Theorem infxrre 13070

Description: The real and extended real infima match when the real infimum exists. (Contributed by Mario Carneiro, 7-Sep-2014.) (Revised by AV, 5-Sep-2020.)

Assertion

Ref	Expression
infxrre	⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → inf(𝐴, ℝ*, < ) = inf(𝐴, ℝ, < ))

Distinct variable group:   𝑥,𝐴,𝑦

Proof of Theorem infxrre

Dummy variable 𝑧 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simp1 1135	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → 𝐴 ⊆ ℝ)
2		ressxr 11019	. . . 4 ⊢ ℝ ⊆ ℝ*
3	1, 2	sstrdi 3933	. . 3 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → 𝐴 ⊆ ℝ*)
4		infxrcl 13067	. . 3 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ* → inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
5	3, 4	syl 17	. 2 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
6		infrecl 11957	. . 3 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → inf(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ)
7	6	rexrd 11025	. 2 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → inf(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ*)
8	5	xrleidd 12886	. . 3 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ*, < ))
9		infxrgelb 13069	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ*) → (inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ*, < ) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ 𝑥))
10	3, 5, 9	syl2anc 584	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → (inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ*, < ) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ 𝑥))
11		simp2 1136	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → 𝐴 ≠ ∅)
12		n0 4280	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ≠ ∅ ↔ ∃𝑧 𝑧 ∈ 𝐴)
13	11, 12	sylib 217	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → ∃𝑧 𝑧 ∈ 𝐴)
14	5	adantr 481	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
15	1	sselda 3921	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
16		mnfxr 11032	. . . . . . . . . 10 ⊢ -∞ ∈ ℝ*
17	16	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → -∞ ∈ ℝ*)
18	6	mnfltd 12860	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → -∞ < inf(𝐴, ℝ, < ))
19	6	leidd 11541	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ, < ))
20		infregelb 11959	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ inf(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ) → (inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ, < ) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ 𝑥))
21	6, 20	mpdan 684	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → (inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ, < ) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ 𝑥))
22		infxrgelb 13069	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ inf(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ*) → (inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ*, < ) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ 𝑥))
23	3, 7, 22	syl2anc 584	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → (inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ*, < ) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ 𝑥))
24	21, 23	bitr4d 281	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → (inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ, < ) ↔ inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ*, < )))
25	19, 24	mpbid 231	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → inf(𝐴, ℝ, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ*, < ))
26	17, 7, 5, 18, 25	xrltletrd 12895	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → -∞ < inf(𝐴, ℝ*, < ))
27	26	adantr 481	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → -∞ < inf(𝐴, ℝ*, < ))
28		infxrlb 13068	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ 𝑧)
29	3, 28	sylan 580	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ 𝑧)
30		xrre 12903	. . . . . . 7 ⊢ (((inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ* ∧ 𝑧 ∈ ℝ) ∧ (-∞ < inf(𝐴, ℝ*, < ) ∧ inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ 𝑧)) → inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ)
31	14, 15, 27, 29, 30	syl22anc 836	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ)
32	13, 31	exlimddv 1938	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ)
33		infregelb 11959	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ inf(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ) → (inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ, < ) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ 𝑥))
34	32, 33	mpdan 684	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → (inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ, < ) ↔ ∀𝑥 ∈ 𝐴 inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ 𝑥))
35	10, 34	bitr4d 281	. . 3 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → (inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ*, < ) ↔ inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ, < )))
36	8, 35	mpbid 231	. 2 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → inf(𝐴, ℝ*, < ) ≤ inf(𝐴, ℝ, < ))
37	5, 7, 36, 25	xrletrid 12889	1 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → inf(𝐴, ℝ*, < ) = inf(𝐴, ℝ, < ))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   ∧ w3a 1086   = wceq 1539  ∃wex 1782   ∈ wcel 2106   ≠ wne 2943  ∀wral 3064  ∃wrex 3065   ⊆ wss 3887  ∅c0 4256   class class class wbr 5074  infcinf 9200  ℝcr 10870  -∞cmnf 11007  ℝ^*cxr 11008   < clt 11009   ≤ cle 11010

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948  ax-pre-sup 10949

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-op 4568  df-uni 4840  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-id 5489  df-po 5503  df-so 5504  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-er 8498  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-sup 9201  df-inf 9202  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208

This theorem is referenced by:  mbflimsup  24830  infxrrefi  42921  supminfxr  43004  climinf2lem  43247  limsupvaluz2  43279