Theorem bndth 24990

Description: The Boundedness Theorem. A continuous function from a compact topological space to the reals is bounded (above). (Boundedness below is obtained by applying this theorem to -𝐹.) (Contributed by Mario Carneiro, 12-Aug-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
bndth.1	⊢ 𝑋 = ∪ 𝐽
bndth.2	⊢ 𝐾 = (topGen‘ran (,))
bndth.3	⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ Comp)
bndth.4	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾))

Assertion

Ref	Expression
bndth	⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑥)

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐹   𝑦,𝐾   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦   𝑥,𝐽,𝑦

Allowed substitution hint:   𝐾(𝑥)

Proof of Theorem bndth

Dummy variables 𝑣 𝑢 𝑧 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		bndth.4	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾))
2		bndth.1	. . . . . 6 ⊢ 𝑋 = ∪ 𝐽
3		bndth.2	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐾 = (topGen‘ran (,))
4		retopon 24784	. . . . . . . 8 ⊢ (topGen‘ran (,)) ∈ (TopOn‘ℝ)
5	3, 4	eqeltri 2837	. . . . . . 7 ⊢ 𝐾 ∈ (TopOn‘ℝ)
6	5	toponunii 22922	. . . . . 6 ⊢ ℝ = ∪ 𝐾
7	2, 6	cnf 23254	. . . . 5 ⊢ (𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾) → 𝐹:𝑋⟶ℝ)
8	1, 7	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑋⟶ℝ)
9	8	frnd 6744	. . 3 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ⊆ ℝ)
10		unieq 4918	. . . . . . 7 ⊢ (𝑢 = ((,) “ ({-∞} × ℝ)) → ∪ 𝑢 = ∪ ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
11		imassrn 6089	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ⊆ ran (,)
12	11	unissi 4916	. . . . . . . . 9 ⊢ ∪ ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ⊆ ∪ ran (,)
13		unirnioo 13489	. . . . . . . . 9 ⊢ ℝ = ∪ ran (,)
14	12, 13	sseqtrri 4033	. . . . . . . 8 ⊢ ∪ ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ⊆ ℝ
15		id 22	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ℝ)
16		ltp1 12107	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 < (𝑥 + 1))
17		ressxr 11305	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ℝ ⊆ ℝ*
18		peano2re 11434	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 + 1) ∈ ℝ)
19	17, 18	sselid 3981	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 + 1) ∈ ℝ*)
20		elioomnf 13484	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 + 1) ∈ ℝ* → (𝑥 ∈ (-∞(,)(𝑥 + 1)) ↔ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑥 < (𝑥 + 1))))
21	19, 20	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 ∈ (-∞(,)(𝑥 + 1)) ↔ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑥 < (𝑥 + 1))))
22	15, 16, 21	mpbir2and 713	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ (-∞(,)(𝑥 + 1)))
23		df-ov 7434	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (-∞(,)(𝑥 + 1)) = ((,)‘⟨-∞, (𝑥 + 1)⟩)
24		mnfxr 11318	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ -∞ ∈ ℝ*
25	24	elexi 3503	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ -∞ ∈ V
26	25	snid 4662	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ -∞ ∈ {-∞}
27		opelxpi 5722	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((-∞ ∈ {-∞} ∧ (𝑥 + 1) ∈ ℝ) → ⟨-∞, (𝑥 + 1)⟩ ∈ ({-∞} × ℝ))
28	26, 18, 27	sylancr 587	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → ⟨-∞, (𝑥 + 1)⟩ ∈ ({-∞} × ℝ))
29		ioof 13487	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (,):(ℝ* × ℝ*)⟶𝒫 ℝ
30		ffun 6739	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((,):(ℝ* × ℝ*)⟶𝒫 ℝ → Fun (,))
31	29, 30	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ Fun (,)
32		snssi 4808	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (-∞ ∈ ℝ* → {-∞} ⊆ ℝ*)
