Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  stoweidlem29 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem stoweidlem29 46020
Description: When the hypothesis for the extreme value theorem hold, then the inf of the range of the function belongs to the range, it is real and it a lower bound of the range. (Contributed by Glauco Siliprandi, 20-Apr-2017.) (Revised by AV, 13-Sep-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
stoweidlem29.1 𝑡𝐹
stoweidlem29.2 𝑡𝜑
stoweidlem29.3 𝑇 = 𝐽
stoweidlem29.4 𝐾 = (topGen‘ran (,))
stoweidlem29.5 (𝜑𝐽 ∈ Comp)
stoweidlem29.6 (𝜑𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾))
stoweidlem29.7 (𝜑𝑇 ≠ ∅)
Assertion
Ref Expression
stoweidlem29 (𝜑 → (inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ∈ ran 𝐹 ∧ inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ∈ ℝ ∧ ∀𝑡𝑇 inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ≤ (𝐹𝑡)))
Distinct variable groups:   𝑡,𝑇   𝑡,𝐽   𝑡,𝐾
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑡)   𝐹(𝑡)

Proof of Theorem stoweidlem29
Dummy variables 𝑠 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 stoweidlem29.4 . . . . . 6 𝐾 = (topGen‘ran (,))
2 stoweidlem29.3 . . . . . 6 𝑇 = 𝐽
3 eqid 2729 . . . . . 6 (𝐽 Cn 𝐾) = (𝐽 Cn 𝐾)
4 stoweidlem29.6 . . . . . 6 (𝜑𝐹 ∈ (𝐽 Cn 𝐾))
51, 2, 3, 4fcnre 45013 . . . . 5 (𝜑𝐹:𝑇⟶ℝ)
6 df-f 6486 . . . . 5 (𝐹:𝑇⟶ℝ ↔ (𝐹 Fn 𝑇 ∧ ran 𝐹 ⊆ ℝ))
75, 6sylib 218 . . . 4 (𝜑 → (𝐹 Fn 𝑇 ∧ ran 𝐹 ⊆ ℝ))
87simprd 495 . . 3 (𝜑 → ran 𝐹 ⊆ ℝ)
97simpld 494 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐹 Fn 𝑇)
10 fnfun 6582 . . . . . . . . 9 (𝐹 Fn 𝑇 → Fun 𝐹)
119, 10syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → Fun 𝐹)
1211adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑠𝑇) → Fun 𝐹)
135fdmd 6662 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → dom 𝐹 = 𝑇)
1413eqcomd 2735 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑇 = dom 𝐹)
1514eleq2d 2814 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑠𝑇𝑠 ∈ dom 𝐹))
1615biimpa 476 . . . . . . 7 ((𝜑𝑠𝑇) → 𝑠 ∈ dom 𝐹)
17 fvelrn 7010 . . . . . . 7 ((Fun 𝐹𝑠 ∈ dom 𝐹) → (𝐹𝑠) ∈ ran 𝐹)
1812, 16, 17syl2anc 584 . . . . . 6 ((𝜑𝑠𝑇) → (𝐹𝑠) ∈ ran 𝐹)
19 stoweidlem29.1 . . . . . . . . . 10 𝑡𝐹
20 nfcv 2891 . . . . . . . . . 10 𝑡𝑠
2119, 20nffv 6832 . . . . . . . . 9 𝑡(𝐹𝑠)
2221nfeq2 2909 . . . . . . . 8 𝑡 𝑥 = (𝐹𝑠)
23 breq1 5095 . . . . . . . 8 (𝑥 = (𝐹𝑠) → (𝑥 ≤ (𝐹𝑡) ↔ (𝐹𝑠) ≤ (𝐹𝑡)))
2422, 23ralbid 3242 . . . . . . 7 (𝑥 = (𝐹𝑠) → (∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡) ↔ ∀𝑡𝑇 (𝐹𝑠) ≤ (𝐹𝑡)))
2524rspcev 3577 . . . . . 6 (((𝐹𝑠) ∈ ran 𝐹 ∧ ∀𝑡𝑇 (𝐹𝑠) ≤ (𝐹𝑡)) → ∃𝑥 ∈ ran 𝐹𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡))
2618, 25sylan 580 . . . . 5 (((𝜑𝑠𝑇) ∧ ∀𝑡𝑇 (𝐹𝑠) ≤ (𝐹𝑡)) → ∃𝑥 ∈ ran 𝐹𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡))
27 nfcv 2891 . . . . . 6 𝑠𝐹
28 nfcv 2891 . . . . . 6 𝑠𝑇
29 nfcv 2891 . . . . . 6 𝑡𝑇
30 stoweidlem29.5 . . . . . 6 (𝜑𝐽 ∈ Comp)
31 stoweidlem29.7 . . . . . 6 (𝜑𝑇 ≠ ∅)
3227, 19, 28, 29, 2, 1, 30, 4, 31evth2f 45003 . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑠𝑇𝑡𝑇 (𝐹𝑠) ≤ (𝐹𝑡))
3326, 32r19.29a 3137 . . . 4 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ran 𝐹𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡))
34 nfv 1914 . . . . . . 7 𝑦(𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡))
35 simpr 484 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)) ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝑦 ∈ ran 𝐹)
369ad2antrr 726 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)) ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝐹 Fn 𝑇)
