Theorem axsup 11220

Description: A nonempty, bounded-above set of reals has a supremum. Axiom 22 of 22 for real and complex numbers, derived from ZF set theory. (This restates ax-pre-sup 11116 with ordering on the extended reals.) (Contributed by NM, 13-Oct-2005.)

Assertion

Ref	Expression
axsup	⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))

Distinct variable group:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐴

Proof of Theorem axsup

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ax-pre-sup 11116	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧)))
2	1	3expia 1122	. . 3 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧))))
3		ssel2 3930	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
4		ltxrlt 11215	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑥))
5	3, 4	sylan 581	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑥))
6	5	an32s 653	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑥))
7	6	ralbidva 3159	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥))
8	7	rexbidva 3160	. . . 4 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥))
9	8	adantr 480	. . 3 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑥))
10		ltxrlt 11215	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑥 < 𝑦 ↔ 𝑥 <ℝ 𝑦))
11	10	ancoms 458	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑥 < 𝑦 ↔ 𝑥 <ℝ 𝑦))
12	3, 11	sylan 581	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑥 < 𝑦 ↔ 𝑥 <ℝ 𝑦))
13	12	an32s 653	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → (𝑥 < 𝑦 ↔ 𝑥 <ℝ 𝑦))
14	13	notbid 318	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → (¬ 𝑥 < 𝑦 ↔ ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦))
15	14	ralbidva 3159	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦))
16	4	ancoms 458	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑥))
17	16	adantll 715	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑥 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑥))
18		ssel2 3930	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
19		ltxrlt 11215	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑧))
20	19	ancoms 458	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑧))
21	18, 20	sylan 581	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑧))
22	21	an32s 653	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑦 <ℝ 𝑧))
23	22	rexbidva 3160	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧))
24	23	adantlr 716	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧))
25	17, 24	imbi12d 344	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → ((𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) ↔ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧)))
26	25	ralbidva 3159	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧)))
27	15, 26	anbi12d 633	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ((∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)) ↔ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧))))
28	27	rexbidva 3160	. . . 4 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧))))
29	28	adantr 480	. . 3 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <ℝ 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 <ℝ 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <ℝ 𝑧))))
30	2, 9, 29	3imtr4d 294	. 2 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧))))
31	30	3impia 1118	1 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   ∈ wcel 2114   ≠ wne 2933  ∀wral 3052  ∃wrex 3062   ⊆ wss 3903  ∅c0 4287   class class class wbr 5100  ℝcr 11037   <_ℝ cltrr 11042   < clt 11178

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-sep 5243  ax-nul 5253  ax-pow 5312  ax-pr 5379  ax-un 7690  ax-resscn 11095  ax-pre-sup 11116

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-id 5527  df-xp 5638  df-rel 5639  df-cnv 5640  df-co 5641  df-dm 5642  df-rn 5643  df-res 5644  df-ima 5645  df-iota 6456  df-fun 6502  df-fn 6503  df-f 6504  df-f1 6505  df-fo 6506  df-f1o 6507  df-fv 6508  df-er 8645  df-en 8896  df-dom 8897  df-sdom 8898  df-pnf 11180  df-mnf 11181  df-ltxr 11183

This theorem is referenced by:  dedekind  11308  sup2  12110  sn-sup2  42850