Theorem maxleast 11962

Description: The maximum of two reals is a least upper bound. Lemma 3.11 of [Geuvers], p. 10. (Contributed by Jim Kingdon, 22-Dec-2021.)

Assertion

Ref	Expression
maxleast	⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) ∧ (𝐴 ≤ 𝐶 ∧ 𝐵 ≤ 𝐶)) → sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < ) ≤ 𝐶)

Proof of Theorem maxleast

Dummy variables 𝑓 𝑔 𝑥 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ioran 764	. . . 4 ⊢ (¬ (𝐶 < 𝐴 ∨ 𝐶 < 𝐵) ↔ (¬ 𝐶 < 𝐴 ∧ ¬ 𝐶 < 𝐵))
2		simp3 1030	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → 𝐶 ∈ ℝ)
3		lttri3 8399	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑓 ∈ ℝ ∧ 𝑔 ∈ ℝ) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓 < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔 < 𝑓)))
4	3	adantl 277	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) ∧ (𝑓 ∈ ℝ ∧ 𝑔 ∈ ℝ)) → (𝑓 = 𝑔 ↔ (¬ 𝑓 < 𝑔 ∧ ¬ 𝑔 < 𝑓)))
5		maxabslemval 11957	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → ((((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧)))
6		3anass 1013	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧)) ↔ ((((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) ∈ ℝ ∧ (∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧))))
7	5, 6	sylib 122	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → ((((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) ∈ ℝ ∧ (∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧))))
8		breq1 4131	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑥 = (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → (𝑥 < 𝑦 ↔ (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) < 𝑦))
9	8	notbid 677	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 = (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → (¬ 𝑥 < 𝑦 ↔ ¬ (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) < 𝑦))
10	9	ralbidv 2550	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 = (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → (∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ 𝑥 < 𝑦 ↔ ∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) < 𝑦))
11		breq2 4132	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑥 = (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑦 < (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2)))
12	11	imbi1d 231	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 = (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → ((𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧) ↔ (𝑦 < (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧)))
13	12	ralbidv 2550	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 = (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → (∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧) ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧)))
14	10, 13	anbi12d 477	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → ((∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧)) ↔ (∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧))))
15	14	rspcev 2929	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) ∈ ℝ ∧ (∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < (((𝐴 + 𝐵) + (abs‘(𝐴 − 𝐵))) / 2) → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧))) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧)))
16	7, 15	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧)))
17	16	3adant3 1048	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ {𝐴, 𝐵} ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝑦 < 𝑧)))
18	4, 17	suplubti 7334	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → ((𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐶 < sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < )) → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝐶 < 𝑧))
19	2, 18	mpand 433	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → (𝐶 < sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < ) → ∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝐶 < 𝑧))
20		elpri 3731	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵} → (𝑧 = 𝐴 ∨ 𝑧 = 𝐵))
21	20	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵} ∧ 𝐶 < 𝑧) → (𝑧 = 𝐴 ∨ 𝑧 = 𝐵))
22		breq2 4132	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 = 𝐴 → (𝐶 < 𝑧 ↔ 𝐶 < 𝐴))
23	22	biimpcd 159	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐶 < 𝑧 → (𝑧 = 𝐴 → 𝐶 < 𝐴))
24	23	adantl 277	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵} ∧ 𝐶 < 𝑧) → (𝑧 = 𝐴 → 𝐶 < 𝐴))
25		breq2 4132	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 = 𝐵 → (𝐶 < 𝑧 ↔ 𝐶 < 𝐵))
26	25	biimpcd 159	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐶 < 𝑧 → (𝑧 = 𝐵 → 𝐶 < 𝐵))
27	26	adantl 277	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵} ∧ 𝐶 < 𝑧) → (𝑧 = 𝐵 → 𝐶 < 𝐵))
28	24, 27	orim12d 798	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵} ∧ 𝐶 < 𝑧) → ((𝑧 = 𝐴 ∨ 𝑧 = 𝐵) → (𝐶 < 𝐴 ∨ 𝐶 < 𝐵)))
29	21, 28	mpd 13	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵} ∧ 𝐶 < 𝑧) → (𝐶 < 𝐴 ∨ 𝐶 < 𝐵))
30	29	rexlimiva 2663	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑧 ∈ {𝐴, 𝐵}𝐶 < 𝑧 → (𝐶 < 𝐴 ∨ 𝐶 < 𝐵))
31	19, 30	syl6 33	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → (𝐶 < sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < ) → (𝐶 < 𝐴 ∨ 𝐶 < 𝐵)))
32	31	con3d 640	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → (¬ (𝐶 < 𝐴 ∨ 𝐶 < 𝐵) → ¬ 𝐶 < sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < )))
33	1, 32	biimtrrid 153	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → ((¬ 𝐶 < 𝐴 ∧ ¬ 𝐶 < 𝐵) → ¬ 𝐶 < sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < )))
34		simp1 1028	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → 𝐴 ∈ ℝ)
35	34, 2	lenltd 8438	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → (𝐴 ≤ 𝐶 ↔ ¬ 𝐶 < 𝐴))
36		simp2 1029	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → 𝐵 ∈ ℝ)
37	36, 2	lenltd 8438	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → (𝐵 ≤ 𝐶 ↔ ¬ 𝐶 < 𝐵))
38	35, 37	anbi12d 477	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → ((𝐴 ≤ 𝐶 ∧ 𝐵 ≤ 𝐶) ↔ (¬ 𝐶 < 𝐴 ∧ ¬ 𝐶 < 𝐵)))
39	4, 17	supclti 7332	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
40	39, 2	lenltd 8438	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → (sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < ) ≤ 𝐶 ↔ ¬ 𝐶 < sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < )))
41	33, 38, 40	3imtr4d 203	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → ((𝐴 ≤ 𝐶 ∧ 𝐵 ≤ 𝐶) → sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < ) ≤ 𝐶))
42	41	imp 124	1 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) ∧ (𝐴 ≤ 𝐶 ∧ 𝐵 ≤ 𝐶)) → sup({𝐴, 𝐵}, ℝ, < ) ≤ 𝐶)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   ∨ wo 720   ∧ w3a 1009   = wceq 1402   ∈ wcel 2209  ∀wral 2528  ∃wrex 2529  {cpr 3709   class class class wbr 4128  ‘cfv 5375  (class class class)co 6079  supcsup 7316  ℝcr 8172   + caddc 8176   < clt 8354   ≤ cle 8355   − cmin 8491   / cdiv 8996  2c2 9338  abscabs 11746

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

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-riota 6032  df-ov 6082  df-oprab 6083  df-mpo 6084  df-1st 6368  df-2nd 6369  df-recs 6570  df-frec 6656  df-sup 7318  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-seqfrec 10868  df-exp 10959  df-cj 11590  df-re 11591  df-im 11592  df-rsqrt 11747  df-abs 11748

This theorem is referenced by:  maxleastb  11963  dfabsmax  11966