33	24, 32	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ {-∞} ⊆ ℝ*
34		xpss12 5700	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (({-∞} ⊆ ℝ* ∧ ℝ ⊆ ℝ*) → ({-∞} × ℝ) ⊆ (ℝ* × ℝ*))
35	33, 17, 34	mp2an 692	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ({-∞} × ℝ) ⊆ (ℝ* × ℝ*)
36	29	fdmi 6747	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ dom (,) = (ℝ* × ℝ*)
37	35, 36	sseqtrri 4033	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ({-∞} × ℝ) ⊆ dom (,)
38		funfvima2 7251	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((Fun (,) ∧ ({-∞} × ℝ) ⊆ dom (,)) → (⟨-∞, (𝑥 + 1)⟩ ∈ ({-∞} × ℝ) → ((,)‘⟨-∞, (𝑥 + 1)⟩) ∈ ((,) “ ({-∞} × ℝ))))
39	31, 37, 38	mp2an 692	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (⟨-∞, (𝑥 + 1)⟩ ∈ ({-∞} × ℝ) → ((,)‘⟨-∞, (𝑥 + 1)⟩) ∈ ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
40	28, 39	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → ((,)‘⟨-∞, (𝑥 + 1)⟩) ∈ ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
41	23, 40	eqeltrid 2845	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (-∞(,)(𝑥 + 1)) ∈ ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
42		elunii 4912	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ (-∞(,)(𝑥 + 1)) ∧ (-∞(,)(𝑥 + 1)) ∈ ((,) “ ({-∞} × ℝ))) → 𝑥 ∈ ∪ ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
43	22, 41, 42	syl2anc 584	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ∪ ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
44	43	ssriv 3987	. . . . . . . 8 ⊢ ℝ ⊆ ∪ ((,) “ ({-∞} × ℝ))
45	14, 44	eqssi 4000	. . . . . . 7 ⊢ ∪ ((,) “ ({-∞} × ℝ)) = ℝ
46	10, 45	eqtrdi 2793	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = ((,) “ ({-∞} × ℝ)) → ∪ 𝑢 = ℝ)
47	46	sseq2d 4016	. . . . 5 ⊢ (𝑢 = ((,) “ ({-∞} × ℝ)) → (ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑢 ↔ ran 𝐹 ⊆ ℝ))
48		pweq 4614	. . . . . . 7 ⊢ (𝑢 = ((,) “ ({-∞} × ℝ)) → 𝒫 𝑢 = 𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
49	48	ineq1d 4219	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = ((,) “ ({-∞} × ℝ)) → (𝒫 𝑢 ∩ Fin) = (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin))
50	49	rexeqdv 3327	. . . . 5 ⊢ (𝑢 = ((,) “ ({-∞} × ℝ)) → (∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑢 ∩ Fin)ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣 ↔ ∃𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣))
51	47, 50	imbi12d 344	. . . 4 ⊢ (𝑢 = ((,) “ ({-∞} × ℝ)) → ((ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑢 → ∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑢 ∩ Fin)ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣) ↔ (ran 𝐹 ⊆ ℝ → ∃𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)))
52		bndth.3	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ Comp)
53		rncmp 23404	. . . . . 6 ⊢ ((𝐽 ∈ Comp ∧ 𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾)) → (𝐾 ↾t ran 𝐹) ∈ Comp)
54	52, 1, 53	syl2anc 584	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐾 ↾t ran 𝐹) ∈ Comp)
55		retop 24782	. . . . . . 7 ⊢ (topGen‘ran (,)) ∈ Top
56	3, 55	eqeltri 2837	. . . . . 6 ⊢ 𝐾 ∈ Top
57	6	cmpsub 23408	. . . . . 6 ⊢ ((𝐾 ∈ Top ∧ ran 𝐹 ⊆ ℝ) → ((𝐾 ↾t ran 𝐹) ∈ Comp ↔ ∀𝑢 ∈ 𝒫 𝐾(ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑢 → ∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑢 ∩ Fin)ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)))
58	56, 9, 57	sylancr 587	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐾 ↾t ran 𝐹) ∈ Comp ↔ ∀𝑢 ∈ 𝒫 𝐾(ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑢 → ∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑢 ∩ Fin)ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)))
