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Theorem ivthlem3 25754
Description: Lemma for ivth 25755, the intermediate value theorem. Show that (𝐹‘𝐶) cannot be greater than 𝑈, and so establish the existence of a root of the function. (Contributed by Mario Carneiro, 30-Apr-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 17-Jun-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
ivth.1 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
ivth.2 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
ivth.3 (𝜑 → 𝑈 ∈ ℝ)
ivth.4 (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)
ivth.5 (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ 𝐷)
ivth.7 (𝜑 → 𝐹 ∈ (𝐷–cn→ℂ))
ivth.8 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℝ)
ivth.9 (𝜑 → ((𝐹‘𝐴) < 𝑈 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐵)))
ivth.10 𝑆 = {𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∣ (𝐹‘𝑥) ≤ 𝑈}
ivth.11 𝐶 = sup(𝑆, ℝ, < )
Assertion
Ref Expression
ivthlem3 (𝜑 → (𝐶 ∈ (𝐴(,)𝐵) ∧ (𝐹‘𝐶) = 𝑈))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐵   𝑥,𝐷   𝑥,𝐹   𝜑,𝑥   𝑥,𝐴   𝑥,𝐶   𝑥,𝑆   𝑥,𝑈

Proof of Theorem ivthlem3
Dummy variables 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ivth.11 . . . 4 𝐶 = sup(𝑆, ℝ, < )
2 ivth.10 . . . . . . 7 𝑆 = {𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∣ (𝐹‘𝑥) ≤ 𝑈}
32ssrab3 4030 . . . . . 6 𝑆 ⊆ (𝐴[,]𝐵)
4 ivth.1 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
5 ivth.2 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
6 iccssre 13541 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → (𝐴[,]𝐵) ⊆ ℝ)
74, 5, 6syl2anc 596 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ ℝ)
83, 7sstrid 3942 . . . . 5 (𝜑 → 𝑆 ⊆ ℝ)
9 ivth.3 . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝑈 ∈ ℝ)
10 ivth.4 . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)
11 ivth.5 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ 𝐷)
12 ivth.7 . . . . . . . 8 (𝜑 → 𝐹 ∈ (𝐷–cn→ℂ))
13 ivth.8 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℝ)
14 ivth.9 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐹‘𝐴) < 𝑈 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐵)))
154, 5, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 2ivthlem1 25752 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐴 ∈ 𝑆 ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝐵))
1615simpld 500 . . . . . 6 (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑆)
1716ne0d 4288 . . . . 5 (𝜑 → 𝑆 ≠ ∅)
1815simprd 501 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝐵)
19 brralrspcev 5165 . . . . . 6 ((𝐵 ∈ ℝ ∧ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝐵) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝑥)
205, 18, 19syl2anc 596 . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝑥)
218, 17, 20suprcld 12261 . . . 4 (𝜑 → sup(𝑆, ℝ, < ) ∈ ℝ)
221, 21eqeltrid 2865 . . 3 (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ)
2314simpld 500 . . . . 5 (𝜑 → (𝐹‘𝐴) < 𝑈)
244, 5, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 2, 1ivthlem2 25753 . . . . . 6 (𝜑 → ¬ (𝐹‘𝐶) < 𝑈)
2512adantr 486 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) → 𝐹 ∈ (𝐷–cn→ℂ))
268, 17, 20, 16suprubd 12260 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → 𝐴 ≤ sup(𝑆, ℝ, < ))
2726, 1breqtrrdi 5147 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 𝐴 ≤ 𝐶)
288, 17, 203jca 1146 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝑆 ⊆ ℝ ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝑥))
29 suprleub 12264 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑆 ⊆ ℝ ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝑥) ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → (sup(𝑆, ℝ, < ) ≤ 𝐵 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝐵))
3028, 5, 29syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (sup(𝑆, ℝ, < ) ≤ 𝐵 ↔ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝐵))
3118, 30mpbird 260 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → sup(𝑆, ℝ, < ) ≤ 𝐵)
321, 31eqbrtrid 5140 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 𝐶 ≤ 𝐵)
33 elicc2 13523 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → (𝐶 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↔ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ≤ 𝐶 ∧ 𝐶 ≤ 𝐵)))
344, 5, 33syl2anc 596 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝐶 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↔ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ≤ 𝐶 ∧ 𝐶 ≤ 𝐵)))
3522, 27, 32, 34mpbir3and 1361 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → 𝐶 ∈ (𝐴[,]𝐵))
3611, 35sseldd 3932 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 𝐶 ∈ 𝐷)
3736adantr 486 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) → 𝐶 ∈ 𝐷)
38 fveq2 6877 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = 𝐶 → (𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝐶))
3938eleq1d 2846 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = 𝐶 → ((𝐹‘𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹‘𝐶) ∈ ℝ))
