o  15571
  Copyright terms: Public domain W3C validator