59	54, 58	mpbid 232	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑢 ∈ 𝒫 𝐾(ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑢 → ∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑢 ∩ Fin)ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣))
60		retopbas 24781	. . . . . . . . 9 ⊢ ran (,) ∈ TopBases
61		bastg 22973	. . . . . . . . 9 ⊢ (ran (,) ∈ TopBases → ran (,) ⊆ (topGen‘ran (,)))
62	60, 61	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ ran (,) ⊆ (topGen‘ran (,))
63	62, 3	sseqtrri 4033	. . . . . . 7 ⊢ ran (,) ⊆ 𝐾
64	11, 63	sstri 3993	. . . . . 6 ⊢ ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ⊆ 𝐾
65	56, 64	elpwi2 5335	. . . . 5 ⊢ ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∈ 𝒫 𝐾
66	65	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∈ 𝒫 𝐾)
67	51, 59, 66	rspcdva 3623	. . 3 ⊢ (𝜑 → (ran 𝐹 ⊆ ℝ → ∃𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣))
68	9, 67	mpd 15	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)
69		simpr 484	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) → 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin))
70		elin 3967	. . . . . . 7 ⊢ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ↔ (𝑣 ∈ 𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∧ 𝑣 ∈ Fin))
71	69, 70	sylib 218	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) → (𝑣 ∈ 𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∧ 𝑣 ∈ Fin))
72	71	adantrr 717	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) → (𝑣 ∈ 𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∧ 𝑣 ∈ Fin))
73	72	simprd 495	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) → 𝑣 ∈ Fin)
74	71	simpld 494	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) → 𝑣 ∈ 𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
75	74	elpwid 4609	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) → 𝑣 ⊆ ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
76	33	sseli 3979	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑢 ∈ {-∞} → 𝑢 ∈ ℝ*)
77	76	adantr 480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → 𝑢 ∈ ℝ*)
78	17	sseli 3979	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ → 𝑤 ∈ ℝ*)
79	78	adantl 481	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → 𝑤 ∈ ℝ*)
80		mnflt 13165	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ → -∞ < 𝑤)
81		xrltnle 11328	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((-∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ*) → (-∞ < 𝑤 ↔ ¬ 𝑤 ≤ -∞))
82	24, 78, 81	sylancr 587	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ → (-∞ < 𝑤 ↔ ¬ 𝑤 ≤ -∞))
83	80, 82	mpbid 232	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ → ¬ 𝑤 ≤ -∞)
84	83	adantl 481	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → ¬ 𝑤 ≤ -∞)
85		elsni 4643	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑢 ∈ {-∞} → 𝑢 = -∞)
86	85	adantr 480	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → 𝑢 = -∞)
87	86	breq2d 5155	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → (𝑤 ≤ 𝑢 ↔ 𝑤 ≤ -∞))
88	84, 87	mtbird 325	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → ¬ 𝑤 ≤ 𝑢)
89		ioo0 13412	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑢 ∈ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ*) → ((𝑢(,)𝑤) = ∅ ↔ 𝑤 ≤ 𝑢))
90	76, 78, 89	syl2an 596	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → ((𝑢(,)𝑤) = ∅ ↔ 𝑤 ≤ 𝑢))
91	90	necon3abid 2977	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → ((𝑢(,)𝑤) ≠ ∅ ↔ ¬ 𝑤 ≤ 𝑢))
92	88, 91	mpbird 257	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → (𝑢(,)𝑤) ≠ ∅)