4013ralrimiva 3155 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹‘𝑥) ∈ ℝ)
4139, 40, 35rspcdva 3578 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐹‘𝐶) ∈ ℝ)
42 difrp 13141 . . . . . . . . . . 11 ((𝑈 ∈ ℝ ∧ (𝐹‘𝐶) ∈ ℝ) → (𝑈 < (𝐹‘𝐶) ↔ ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) ∈ ℝ+))
439, 41, 42syl2anc 596 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑈 < (𝐹‘𝐶) ↔ ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) ∈ ℝ+))
4443biimpa 482 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) → ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) ∈ ℝ+)
45 cncfi 25195 . . . . . . . . 9 ((𝐹 ∈ (𝐷–cn→ℂ) ∧ 𝐶 ∈ 𝐷 ∧ ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) ∈ ℝ+) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ ∀𝑦 ∈ 𝐷 ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)))
4625, 37, 44, 45syl3anc 1398 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) → ∃𝑧 ∈ ℝ+ ∀𝑦 ∈ 𝐷 ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)))
47 ssralv 4000 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴[,]𝐵) ⊆ 𝐷 → (∀𝑦 ∈ 𝐷 ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) → ∀𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈))))
4811, 47syl 18 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ 𝐷 ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) → ∀𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈))))
4948ad2antrr 739 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (∀𝑦 ∈ 𝐷 ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) → ∀𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈))))
5022ad2antrr 739 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → 𝐶 ∈ ℝ)
51 ltsubrp 13139 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (𝐶 − 𝑧) < 𝐶)
5250, 51sylancom 600 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (𝐶 − 𝑧) < 𝐶)
5352, 1breqtrdi 5146 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (𝐶 − 𝑧) < sup(𝑆, ℝ, < ))
5428ad2antrr 739 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (𝑆 ⊆ ℝ ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝑥))
55 rpre 13110 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑧 ∈ ℝ+ → 𝑧 ∈ ℝ)
5655adantl 487 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → 𝑧 ∈ ℝ)
5750, 56resubcld 11725 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (𝐶 − 𝑧) ∈ ℝ)
58 suprlub 12262 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑆 ⊆ ℝ ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝑥) ∧ (𝐶 − 𝑧) ∈ ℝ) → ((𝐶 − 𝑧) < sup(𝑆, ℝ, < ) ↔ ∃𝑦 ∈ 𝑆 (𝐶 − 𝑧) < 𝑦))
5954, 57, 58syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝐶 − 𝑧) < sup(𝑆, ℝ, < ) ↔ ∃𝑦 ∈ 𝑆 (𝐶 − 𝑧) < 𝑦))
6053, 59mpbid 235 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ∃𝑦 ∈ 𝑆 (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)
613sseli 3927 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑦 ∈ 𝑆 → 𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵))
6261ad2antrl 741 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → 𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵))
63 simplll 787 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → 𝜑)
6463, 7syl 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → (𝐴[,]𝐵) ⊆ ℝ)
6564, 62sseldd 3932 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → 𝑦 ∈ ℝ)
6663, 22syl 18 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → 𝐶 ∈ ℝ)
6763, 28syl 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → (𝑆 ⊆ ℝ ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝑥))
68 simprl 783 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → 𝑦 ∈ 𝑆)
69 suprub 12259 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝑆 ⊆ ℝ ∧ 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝑆 𝑧 ≤ 𝑥) ∧ 𝑦 ∈ 𝑆) → 𝑦 ≤ sup(𝑆, ℝ, < ))
7067, 68, 69syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → 𝑦 ≤ sup(𝑆, ℝ, < ))
7170, 1breqtrrdi 5147 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → 𝑦 ≤ 𝐶)
7265, 66, 71abssuble0d 15582 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → (abs‘(𝑦 − 𝐶)) = (𝐶 − 𝑦))
7356adantr 486 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → 𝑧 ∈ ℝ)
74 simprr 785 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)
7566, 73, 65, 74ltsub23d 11902 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → (𝐶 − 𝑦) < 𝑧)
7672, 75eqbrtrd 5127 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → (abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧)
7762, 76, 68jca32 525 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ (𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦)) → (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)))
7877ex 418 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((𝑦 ∈ 𝑆 ∧ (𝐶 − 𝑧) < 𝑦) → (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆))))
7978reximdv2 3173 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (∃𝑦 ∈ 𝑆 (𝐶 − 𝑧) < 𝑦 → ∃𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)))
8060, 79mpd 16 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ∃𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆))
