Theorem pimincfltioc 46714

Description: Given a nondecreasing function, the preimage of an unbounded below, open interval, when the supremum of the preimage belongs to the preimage. (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
pimincfltioc.x	⊢ Ⅎ𝑥𝜑
pimincfltioc.h	⊢ Ⅎ𝑦𝜑
pimincfltioc.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
pimincfltioc.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ*)
pimincfltioc.i	⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑥 ≤ 𝑦 → (𝐹‘𝑥) ≤ (𝐹‘𝑦)))
pimincfltioc.r	⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ ℝ*)
pimincfltioc.y	⊢ 𝑌 = {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ (𝐹‘𝑥) < 𝑅}
pimincfltioc.c	⊢ 𝑆 = sup(𝑌, ℝ*, < )
pimincfltioc.e	⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ 𝑌)
pimincfltioc.d	⊢ 𝐼 = (-∞(,]𝑆)

Assertion

Ref	Expression
pimincfltioc	⊢ (𝜑 → 𝑌 = (𝐼 ∩ 𝐴))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐴,𝑦   𝑥,𝐹,𝑦   𝑥,𝐼,𝑦   𝑥,𝑅   𝑥,𝑆,𝑦

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑦)   𝑅(𝑦)   𝑌(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem pimincfltioc

Dummy variable 𝑧 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		pimincfltioc.y	. . . . . . 7 ⊢ 𝑌 = {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ (𝐹‘𝑥) < 𝑅}
2		ssrab2 4043	. . . . . . 7 ⊢ {𝑥 ∈ 𝐴 ∣ (𝐹‘𝑥) < 𝑅} ⊆ 𝐴
3	1, 2	eqsstri 3993	. . . . . 6 ⊢ 𝑌 ⊆ 𝐴
4	3	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ⊆ 𝐴)
5		pimincfltioc.a	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
6	4, 5	sstrd 3957	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ⊆ ℝ)
7		pimincfltioc.c	. . . 4 ⊢ 𝑆 = sup(𝑌, ℝ*, < )
8		pimincfltioc.e	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ 𝑌)
9		pimincfltioc.d	. . . 4 ⊢ 𝐼 = (-∞(,]𝑆)
10	6, 7, 8, 9	ressiocsup 45552	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ⊆ 𝐼)
11	10, 4	ssind 4204	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ⊆ (𝐼 ∩ 𝐴))
12		pimincfltioc.x	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑥𝜑
13		elinel2 4165	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴) → 𝑥 ∈ 𝐴)
14	13	adantl 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → 𝑥 ∈ 𝐴)
15		pimincfltioc.f	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ*)
16	15	adantr 480	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → 𝐹:𝐴⟶ℝ*)
17	16, 14	ffvelcdmd 7057	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℝ*)
18	3, 8	sselid 3944	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ 𝐴)
19	15, 18	ffvelcdmd 7057	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝑆) ∈ ℝ*)
20	19	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑆) ∈ ℝ*)
21		pimincfltioc.r	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑅 ∈ ℝ*)
22	21	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → 𝑅 ∈ ℝ*)
23		eleq1w 2811	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → (𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴) ↔ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)))
24	23	anbi2d 630	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) ↔ (𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴))))
25		fveq2 6858	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → (𝐹‘𝑧) = (𝐹‘𝑥))
26	25	breq1d 5117	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → ((𝐹‘𝑧) ≤ (𝐹‘𝑆) ↔ (𝐹‘𝑥) ≤ (𝐹‘𝑆)))
27	24, 26	imbi12d 344	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → (((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑧) ≤ (𝐹‘𝑆)) ↔ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) ≤ (𝐹‘𝑆))))
28		nfv 1914	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑥 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)
29	12, 28	nfan 1899	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑥(𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴))
30		pimincfltioc.h	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑦𝜑
31		nfv 1914	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑦 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)
32	30, 31	nfan 1899	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑦(𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴))
33		pimincfltioc.i	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑥 ≤ 𝑦 → (𝐹‘𝑥) ≤ (𝐹‘𝑦)))
34	33	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → ∀𝑥 ∈ 𝐴 ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑥 ≤ 𝑦 → (𝐹‘𝑥) ≤ (𝐹‘𝑦)))
35		elinel2 4165	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴) → 𝑧 ∈ 𝐴)
36	35	adantl 481	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → 𝑧 ∈ 𝐴)
37	18	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → 𝑆 ∈ 𝐴)
38		mnfxr 11231	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ -∞ ∈ ℝ*
39	38	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → -∞ ∈ ℝ*)
40		ressxr 11218	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ℝ ⊆ ℝ*
41	6, 8	sseldd 3947	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℝ)
42	40, 41	sselid 3944	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℝ*)
43	42	adantr 480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → 𝑆 ∈ ℝ*)
44		elinel1 4164	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴) → 𝑧 ∈ 𝐼)
45	44, 9	eleqtrdi 2838	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴) → 𝑧 ∈ (-∞(,]𝑆))
46	45	adantl 481	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → 𝑧 ∈ (-∞(,]𝑆))
47		iocleub 45501	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((-∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑆 ∈ ℝ* ∧ 𝑧 ∈ (-∞(,]𝑆)) → 𝑧 ≤ 𝑆)
48	39, 43, 46, 47	syl3anc 1373	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → 𝑧 ≤ 𝑆)
49	29, 32, 34, 36, 37, 48	dmrelrnrel 45220	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑧) ≤ (𝐹‘𝑆))
50	27, 49	chvarvv 1989	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) ≤ (𝐹‘𝑆))
51		fveq2 6858	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑥 = 𝑆 → (𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝑆))
52	51	breq1d 5117	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 = 𝑆 → ((𝐹‘𝑥) < 𝑅 ↔ (𝐹‘𝑆) < 𝑅))
53	52, 1	elrab2 3662	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑆 ∈ 𝑌 ↔ (𝑆 ∈ 𝐴 ∧ (𝐹‘𝑆) < 𝑅))
54	8, 53	sylib 218	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝑆 ∈ 𝐴 ∧ (𝐹‘𝑆) < 𝑅))
55	54	simprd 495	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝑆) < 𝑅)
56	55	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑆) < 𝑅)
57	17, 20, 22, 50, 56	xrlelttrd 13120	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → (𝐹‘𝑥) < 𝑅)
58	14, 57	jca 511	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → (𝑥 ∈ 𝐴 ∧ (𝐹‘𝑥) < 𝑅))
59	1	reqabi 3429	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ 𝑌 ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ∧ (𝐹‘𝑥) < 𝑅))
60	58, 59	sylibr 234	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)) → 𝑥 ∈ 𝑌)
61	60	ex 412	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴) → 𝑥 ∈ 𝑌))
62	12, 61	ralrimi 3235	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)𝑥 ∈ 𝑌)
63	28	nfci 2879	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑥(𝐼 ∩ 𝐴)
64		nfrab1 3426	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑥{𝑥 ∈ 𝐴 ∣ (𝐹‘𝑥) < 𝑅}
65	1, 64	nfcxfr 2889	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑥𝑌
66	63, 65	dfss3f 3938	. . 3 ⊢ ((𝐼 ∩ 𝐴) ⊆ 𝑌 ↔ ∀𝑥 ∈ (𝐼 ∩ 𝐴)𝑥 ∈ 𝑌)
67	62, 66	sylibr 234	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐼 ∩ 𝐴) ⊆ 𝑌)
68	11, 67	eqssd 3964	1 ⊢ (𝜑 → 𝑌 = (𝐼 ∩ 𝐴))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1540  Ⅎwnf 1783   ∈ wcel 2109  ∀wral 3044  {crab 3405   ∩ cin 3913   ⊆ wss 3914   class class class wbr 5107  ⟶wf 6507  ‘cfv 6511  (class class class)co 7387  supcsup 9391  ℝcr 11067  -∞cmnf 11206  ℝ^*cxr 11207   < clt 11208   ≤ cle 11209  (,]cioc 13307