93		df-ioo 13391	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (,) = (𝑦 ∈ ℝ*, 𝑧 ∈ ℝ* ↦ {𝑣 ∈ ℝ* ∣ (𝑦 < 𝑣 ∧ 𝑣 < 𝑧)})
94		idd 24	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ*) → (𝑥 < 𝑤 → 𝑥 < 𝑤))
95		xrltle 13191	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ*) → (𝑥 < 𝑤 → 𝑥 ≤ 𝑤))
96		idd 24	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑢 ∈ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ*) → (𝑢 < 𝑥 → 𝑢 < 𝑥))
97		xrltle 13191	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑢 ∈ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ*) → (𝑢 < 𝑥 → 𝑢 ≤ 𝑥))
98	93, 94, 95, 96, 97	ixxub 13408	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑢 ∈ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ* ∧ (𝑢(,)𝑤) ≠ ∅) → sup((𝑢(,)𝑤), ℝ*, < ) = 𝑤)
99	77, 79, 92, 98	syl3anc 1373	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → sup((𝑢(,)𝑤), ℝ*, < ) = 𝑤)
100		simpr 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → 𝑤 ∈ ℝ)
101	99, 100	eqeltrd 2841	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑢 ∈ {-∞} ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → sup((𝑢(,)𝑤), ℝ*, < ) ∈ ℝ)
102	101	rgen2 3199	. . . . . . . 8 ⊢ ∀𝑢 ∈ {-∞}∀𝑤 ∈ ℝ sup((𝑢(,)𝑤), ℝ*, < ) ∈ ℝ
103		fveq2 6906	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑧 = ⟨𝑢, 𝑤⟩ → ((,)‘𝑧) = ((,)‘⟨𝑢, 𝑤⟩))
104		df-ov 7434	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑢(,)𝑤) = ((,)‘⟨𝑢, 𝑤⟩)
105	103, 104	eqtr4di 2795	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 = ⟨𝑢, 𝑤⟩ → ((,)‘𝑧) = (𝑢(,)𝑤))
106	105	supeq1d 9486	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = ⟨𝑢, 𝑤⟩ → sup(((,)‘𝑧), ℝ*, < ) = sup((𝑢(,)𝑤), ℝ*, < ))
107	106	eleq1d 2826	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = ⟨𝑢, 𝑤⟩ → (sup(((,)‘𝑧), ℝ*, < ) ∈ ℝ ↔ sup((𝑢(,)𝑤), ℝ*, < ) ∈ ℝ))
108	107	ralxp 5852	. . . . . . . 8 ⊢ (∀𝑧 ∈ ({-∞} × ℝ)sup(((,)‘𝑧), ℝ*, < ) ∈ ℝ ↔ ∀𝑢 ∈ {-∞}∀𝑤 ∈ ℝ sup((𝑢(,)𝑤), ℝ*, < ) ∈ ℝ)
109	102, 108	mpbir 231	. . . . . . 7 ⊢ ∀𝑧 ∈ ({-∞} × ℝ)sup(((,)‘𝑧), ℝ*, < ) ∈ ℝ
110		ffn 6736	. . . . . . . . 9 ⊢ ((,):(ℝ* × ℝ*)⟶𝒫 ℝ → (,) Fn (ℝ* × ℝ*))
111	29, 110	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ (,) Fn (ℝ* × ℝ*)
112		supeq1 9485	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑤 = ((,)‘𝑧) → sup(𝑤, ℝ*, < ) = sup(((,)‘𝑧), ℝ*, < ))
113	112	eleq1d 2826	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 = ((,)‘𝑧) → (sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ ↔ sup(((,)‘𝑧), ℝ*, < ) ∈ ℝ))
114	113	ralima 7257	. . . . . . . 8 ⊢ (((,) Fn (ℝ* × ℝ*) ∧ ({-∞} × ℝ) ⊆ (ℝ* × ℝ*)) → (∀𝑤 ∈ ((,) “ ({-∞} × ℝ))sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ ↔ ∀𝑧 ∈ ({-∞} × ℝ)sup(((,)‘𝑧), ℝ*, < ) ∈ ℝ))
115	111, 35, 114	mp2an 692	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑤 ∈ ((,) “ ({-∞} × ℝ))sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ ↔ ∀𝑧 ∈ ({-∞} × ℝ)sup(((,)‘𝑧), ℝ*, < ) ∈ ℝ)
116	109, 115	mpbir 231	. . . . . 6 ⊢ ∀𝑤 ∈ ((,) “ ({-∞} × ℝ))sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ
117		ssralv 4052	. . . . . 6 ⊢ (𝑣 ⊆ ((,) “ ({-∞} × ℝ)) → (∀𝑤 ∈ ((,) “ ({-∞} × ℝ))sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ → ∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ))
118	75, 116, 117	mpisyl 21	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) → ∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ)
119	118	adantrr 717	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) → ∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ)
120		fimaxre3 12214	. . . 4 ⊢ ((𝑣 ∈ Fin ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)
121	73, 119, 120	syl2anc 584	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)