81 r19.29 3126 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) ∧ ∃𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ∃𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)(((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) ∧ ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)))
82 pm3.45 634 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) → (((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆) → ((abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)))
8382imp 412 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) ∧ ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ((abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) ∧ 𝑦 ∈ 𝑆))
84 fveq2 6877 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑥 = 𝑦 → (𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑦))
8584eleq1d 2846 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑥 = 𝑦 → ((𝐹‘𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹‘𝑦) ∈ ℝ))
8640ad2antrr 739 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹‘𝑥) ∈ ℝ)
8761ad2antll 742 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → 𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵))
8885, 86, 87rspcdva 3578 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝐹‘𝑦) ∈ ℝ)
8941ad2antrr 739 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝐹‘𝐶) ∈ ℝ)
909ad2antrr 739 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → 𝑈 ∈ ℝ)
9189, 90resubcld 11725 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) ∈ ℝ)
9288, 89, 91absdifltd 15583 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ((abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) ↔ (((𝐹‘𝐶) − ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) < (𝐹‘𝑦) ∧ (𝐹‘𝑦) < ((𝐹‘𝐶) + ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)))))
9389recnd 11318 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝐹‘𝐶) ∈ ℂ)
9490recnd 11318 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → 𝑈 ∈ ℂ)
9593, 94nncand 11655 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ((𝐹‘𝐶) − ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) = 𝑈)
9695breq1d 5113 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (((𝐹‘𝐶) − ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) < (𝐹‘𝑦) ↔ 𝑈 < (𝐹‘𝑦)))
9784breq1d 5113 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 (𝑥 = 𝑦 → ((𝐹‘𝑥) ≤ 𝑈 ↔ (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑈))
9897, 2elrab2 3649 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 (𝑦 ∈ 𝑆 ↔ (𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵) ∧ (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑈))
9998simprbi 503 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 (𝑦 ∈ 𝑆 → (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑈)
10099ad2antll 742 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝐹‘𝑦) ≤ 𝑈)
10188, 90, 100lensymd 11442 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝑦))
102101pm2.21d 122 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝑈 < (𝐹‘𝑦) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
10396, 102sylbid 243 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (((𝐹‘𝐶) − ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) < (𝐹‘𝑦) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
104103adantrd 497 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ((((𝐹‘𝐶) − ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) < (𝐹‘𝑦) ∧ (𝐹‘𝑦) < ((𝐹‘𝐶) + ((𝐹‘𝐶) − 𝑈))) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
10592, 104sylbid 243 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ (𝑧 ∈ ℝ+ ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ((abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
106105expr 462 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (𝑦 ∈ 𝑆 → ((abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶))))
107106impcomd 417 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (((abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) ∧ 𝑦 ∈ 𝑆) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
108107adantr 486 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → (((abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈) ∧ 𝑦 ∈ 𝑆) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
10983, 108syl5 35 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) ∧ 𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → ((((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) ∧ ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
110109rexlimdva 3164 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (∃𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)(((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) ∧ ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
11181, 110syl5 35 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → ((∀𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) ∧ ∃𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
11280, 111mpan2d 707 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (∀𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