37 nfcv 2891 . . . . . . . . . . . 12 𝑡𝑦
3829, 37, 19fvelrnbf 45006 . . . . . . . . . . 11 (𝐹 Fn 𝑇 → (𝑦 ∈ ran 𝐹 ↔ ∃𝑡𝑇 (𝐹𝑡) = 𝑦))
3936, 38syl 17 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)) ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → (𝑦 ∈ ran 𝐹 ↔ ∃𝑡𝑇 (𝐹𝑡) = 𝑦))
4035, 39mpbid 232 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)) ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → ∃𝑡𝑇 (𝐹𝑡) = 𝑦)
41 stoweidlem29.2 . . . . . . . . . . . 12 𝑡𝜑
42 nfra1 3253 . . . . . . . . . . . 12 𝑡𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)
4341, 42nfan 1899 . . . . . . . . . . 11 𝑡(𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡))
4419nfrn 5894 . . . . . . . . . . . 12 𝑡ran 𝐹
4544nfcri 2883 . . . . . . . . . . 11 𝑡 𝑦 ∈ ran 𝐹
4643, 45nfan 1899 . . . . . . . . . 10 𝑡((𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)) ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹)
47 nfv 1914 . . . . . . . . . 10 𝑡 𝑥𝑦
48 rspa 3218 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡) ∧ 𝑡𝑇) → 𝑥 ≤ (𝐹𝑡))
49 breq2 5096 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐹𝑡) = 𝑦 → (𝑥 ≤ (𝐹𝑡) ↔ 𝑥𝑦))
5048, 49syl5ibcom 245 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡) ∧ 𝑡𝑇) → ((𝐹𝑡) = 𝑦𝑥𝑦))
5150ex 412 . . . . . . . . . . 11 (∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡) → (𝑡𝑇 → ((𝐹𝑡) = 𝑦𝑥𝑦)))
5251ad2antlr 727 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)) ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → (𝑡𝑇 → ((𝐹𝑡) = 𝑦𝑥𝑦)))
5346, 47, 52rexlimd 3236 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)) ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → (∃𝑡𝑇 (𝐹𝑡) = 𝑦𝑥𝑦))
5440, 53mpd 15 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)) ∧ 𝑦 ∈ ran 𝐹) → 𝑥𝑦)
5554ex 412 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)) → (𝑦 ∈ ran 𝐹𝑥𝑦))
5634, 55ralrimi 3227 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡)) → ∀𝑦 ∈ ran 𝐹 𝑥𝑦)
5756ex 412 . . . . 5 (𝜑 → (∀𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡) → ∀𝑦 ∈ ran 𝐹 𝑥𝑦))
5857reximdv 3144 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ran 𝐹𝑡𝑇 𝑥 ≤ (𝐹𝑡) → ∃𝑥 ∈ ran 𝐹𝑦 ∈ ran 𝐹 𝑥𝑦))
5933, 58mpd 15 . . 3 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ran 𝐹𝑦 ∈ ran 𝐹 𝑥𝑦)
60 lbinfcl 12079 . . 3 ((ran 𝐹 ⊆ ℝ ∧ ∃𝑥 ∈ ran 𝐹𝑦 ∈ ran 𝐹 𝑥𝑦) → inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ∈ ran 𝐹)
618, 59, 60syl2anc 584 . 2 (𝜑 → inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ∈ ran 𝐹)
628, 61sseldd 3936 . 2 (𝜑 → inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ∈ ℝ)
638adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑡𝑇) → ran 𝐹 ⊆ ℝ)
6459adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑡𝑇) → ∃𝑥 ∈ ran 𝐹𝑦 ∈ ran 𝐹 𝑥𝑦)
65 dffn3 6664 . . . . . . 7 (𝐹 Fn 𝑇𝐹:𝑇⟶ran 𝐹)
669, 65sylib 218 . . . . . 6 (𝜑𝐹:𝑇⟶ran 𝐹)
6766ffvelcdmda 7018 . . . . 5 ((𝜑𝑡𝑇) → (𝐹𝑡) ∈ ran 𝐹)
68 lbinfle 12080 . . . . 5 ((ran 𝐹 ⊆ ℝ ∧ ∃𝑥 ∈ ran 𝐹𝑦 ∈ ran 𝐹 𝑥𝑦 ∧ (𝐹𝑡) ∈ ran 𝐹) → inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ≤ (𝐹𝑡))
6963, 64, 67, 68syl3anc 1373 . . . 4 ((𝜑𝑡𝑇) → inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ≤ (𝐹𝑡))
7069ex 412 . . 3 (𝜑 → (𝑡𝑇 → inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ≤ (𝐹𝑡)))
7141, 70ralrimi 3227 . 2 (𝜑 → ∀𝑡𝑇 inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ≤ (𝐹𝑡))