122		simplrr 778	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)
123	122	sselda 3983	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ ran 𝐹) → 𝑧 ∈ ∪ 𝑣)
124		eluni2 4911	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ ∪ 𝑣 ↔ ∃𝑤 ∈ 𝑣 𝑧 ∈ 𝑤)
125		r19.29r 3116	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((∃𝑤 ∈ 𝑣 𝑧 ∈ 𝑤 ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥) → ∃𝑤 ∈ 𝑣 (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥))
126		sspwuni 5100	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (((,) “ ({-∞} × ℝ)) ⊆ 𝒫 ℝ ↔ ∪ ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ⊆ ℝ)
127	14, 126	mpbir 231	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ⊆ 𝒫 ℝ
128	75	3ad2ant1 1134	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑣 ⊆ ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
129		simp2r 1201	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑤 ∈ 𝑣)
130	128, 129	sseldd 3984	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑤 ∈ ((,) “ ({-∞} × ℝ)))
131	127, 130	sselid 3981	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑤 ∈ 𝒫 ℝ)
132	131	elpwid 4609	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑤 ⊆ ℝ)
133		simp3l 1202	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑧 ∈ 𝑤)
134	132, 133	sseldd 3984	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑧 ∈ ℝ)
135	118	r19.21bi 3251	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) → sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ)
136	135	adantrl 716	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣)) → sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ)
137	136	3adant3 1133	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → sup(𝑤, ℝ*, < ) ∈ ℝ)
138		simp2l 1200	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑥 ∈ ℝ)
139	132, 17	sstrdi 3996	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑤 ⊆ ℝ*)
140		supxrub 13366	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑤 ⊆ ℝ* ∧ 𝑧 ∈ 𝑤) → 𝑧 ≤ sup(𝑤, ℝ*, < ))
141	139, 133, 140	syl2anc 584	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑧 ≤ sup(𝑤, ℝ*, < ))
142		simp3r 1203	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)
143	134, 137, 138, 141, 142	letrd 11418	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) ∧ (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥)) → 𝑧 ≤ 𝑥)
144	143	3expia 1122	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑤 ∈ 𝑣)) → ((𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥) → 𝑧 ≤ 𝑥))
145	144	anassrs 467	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑤 ∈ 𝑣) → ((𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥) → 𝑧 ≤ 𝑥))
146	145	rexlimdva 3155	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑤 ∈ 𝑣 (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥) → 𝑧 ≤ 𝑥))
147	146	adantlrr 721	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑤 ∈ 𝑣 (𝑧 ∈ 𝑤 ∧ sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥) → 𝑧 ≤ 𝑥))
148	125, 147	syl5 34	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ((∃𝑤 ∈ 𝑣 𝑧 ∈ 𝑤 ∧ ∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥) → 𝑧 ≤ 𝑥))
149	148	expdimp 452	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑤 ∈ 𝑣 𝑧 ∈ 𝑤) → (∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥 → 𝑧 ≤ 𝑥))
150	124, 149	sylan2b 594	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ ∪ 𝑣) → (∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥 → 𝑧 ≤ 𝑥))
151	123, 150	syldan 591	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ ran 𝐹) → (∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥 → 𝑧 ≤ 𝑥))
