MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  supaddc Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem supaddc 12287
Description: The supremum function distributes over addition in a sense similar to that in supmul1 12289. (Contributed by Brendan Leahy, 25-Sep-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
supadd.a1 (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
supadd.a2 (𝜑 → 𝐴 ≠ ∅)
supadd.a3 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥)
supaddc.b (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
supaddc.c 𝐶 = {𝑧 ∣ ∃𝑣 ∈ 𝐴 𝑧 = (𝑣 + 𝐵)}
Assertion
Ref Expression
supaddc (𝜑 → (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵) = sup(𝐶, ℝ, < ))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝑧,𝑣,𝐴   𝑥,𝐵,𝑦,𝑧,𝑣   𝑥,𝐶   𝜑,𝑧,𝑣
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥, 𝑦)   𝐶(𝑦, 𝑧, 𝑣)

Proof of Theorem supaddc
Dummy variables 𝑤 𝑎 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 vex 3454 . . . . . . 7 𝑤 ∈ V
2 oveq1 7427 . . . . . . . . . 10 (𝑣 = 𝑎 → (𝑣 + 𝐵) = (𝑎 + 𝐵))
32eqeq2d 2771 . . . . . . . . 9 (𝑣 = 𝑎 → (𝑧 = (𝑣 + 𝐵) ↔ 𝑧 = (𝑎 + 𝐵)))
43cbvrexvw 3241 . . . . . . . 8 (∃𝑣 ∈ 𝐴 𝑧 = (𝑣 + 𝐵) ↔ ∃𝑎 ∈ 𝐴 𝑧 = (𝑎 + 𝐵))
5 eqeq1 2764 . . . . . . . . 9 (𝑧 = 𝑤 → (𝑧 = (𝑎 + 𝐵) ↔ 𝑤 = (𝑎 + 𝐵)))
65rexbidv 3186 . . . . . . . 8 (𝑧 = 𝑤 → (∃𝑎 ∈ 𝐴 𝑧 = (𝑎 + 𝐵) ↔ ∃𝑎 ∈ 𝐴 𝑤 = (𝑎 + 𝐵)))
74, 6bitrid 286 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑤 → (∃𝑣 ∈ 𝐴 𝑧 = (𝑣 + 𝐵) ↔ ∃𝑎 ∈ 𝐴 𝑤 = (𝑎 + 𝐵)))
8 supaddc.c . . . . . . 7 𝐶 = {𝑧 ∣ ∃𝑣 ∈ 𝐴 𝑧 = (𝑣 + 𝐵)}
91, 7, 8elab2 3635 . . . . . 6 (𝑤 ∈ 𝐶 ↔ ∃𝑎 ∈ 𝐴 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))
10 supadd.a1 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
1110sselda 3908 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → 𝑎 ∈ ℝ)
12 supadd.a2 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → 𝐴 ≠ ∅)
13 supadd.a3 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥)
1410, 12, 13suprcld 12283 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ)
1514adantr 486 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ)
16 supaddc.b . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
1716adantr 486 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
1810, 12, 133jca 1146 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥))
19 suprub 12281 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥) ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → 𝑎 ≤ sup(𝐴, ℝ, < ))
2018, 19sylan 592 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → 𝑎 ≤ sup(𝐴, ℝ, < ))
2111, 15, 17, 20leadd1dd 11933 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → (𝑎 + 𝐵) ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵))
22 breq1 5105 . . . . . . . 8 (𝑤 = (𝑎 + 𝐵) → (𝑤 ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵) ↔ (𝑎 + 𝐵) ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)))
2321, 22syl5ibrcom 250 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → (𝑤 = (𝑎 + 𝐵) → 𝑤 ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)))
2423rexlimdva 3163 . . . . . 6 (𝜑 → (∃𝑎 ∈ 𝐴 𝑤 = (𝑎 + 𝐵) → 𝑤 ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)))
259, 24biimtrid 245 . . . . 5 (𝜑 → (𝑤 ∈ 𝐶 → 𝑤 ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)))
2625ralrimiv 3153 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑤 ∈ 𝐶 𝑤 ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵))
2711, 17readdcld 11341 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → (𝑎 + 𝐵) ∈ ℝ)
28 eleq1a 2855 . . . . . . . . 9 ((𝑎 + 𝐵) ∈ ℝ → (𝑤 = (𝑎 + 𝐵) → 𝑤 ∈ ℝ))
2927, 28syl 18 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → (𝑤 = (𝑎 + 𝐵) → 𝑤 ∈ ℝ))
3029rexlimdva 3163 . . . . . . 7 (𝜑 → (∃𝑎 ∈ 𝐴 𝑤 = (𝑎 + 𝐵) → 𝑤 ∈ ℝ))
319, 30biimtrid 245 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑤 ∈ 𝐶 → 𝑤 ∈ ℝ))