11349, 112syld 48 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) ∧ 𝑧 ∈ ℝ+) → (∀𝑦 ∈ 𝐷 ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
114113rexlimdva 3164 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) → (∃𝑧 ∈ ℝ+ ∀𝑦 ∈ 𝐷 ((abs‘(𝑦 − 𝐶)) < 𝑧 → (abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝐶))) < ((𝐹‘𝐶) − 𝑈)) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)))
11546, 114mpd 16 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐶)) → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶))
116115pm2.01da 811 . . . . . 6 (𝜑 → ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶))
11741, 9lttri3d 11431 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝐹‘𝐶) = 𝑈 ↔ (¬ (𝐹‘𝐶) < 𝑈 ∧ ¬ 𝑈 < (𝐹‘𝐶))))
11824, 116, 117mpbir2and 726 . . . . 5 (𝜑 → (𝐹‘𝐶) = 𝑈)
11923, 118breqtrrd 5133 . . . 4 (𝜑 → (𝐹‘𝐴) < (𝐹‘𝐶))
12041ltnrd 11425 . . . . . . . 8 (𝜑 → ¬ (𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐶))
121 fveq2 6877 . . . . . . . . . 10 (𝐶 = 𝐴 → (𝐹‘𝐶) = (𝐹‘𝐴))
122121breq1d 5113 . . . . . . . . 9 (𝐶 = 𝐴 → ((𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐶) ↔ (𝐹‘𝐴) < (𝐹‘𝐶)))
123122notbid 321 . . . . . . . 8 (𝐶 = 𝐴 → (¬ (𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐶) ↔ ¬ (𝐹‘𝐴) < (𝐹‘𝐶)))
124120, 123syl5ibcom 248 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐶 = 𝐴 → ¬ (𝐹‘𝐴) < (𝐹‘𝐶)))
125124necon2ad 2971 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝐹‘𝐴) < (𝐹‘𝐶) → 𝐶 ≠ 𝐴))
126125, 27jctild 535 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐹‘𝐴) < (𝐹‘𝐶) → (𝐴 ≤ 𝐶 ∧ 𝐶 ≠ 𝐴)))
1274, 22ltlend 11436 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 < 𝐶 ↔ (𝐴 ≤ 𝐶 ∧ 𝐶 ≠ 𝐴)))
128126, 127sylibrd 262 . . . 4 (𝜑 → ((𝐹‘𝐴) < (𝐹‘𝐶) → 𝐴 < 𝐶))
129119, 128mpd 16 . . 3 (𝜑 → 𝐴 < 𝐶)
13014simprd 501 . . . . 5 (𝜑 → 𝑈 < (𝐹‘𝐵))
131118, 130eqbrtrd 5127 . . . 4 (𝜑 → (𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐵))
132 fveq2 6877 . . . . . . . . . 10 (𝐵 = 𝐶 → (𝐹‘𝐵) = (𝐹‘𝐶))
133132breq2d 5115 . . . . . . . . 9 (𝐵 = 𝐶 → ((𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐵) ↔ (𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐶)))
134133notbid 321 . . . . . . . 8 (𝐵 = 𝐶 → (¬ (𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐵) ↔ ¬ (𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐶)))
135120, 134syl5ibrcom 250 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐵 = 𝐶 → ¬ (𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐵)))
136135necon2ad 2971 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐵) → 𝐵 ≠ 𝐶))
137136, 32jctild 535 . . . . 5 (𝜑 → ((𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐵) → (𝐶 ≤ 𝐵 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶)))
13822, 5ltlend 11436 . . . . 5 (𝜑 → (𝐶 < 𝐵 ↔ (𝐶 ≤ 𝐵 ∧ 𝐵 ≠ 𝐶)))
139137, 138sylibrd 262 . . . 4 (𝜑 → ((𝐹‘𝐶) < (𝐹‘𝐵) → 𝐶 < 𝐵))
140131, 139mpd 16 . . 3 (𝜑 → 𝐶 < 𝐵)
1414rexrd 11340 . . . 4 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ*)
1425rexrd 11340 . . . 4 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ*)
143 elioo2 13498 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℝ* ∧ 𝐵 ∈ ℝ*) → (𝐶 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↔ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐴 < 𝐶 ∧ 𝐶 < 𝐵)))
144141, 142, 143syl2anc 596 . . 3 (𝜑 → (𝐶 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↔ (𝐶 ∈ ℝ ∧ 𝐴 < 𝐶 ∧ 𝐶 < 𝐵)))
14522, 129, 140, 144mpbir3and 1361 . 2 (𝜑 → 𝐶 ∈ (𝐴(,)𝐵))
146145, 118jca 521 1 (𝜑 → (𝐶 ∈ (𝐴(,)𝐵) ∧ (𝐹‘𝐶) = 𝑈))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2956  ∀wral 3077  ∃wrex 3087  {crab 3413   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279   class class class wbr 5103  ‘cfv 6531  (class class class)co 7412  supcsup 9416  ℂcc 11179  ℝcr 11180   + caddc 11184  ℝ*cxr 11323   < clt 11324   ≤ cle 11325   − cmin 11522  ℝ+crp 13101  (,)cioo 13457  [,]cicc 13460  abscabs 15381  –cn→ccncf 25177
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7740  ax-cnex 11237  ax-resscn 11238  ax-1cn 11239  ax-icn 11240  ax-addcl 11241  ax-addrcl 11242  ax-mulcl 11243  ax-mulrcl 11244  ax-mulcom 11245  ax-addass 11246  ax-mulass 11247  ax-distr 11248  ax-i2m1 11249  ax-1ne0 11250  ax-1rid 11251  ax-rnegex 11252  ax-rrecex 11253  ax-cnre 11254  ax-pre-lttri 11255  ax-pre-lttrn 11256  ax-pre-ltadd 11257  ax-pre-mulgt0 11258  ax-pre-sup 11259
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6297  df-ord 6358  df-on 6359  df-lim 6360  df-suc 6361  df-iota 6487  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-er 8701  df-map 8833  df-en 8958  df-dom 8959  df-sdom 8960  df-sup 9418  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11524  df-neg 11525  df-div 11955  df-nn 12317  df-2 12386  df-3 12387  df-n0 12588  df-z 12675  df-uz 12947  df-rp 13102  df-ioo 13461  df-icc 13464  df-seq 14125  df-exp 14185  df-cj 15246  df-re 15247  df-im 15248  df-sqrt 15382  df-abs 15383  df-cncf 25179
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