7261, 62, 713jca 1128 1 (𝜑 → (inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ∈ ran 𝐹 ∧ inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ∈ ℝ ∧ ∀𝑡𝑇 inf(ran 𝐹, ℝ, < ) ≤ (𝐹𝑡)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  w3a 1086   = wceq 1540  wnf 1783  wcel 2109  wnfc 2876  wne 2925  wral 3044  wrex 3053  wss 3903  c0 4284   cuni 4858   class class class wbr 5092  dom cdm 5619  ran crn 5620  Fun wfun 6476   Fn wfn 6477  wf 6478  cfv 6482  (class class class)co 7349  infcinf 9331  cr 11008   < clt 11149  cle 11150  (,)cioo 13248  topGenctg 17341   Cn ccn 23109  Compccmp 23271
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-rep 5218  ax-sep 5235  ax-nul 5245  ax-pow 5304  ax-pr 5371  ax-un 7671  ax-cnex 11065  ax-resscn 11066  ax-1cn 11067  ax-icn 11068  ax-addcl 11069  ax-addrcl 11070  ax-mulcl 11071  ax-mulrcl 11072  ax-mulcom 11073  ax-addass 11074  ax-mulass 11075  ax-distr 11076  ax-i2m1 11077  ax-1ne0 11078  ax-1rid 11079  ax-rnegex 11080  ax-rrecex 11081  ax-cnre 11082  ax-pre-lttri 11083  ax-pre-lttrn 11084  ax-pre-ltadd 11085  ax-pre-mulgt0 11086  ax-pre-sup 11087
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 3343  df-reu 3344  df-rab 3395  df-v 3438  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4285  df-if 4477  df-pw 4553  df-sn 4578  df-pr 4580  df-tp 4582  df-op 4584  df-uni 4859  df-int 4897  df-iun 4943  df-iin 4944  df-br 5093  df-opab 5155  df-mpt 5174  df-tr 5200  df-id 5514  df-eprel 5519  df-po 5527  df-so 5528  df-fr 5572  df-se 5573  df-we 5574  df-xp 5625  df-rel 5626  df-cnv 5627  df-co 5628  df-dm 5629  df-rn 5630  df-res 5631  df-ima 5632  df-pred 6249  df-ord 6310  df-on 6311  df-lim 6312  df-suc 6313  df-iota 6438  df-fun 6484  df-fn 6485  df-f 6486  df-f1 6487  df-fo 6488  df-f1o 6489  df-fv 6490  df-isom 6491  df-riota 7306  df-ov 7352  df-oprab 7353  df-mpo 7354  df-of 7613  df-om 7800  df-1st 7924  df-2nd 7925  df-supp 8094  df-frecs 8214  df-wrecs 8245  df-recs 8294  df-rdg 8332  df-1o 8388  df-2o 8389  df-er 8625  df-map 8755  df-ixp 8825  df-en 8873  df-dom 8874  df-sdom 8875  df-fin 8876  df-fsupp 9252  df-fi 9301  df-sup 9332  df-inf 9333  df-oi 9402  df-card 9835  df-pnf 11151  df-mnf 11152  df-xr 11153  df-ltxr 11154  df-le 11155  df-sub 11349  df-neg 11350  df-div 11778  df-nn 12129  df-2 12191  df-3 12192  df-4 12193  df-5 12194  df-6 12195  df-7 12196  df-8 12197  df-9 12198  df-n0 12385  df-z 12472  df-dec 12592  df-uz 12736  df-q 12850  df-rp 12894  df-xneg 13014  df-xadd 13015  df-xmul 13016  df-ioo 13252  df-icc 13255  df-fz 13411  df-fzo 13558  df-seq 13909  df-exp 13969  df-hash 14238  df-cj 15006  df-re 15007  df-im 15008  df-sqrt 15142  df-abs 15143  df-struct 17058  df-sets 17075  df-slot 17093  df-ndx 17105  df-base 17121  df-ress 17142  df-plusg 17174  df-mulr 17175  df-starv 17176  df-sca 17177  df-vsca 17178  df-ip 17179  df-tset 17180  df-ple 17181  df-ds 17183  df-unif 17184  df-hom 17185  df-cco 17186  df-rest 17326  df-topn 17327  df-0g 17345  df-gsum 17346  df-topgen 17347  df-pt 17348  df-prds 17351  df-xrs 17406  df-qtop 17411  df-imas 17412  df-xps 17414  df-mre 17488  df-mrc 17489  df-acs 17491  df-mgm 18514  df-sgrp 18593  df-mnd 18609  df-submnd 18658  df-mulg 18947  df-cntz 19196  df-cmn 19661  df-psmet 21253  df-xmet 21254  df-met 21255  df-bl 21256  df-mopn 21257  df-cnfld 21262  df-top 22779  df-topon 22796  df-topsp 22818  df-bases 22831  df-cn 23112  df-cnp 23113  df-cmp 23272  df-tx 23447  df-hmeo 23640  df-xms 24206  df-ms 24207  df-tms 24208
This theorem is referenced by:  stoweidlem62  46053
  Copyright terms: Public domain W3C validator