152	151	ralrimdva 3154	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥 → ∀𝑧 ∈ ran 𝐹 𝑧 ≤ 𝑥))
153	8	ffnd 6737	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 Fn 𝑋)
154	153	ad2antrr 726	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐹 Fn 𝑋)
155		breq1 5146	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = (𝐹‘𝑦) → (𝑧 ≤ 𝑥 ↔ (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑥))
156	155	ralrn 7108	. . . . . 6 ⊢ (𝐹 Fn 𝑋 → (∀𝑧 ∈ ran 𝐹 𝑧 ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑥))
157	154, 156	syl 17	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑧 ∈ ran 𝐹 𝑧 ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑥))
158	152, 157	sylibd 239	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥 → ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑥))
159	158	reximdva 3168	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝑣 sup(𝑤, ℝ*, < ) ≤ 𝑥 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑥))
160	121, 159	mpd 15	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑣 ∈ (𝒫 ((,) “ ({-∞} × ℝ)) ∩ Fin) ∧ ran 𝐹 ⊆ ∪ 𝑣)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑥)
161	68, 160	rexlimddv 3161	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑥)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1540   ∈ wcel 2108   ≠ wne 2940  ∀wral 3061  ∃wrex 3070   ∩ cin 3950   ⊆ wss 3951  ∅c0 4333  𝒫 cpw 4600  {csn 4626  ⟨cop 4632  ∪ cuni 4907   class class class wbr 5143   × cxp 5683  dom cdm 5685  ran crn 5686   “ cima 5688  Fun wfun 6555   Fn wfn 6556  ⟶wf 6557  ‘cfv 6561  (class class class)co 7431  Fincfn 8985  supcsup 9480  ℝcr 11154  1c1 11156   + caddc 11158  -∞cmnf 11293  ℝ^*cxr 11294   < clt 11295   ≤ cle 11296  (,)cioo 13387   ↾_t crest 17465  topGenctg 17482  Topctop 22899  TopOnctopon 22916  TopBasesctb 22952   Cn ccn 23232  Compccmp 23394

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-rep 5279  ax-sep 5296  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5432  ax-un 7755  ax-cnex 11211  ax-resscn 11212  ax-1cn 11213  ax-icn 11214  ax-addcl 11215  ax-addrcl 11216  ax-mulcl 11217  ax-mulrcl 11218  ax-mulcom 11219  ax-addass 11220  ax-mulass 11221  ax-distr 11222  ax-i2m1 11223  ax-1ne0 11224  ax-1rid 11225  ax-rnegex 11226  ax-rrecex 11227  ax-cnre 11228  ax-pre-lttri 11229  ax-pre-lttrn 11230  ax-pre-ltadd 11231  ax-pre-mulgt0 11232  ax-pre-sup 11233

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2892  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3380  df-reu 3381  df-rab 3437  df-v 3482  df-sbc 3789  df-csb 3900  df-dif 3954  df-un 3956  df-in 3958  df-ss 3968  df-pss 3971  df-nul 4334  df-if 4526  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-op 4633  df-uni 4908  df-int 4947  df-iun 4993  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5578  df-eprel 5584  df-po 5592  df-so 5593  df-fr 5637  df-we 5639  df-xp 5691  df-rel 5692  df-cnv 5693  df-co 5694  df-dm 5695  df-rn 5696  df-res 5697  df-ima 5698  df-pred 6321  df-ord 6387  df-on 6388  df-lim 6389  df-suc 6390  df-iota 6514  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-1st 8014  df-2nd 8015  df-frecs 8306  df-wrecs 8337  df-recs 8411  df-rdg 8450  df-1o 8506  df-er 8745  df-map 8868  df-en 8986  df-dom 8987  df-sdom 8988  df-fin 8989  df-fi 9451  df-sup 9482  df-inf 9483  df-pnf 11297  df-mnf 11298  df-xr 11299  df-ltxr 11300  df-le 11301  df-sub 11494  df-neg 11495  df-div 11921  df-nn 12267  df-n0 12527  df-z 12614  df-uz 12879  df-q 12991  df-ioo 13391  df-rest 17467  df-topgen 17488  df-top 22900  df-topon 22917  df-bases 22953  df-cn 23235  df-cmp 23395

This theorem is referenced by:  evth  24991