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 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-sep 5251  ax-nul 5261  ax-pow 5320  ax-pr 5387  ax-un 7711  ax-cnex 11124  ax-resscn 11125  ax-1cn 11126  ax-icn 11127  ax-addcl 11128  ax-addrcl 11129  ax-mulcl 11130  ax-mulrcl 11131  ax-mulcom 11132  ax-addass 11133  ax-mulass 11134  ax-distr 11135  ax-i2m1 11136  ax-1ne0 11137  ax-1rid 11138  ax-rnegex 11139  ax-rrecex 11140  ax-cnre 11141  ax-pre-lttri 11142  ax-pre-lttrn 11143  ax-pre-ltadd 11144  ax-pre-mulgt0 11145  ax-pre-sup 11146

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3354  df-reu 3355  df-rab 3406  df-v 3449  df-sbc 3754  df-csb 3863  df-dif 3917  df-un 3919  df-in 3921  df-ss 3931  df-nul 4297  df-if 4489  df-pw 4565  df-sn 4590  df-pr 4592  df-op 4596  df-uni 4872  df-br 5108  df-opab 5170  df-mpt 5189  df-id 5533  df-po 5546  df-so 5547  df-xp 5644  df-rel 5645  df-cnv 5646  df-co 5647  df-dm 5648  df-rn 5649  df-res 5650  df-ima 5651  df-iota 6464  df-fun 6513  df-fn 6514  df-f 6515  df-f1 6516  df-fo 6517  df-f1o 6518  df-fv 6519  df-riota 7344  df-ov 7390  df-oprab 7391  df-mpo 7392  df-er 8671  df-en 8919  df-dom 8920  df-sdom 8921  df-sup 9393  df-pnf 11210  df-mnf 11211  df-xr 11212  df-ltxr 11213  df-le 11214  df-sub 11407  df-neg 11408  df-ioc 13311

This theorem is referenced by:  incsmflem  46739