3231ssrdv 3914 . . . . 5 (𝜑 → 𝐶 ⊆ ℝ)
33 ovex 7453 . . . . . . . . 9 (𝑎 + 𝐵) ∈ V
3433isseti 3468 . . . . . . . 8 ∃𝑤 𝑤 = (𝑎 + 𝐵)
3534rgenw 3080 . . . . . . 7 ∀𝑎 ∈ 𝐴 ∃𝑤 𝑤 = (𝑎 + 𝐵)
36 r19.2z 4454 . . . . . . 7 ((𝐴 ≠ ∅ ∧ ∀𝑎 ∈ 𝐴 ∃𝑤 𝑤 = (𝑎 + 𝐵)) → ∃𝑎 ∈ 𝐴 ∃𝑤 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))
3712, 35, 36sylancl 598 . . . . . 6 (𝜑 → ∃𝑎 ∈ 𝐴 ∃𝑤 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))
389exbii 1880 . . . . . . 7 (∃𝑤 𝑤 ∈ 𝐶 ↔ ∃𝑤∃𝑎 ∈ 𝐴 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))
39 n0 4299 . . . . . . 7 (𝐶 ≠ ∅ ↔ ∃𝑤 𝑤 ∈ 𝐶)
40 rexcom4 3289 . . . . . . 7 (∃𝑎 ∈ 𝐴 ∃𝑤 𝑤 = (𝑎 + 𝐵) ↔ ∃𝑤∃𝑎 ∈ 𝐴 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))
4138, 39, 403bitr4i 306 . . . . . 6 (𝐶 ≠ ∅ ↔ ∃𝑎 ∈ 𝐴 ∃𝑤 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))
4237, 41sylibr 237 . . . . 5 (𝜑 → 𝐶 ≠ ∅)
4314, 16readdcld 11341 . . . . . 6 (𝜑 → (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵) ∈ ℝ)
44 brralrspcev 5164 . . . . . 6 (((sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵) ∈ ℝ ∧ ∀𝑤 ∈ 𝐶 𝑤 ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐶 𝑤 ≤ 𝑥)
4543, 26, 44syl2anc 596 . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐶 𝑤 ≤ 𝑥)
46 suprleub 12286 . . . . 5 (((𝐶 ⊆ ℝ ∧ 𝐶 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐶 𝑤 ≤ 𝑥) ∧ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵) ∈ ℝ) → (sup(𝐶, ℝ, < ) ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵) ↔ ∀𝑤 ∈ 𝐶 𝑤 ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)))
4732, 42, 45, 43, 46syl31anc 1400 . . . 4 (𝜑 → (sup(𝐶, ℝ, < ) ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵) ↔ ∀𝑤 ∈ 𝐶 𝑤 ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)))
4826, 47mpbird 260 . . 3 (𝜑 → sup(𝐶, ℝ, < ) ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵))
4932, 42, 45suprcld 12283 . . . . . . 7 (𝜑 → sup(𝐶, ℝ, < ) ∈ ℝ)
5049, 16, 14ltsubaddd 11915 . . . . . 6 (𝜑 → ((sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)))
5150biimpar 483 . . . . 5 ((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) → (sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < sup(𝐴, ℝ, < ))
5249, 16resubcld 11747 . . . . . . 7 (𝜑 → (sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) ∈ ℝ)
53 suprlub 12284 . . . . . . 7 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ≤ 𝑥) ∧ (sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) ∈ ℝ) → ((sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ ∃𝑎 ∈ 𝐴 (sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < 𝑎))
5410, 12, 13, 52, 53syl31anc 1400 . . . . . 6 (𝜑 → ((sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ ∃𝑎 ∈ 𝐴 (sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < 𝑎))
5554adantr 486 . . . . 5 ((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) → ((sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ ∃𝑎 ∈ 𝐴 (sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < 𝑎))
5651, 55mpbid 235 . . . 4 ((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) → ∃𝑎 ∈ 𝐴 (sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < 𝑎)
5727adantlr 728 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → (𝑎 + 𝐵) ∈ ℝ)
5849ad2antrr 739 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → sup(𝐶, ℝ, < ) ∈ ℝ)
59 rspe 3252 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑎 ∈ 𝐴 ∧ 𝑤 = (𝑎 + 𝐵)) → ∃𝑎 ∈ 𝐴 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))
6059, 9sylibr 237 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑎 ∈ 𝐴 ∧ 𝑤 = (𝑎 + 𝐵)) → 𝑤 ∈ 𝐶)
6160adantl 487 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝐴 ∧ 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))) → 𝑤 ∈ 𝐶)
62 simplrr 790 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝐴 ∧ 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))) ∧ 𝑤 ∈ 𝐶) → 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))
6332, 42, 453jca 1146 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝐶 ⊆ ℝ ∧ 𝐶 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐶 𝑤 ≤ 𝑥))
64 suprub 12281 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐶 ⊆ ℝ ∧ 𝐶 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ 𝐶 𝑤 ≤ 𝑥) ∧ 𝑤 ∈ 𝐶) → 𝑤 ≤ sup(𝐶, ℝ, < ))
6563, 64sylan 592 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ 𝐶) → 𝑤 ≤ sup(𝐶, ℝ, < ))
6665adantlr 728 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝐴 ∧ 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))) ∧ 𝑤 ∈ 𝐶) → 𝑤 ≤ sup(𝐶, ℝ, < ))
6762, 66eqbrtrrd 5128 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝐴 ∧ 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))) ∧ 𝑤 ∈ 𝐶) → (𝑎 + 𝐵) ≤ sup(𝐶, ℝ, < ))
6861, 67mpdan 700 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝐴 ∧ 𝑤 = (𝑎 + 𝐵))) → (𝑎 + 𝐵) ≤ sup(𝐶, ℝ, < ))
6968expr 462 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → (𝑤 = (𝑎 + 𝐵) → (𝑎 + 𝐵) ≤ sup(𝐶, ℝ, < )))
7069exlimdv 1965 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → (∃𝑤 𝑤 = (𝑎 + 𝐵) → (𝑎 + 𝐵) ≤ sup(𝐶, ℝ, < )))
7134, 70mpi 21 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → (𝑎 + 𝐵) ≤ sup(𝐶, ℝ, < ))
7271adantlr 728 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → (𝑎 + 𝐵) ≤ sup(𝐶, ℝ, < ))
7357, 58, 72lensymd 11464 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → ¬ sup(𝐶, ℝ, < ) < (𝑎 + 𝐵))
7416ad2antrr 739 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
7511adantlr 728 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → 𝑎 ∈ ℝ)
7658, 74, 75ltsubaddd 11915 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → ((sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < 𝑎 ↔ sup(𝐶, ℝ, < ) < (𝑎 + 𝐵)))
7773, 76mtbird 328 . . . . 5 (((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) ∧ 𝑎 ∈ 𝐴) → ¬ (sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < 𝑎)
7877nrexdv 3157 . . . 4 ((𝜑 ∧ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵)) → ¬ ∃𝑎 ∈ 𝐴 (sup(𝐶, ℝ, < ) − 𝐵) < 𝑎)
7956, 78pm2.65da 829 . . 3 (𝜑 → ¬ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵))
8049, 43eqleltd 11457 . . 3 (𝜑 → (sup(𝐶, ℝ, < ) = (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵) ↔ (sup(𝐶, ℝ, < ) ≤ (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵) ∧ ¬ sup(𝐶, ℝ, < ) < (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵))))
8148, 79, 80mpbir2and 726 . 2 (𝜑 → sup(𝐶, ℝ, < ) = (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵))
8281eqcomd 2766 1 (𝜑 → (sup(𝐴, ℝ, < ) + 𝐵) = sup(𝐶, ℝ, < ))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1569  ∃wex 1811   ∈ wcel 2144  {cab 2738   ≠ wne 2955  ∀wral 3076  ∃wrex 3086   ⊆ wss 3895  ∅c0 4278   class class class wbr 5102  (class class class)co 7420  supcsup 9435  ℝcr 11202   + caddc 11206   < clt 11346   ≤ cle 11347   − cmin 11544
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-resscn 11260  ax-1cn 11261  ax-icn 11262  ax-addcl 11263  ax-addrcl 11264  ax-mulcl 11265  ax-mulrcl 11266  ax-mulcom 11267  ax-addass 11268  ax-mulass 11269  ax-distr 11270  ax-i2m1 11271  ax-1ne0 11272  ax-1rid 11273  ax-rnegex 11274  ax-rrecex 11275  ax-cnre 11276  ax-pre-lttri 11277  ax-pre-lttrn 11278  ax-pre-ltadd 11279  ax-pre-mulgt0 11280  ax-pre-sup 11281
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-id 5545  df-po 5558  df-so 5559  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-er 8720  df-en 8977  df-dom 8978  df-sdom 8979  df-sup 9437  df-pnf 11348  df-mnf 11349  df-xr 11350  df-ltxr 11351  df-le 11352  df-sub 11546  df-neg 11547
This theorem is used by:  supadd  12288  supsubc  46458
  Copyright terms: Public domain W3C validator