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Theorem supminfxr 46418
Description: The extended real suprema of a set of reals is the extended real negative of the extended real infima of that set's image under negation. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)
Hypothesis
Ref Expression
supminfxr.1 (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
Assertion
Ref Expression
supminfxr (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
Distinct variable group:   𝑥,𝐴
Allowed substitution hint:   𝜑(𝑥)

Proof of Theorem supminfxr
Dummy variables 𝑣 𝑤 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 supeq1 9421 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → sup(𝐴, ℝ*, < ) = sup(∅, ℝ*, < ))
2 xrsup0 13434 . . . . . 6 sup(∅, ℝ*, < ) = -∞
32a1i 11 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → sup(∅, ℝ*, < ) = -∞)
41, 3eqtrd 2796 . . . 4 (𝐴 = ∅ → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -∞)
54adantl 487 . . 3 ((𝜑 ∧ 𝐴 = ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -∞)
6 eleq2 2850 . . . . . . . . . 10 (𝐴 = ∅ → (-𝑥 ∈ 𝐴 ↔ -𝑥 ∈ ∅))
76rabbidv 3420 . . . . . . . . 9 (𝐴 = ∅ → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} = {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅})
8 noel 4284 . . . . . . . . . . . . 13 ¬ -𝑥 ∈ ∅
98a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ → ¬ -𝑥 ∈ ∅)
109rgen 3079 . . . . . . . . . . 11 ∀𝑥 ∈ ℝ ¬ -𝑥 ∈ ∅
11 rabeq0 4338 . . . . . . . . . . 11 ({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅} = ∅ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ¬ -𝑥 ∈ ∅)
1210, 11mpbir 234 . . . . . . . . . 10 {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅} = ∅
1312a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝐴 = ∅ → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅} = ∅)
147, 13eqtrd 2796 . . . . . . . 8 (𝐴 = ∅ → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} = ∅)
1514infeq1d 9454 . . . . . . 7 (𝐴 = ∅ → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = inf(∅, ℝ*, < ))
16 xrinf0 13450 . . . . . . . 8 inf(∅, ℝ*, < ) = +∞
1716a1i 11 . . . . . . 7 (𝐴 = ∅ → inf(∅, ℝ*, < ) = +∞)
1815, 17eqtrd 2796 . . . . . 6 (𝐴 = ∅ → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = +∞)
1918xnegeqd 46391 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = -𝑒+∞)
20 xnegpnf 13320 . . . . . 6 -𝑒+∞ = -∞
2120a1i 11 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → -𝑒+∞ = -∞)
2219, 21eqtrd 2796 . . . 4 (𝐴 = ∅ → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
2322adantl 487 . . 3 ((𝜑 ∧ 𝐴 = ∅) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
245, 23eqtr4d 2799 . 2 ((𝜑 ∧ 𝐴 = ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
25 neqne 2964 . . 3 (¬ 𝐴 = ∅ → 𝐴 ≠ ∅)
26 supminfxr.1 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
2726ad2antrr 739 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → 𝐴 ⊆ ℝ)
28 simplr 781 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → 𝐴 ≠ ∅)
29 simpr 490 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦)
30 negn0 11726 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ≠ ∅)
31 ublbneg 13041 . . . . . . . . . 10 (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑦 ≤ 𝑧)
32 ssrab2 4028 . . . . . . . . . . 11 {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ⊆ ℝ
33 infrenegsup 12281 . . . . . . . . . . 11 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ⊆ ℝ ∧ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑦 ≤ 𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}}, ℝ, < ))
3432, 33mp3an1 1477 . . . . . . . . . 10 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑦 ≤ 𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}}, ℝ, < ))
3530, 31, 34syl2an 608 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}}, ℝ, < ))
36353impa 1127 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}}, ℝ, < ))
37 elrabi 3641 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}} → 𝑦 ∈ ℝ)
3837adantl 487 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}}) → 𝑦 ∈ ℝ)
39 ssel2 3926 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
40 negeq 11530 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 = 𝑦 → -𝑤 = -𝑦)
4140eleq1d 2846 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 = 𝑦 → (-𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ↔ -𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}))
4241elrab3 3646 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ → (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}} ↔ -𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}))
43 renegcl 11602 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 ∈ ℝ → -𝑦 ∈ ℝ)
44 negeq 11530 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑥 = -𝑦 → -𝑥 = --𝑦)
4544eleq1d 2846 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑥 = -𝑦 → (-𝑥 ∈ 𝐴 ↔ --𝑦 ∈ 𝐴))
4645elrab3 3646 . . . . . . . . . . . . . . 15 (-𝑦 ∈ ℝ → (-𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ↔ --𝑦 ∈ 𝐴))
4743, 46syl 18 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ → (-𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ↔ --𝑦 ∈ 𝐴))
48 recn 11271 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑦 ∈ ℝ → 𝑦 ∈ ℂ)
4948negnegd 11641 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 ∈ ℝ → --𝑦 = 𝑦)
5049eleq1d 2846 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ → (--𝑦 ∈ 𝐴 ↔ 𝑦 ∈ 𝐴))
5142, 47, 503bitrd 308 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ ℝ → (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}} ↔ 𝑦 ∈ 𝐴))
5251adantl 487 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}} ↔ 𝑦 ∈ 𝐴))
5338, 39, 52eqrdav 2760 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ⊆ ℝ → {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}} = 𝐴)
5453supeq1d 9422 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ⊆ ℝ → sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}}, ℝ, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
55543ad2ant1 1151 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}}, ℝ, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
5655negeqd 11532 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ))
5736, 56eqtrd 2796 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ))
58 infrecl 12280 . . . . . . . . . . 11 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ⊆ ℝ ∧ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑦 ≤ 𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
5932, 58mp3an1 1477 . . . . . . . . . 10 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑦 ≤ 𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
6030, 31, 59syl2an 608 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
61603impa 1127 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
62 suprcl 12258 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ)
63 recn 11271 . . . . . . . . 9 (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℂ)
64 recn 11271 . . . . . . . . 9 (sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℂ)
65 negcon2 11592 . . . . . . . . 9 ((inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℂ ∧ sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℂ) → (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < )))
6663, 64, 65syl2an 608 . . . . . . . 8 ((inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ ∧ sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ) → (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < )))
6761, 62, 66syl2anc 596 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < )))
6857, 67mpbid 235 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))
6927, 28, 29, 68syl3anc 1398 . . . . 5 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))
70 supxrre 13438 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
7127, 28, 29, 70syl3anc 1398 . . . . 5 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
7232a1i 11 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ⊆ ℝ)
7327, 28, 30syl2anc 596 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ≠ ∅)
7429, 31syl 18 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑦 ≤ 𝑧)
75 infxrre 13448 . . . . . . . 8 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ⊆ ℝ ∧ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑦 ≤ 𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))
7672, 73, 74, 75syl3anc 1398 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))
7776xnegeqd 46391 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))
7826, 60sylanl1 693 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
7978rexnegd 46101 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))
8077, 79eqtrd 2796 . . . . 5 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ, < ))
8169, 71, 803eqtr4d 2806 . . . 4 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
82 simpr 490 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦)
83 simplr 781 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
8426sselda 3931 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
8584adantlr 728 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
8683, 85ltnled 11438 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → (𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ 𝑧 ≤ 𝑦))
8786rexbidva 3185 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐴 ¬ 𝑧 ≤ 𝑦))
88 rexnal 3115 . . . . . . . . . . . 12 (∃𝑧 ∈ 𝐴 ¬ 𝑧 ≤ 𝑦 ↔ ¬ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦)
8988a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧 