Theorem sup2 12110

Description: A nonempty, bounded-above set of reals has a supremum. Stronger version of completeness axiom (it has a slightly weaker antecedent). (Contributed by NM, 19-Jan-1997.)

Assertion

Ref	Expression
sup2	⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))

Distinct variable group:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐴

Proof of Theorem sup2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		peano2re 11317	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 + 1) ∈ ℝ)
2	1	adantr 481	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → (𝑥 + 1) ∈ ℝ)
3	2	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → (𝑥 + 1) ∈ ℝ))
4		ssel 3916	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (𝑦 ∈ 𝐴 → 𝑦 ∈ ℝ))
5		ltp1 11993	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 < (𝑥 + 1))
6	1	ancli 553	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 ∈ ℝ ∧ (𝑥 + 1) ∈ ℝ))
7		lttr 11220	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ∧ (𝑥 + 1) ∈ ℝ) → ((𝑦 < 𝑥 ∧ 𝑥 < (𝑥 + 1)) → 𝑦 < (𝑥 + 1)))
8	7	3expb 1126	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ (𝑥 + 1) ∈ ℝ)) → ((𝑦 < 𝑥 ∧ 𝑥 < (𝑥 + 1)) → 𝑦 < (𝑥 + 1)))
9	6, 8	sylan2 599	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ((𝑦 < 𝑥 ∧ 𝑥 < (𝑥 + 1)) → 𝑦 < (𝑥 + 1)))
10	5, 9	sylan2i 612	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ((𝑦 < 𝑥 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝑦 < (𝑥 + 1)))
11	10	exp4b 431	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → (𝑥 ∈ ℝ → (𝑦 < 𝑥 → (𝑥 ∈ ℝ → 𝑦 < (𝑥 + 1)))))
12	11	com34 91	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 ∈ ℝ → (𝑦 < 𝑥 → 𝑦 < (𝑥 + 1)))))
13	12	pm2.43d 53	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → (𝑥 ∈ ℝ → (𝑦 < 𝑥 → 𝑦 < (𝑥 + 1))))
14	13	imp 407	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑦 < 𝑥 → 𝑦 < (𝑥 + 1)))
15		breq1 5082	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝑦 = 𝑥 → (𝑦 < (𝑥 + 1) ↔ 𝑥 < (𝑥 + 1)))
16	5, 15	syl5ibrcom 248	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝑦 = 𝑥 → 𝑦 < (𝑥 + 1)))
17	16	adantl 482	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑦 = 𝑥 → 𝑦 < (𝑥 + 1)))
18	14, 17	jaod 865	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ((𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥) → 𝑦 < (𝑥 + 1)))
19	18	ex 413	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ → (𝑥 ∈ ℝ → ((𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥) → 𝑦 < (𝑥 + 1))))
20	4, 19	syl6 35	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑥 ∈ ℝ → ((𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥) → 𝑦 < (𝑥 + 1)))))
21	20	com23 86	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (𝑥 ∈ ℝ → (𝑦 ∈ 𝐴 → ((𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥) → 𝑦 < (𝑥 + 1)))))
22	21	imp 407	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑦 ∈ 𝐴 → ((𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥) → 𝑦 < (𝑥 + 1))))
23	22	a2d 29	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ((𝑦 ∈ 𝐴 → (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → (𝑦 ∈ 𝐴 → 𝑦 < (𝑥 + 1))))
24	23	ralimdv2 3149	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥) → ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < (𝑥 + 1)))
25	24	expimpd 454	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < (𝑥 + 1)))
26	3, 25	jcad 517	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → ((𝑥 + 1) ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < (𝑥 + 1))))
27		ovex 7396	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 + 1) ∈ V
28		eleq1 2828	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 = (𝑥 + 1) → (𝑧 ∈ ℝ ↔ (𝑥 + 1) ∈ ℝ))
29		breq2 5083	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑧 = (𝑥 + 1) → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑦 < (𝑥 + 1)))
30	29	ralbidv 3163	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑧 = (𝑥 + 1) → (∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < (𝑥 + 1)))
31	28, 30	anbi12d 638	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = (𝑥 + 1) → ((𝑧 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) ↔ ((𝑥 + 1) ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < (𝑥 + 1))))
32	27, 31	spcev 3551	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑥 + 1) ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < (𝑥 + 1)) → ∃𝑧(𝑧 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧))
33	26, 32	syl6 35	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → ((𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → ∃𝑧(𝑧 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))
34	33	exlimdv 1940	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (∃𝑥(𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → ∃𝑧(𝑧 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))
35		eleq1 2828	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → (𝑧 ∈ ℝ ↔ 𝑥 ∈ ℝ))
36		breq2 5083	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → (𝑦 < 𝑧 ↔ 𝑦 < 𝑥))
37	36	ralbidv 3163	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → (∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥))
38	35, 37	anbi12d 638	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → ((𝑧 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) ↔ (𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥)))
39	38	cbvexvw 2044	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑧(𝑧 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) ↔ ∃𝑥(𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥))
40	34, 39	imbitrdi 252	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (∃𝑥(𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → ∃𝑥(𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥)))
41		df-rex 3065	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥) ↔ ∃𝑥(𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)))
42		df-rex 3065	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥 ↔ ∃𝑥(𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥))
43	40, 41, 42	3imtr4g 297	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥))
44	43	adantr 481	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥))
45	44	imdistani 573	. . 3 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥))
46		df-3an 1094	. . 3 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) ↔ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)))
47		df-3an 1094	. . 3 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥) ↔ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥))
48	45, 46, 47	3imtr4i 293	. 2 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → (𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥))
49		axsup 11219	. 2 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑥) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))
50	48, 49	syl 17	1 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 (𝑦 < 𝑥 ∨ 𝑦 = 𝑥)) → ∃𝑥 ∈ ℝ (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 < 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ (𝑦 < 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 396   ∨ wo 853   ∧ w3a 1092   = wceq 1547  ∃wex 1786   ∈ wcel 2119   ≠ wne 2935  ∀wral 3054  ∃wrex 3064   ⊆ wss 3890  ∅c0 4268   class class class wbr 5079  (class class class)co 7363  ℝcr 11035  1c1 11037   + caddc 11039   < clt 11177

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1802  ax-4 1816  ax-5 1917  ax-6 1974  ax-7 2015  ax-8 2121  ax-9 2129  ax-10 2152  ax-11 2168  ax-12 2189  ax-ext 2712  ax-sep 5225  ax-nul 5235  ax-pow 5301  ax-pr 5369  ax-un 7685  ax-resscn 11093  ax-1cn 11094  ax-icn 11095  ax-addcl 11096  ax-addrcl 11097  ax-mulcl 11098  ax-mulrcl 11099  ax-mulcom 11100  ax-addass 11101  ax-mulass 11102  ax-distr 11103  ax-i2m1 11104  ax-1ne0 11105  ax-1rid 11106  ax-rnegex 11107  ax-rrecex 11108  ax-cnre 11109  ax-pre-lttri 11110  ax-pre-lttrn 11111  ax-pre-ltadd 11112  ax-pre-mulgt0 11113  ax-pre-sup 11114

This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 854  df-3or 1093  df-3an 1094  df-tru 1550  df-fal 1560  df-ex 1787  df-nf 1791  df-sb 2074  df-mo 2543  df-eu 2573  df-clab 2719  df-cleq 2732  df-clel 2815  df-nfc 2889  df-ne 2936  df-nel 3040  df-ral 3055  df-rex 3065  df-reu 3346  df-rab 3393  df-v 3434  df-sbc 3731  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-nul 4269  df-if 4462  df-pw 4538  df-sn 4563  df-pr 4565  df-op 4569  df-uni 4846  df-br 5080  df-opab 5142  df-mpt 5161  df-id 5520  df-po 5533  df-so 5534  df-xp 5631  df-rel 5632  df-cnv 5633  df-co 5634  df-dm 5635  df-rn 5636  df-res 5637  df-ima 5638  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-riota 7320  df-ov 7366  df-oprab 7367  df-mpo 7368  df-er 8640  df-en 8891  df-dom 8892  df-sdom 8893  df-pnf 11179  df-mnf 11180  df-xr 11181  df-ltxr 11182  df-le 11183  df-sub 11377  df-neg 11378

This theorem is referenced by:  sup3  12111  nnunb  12431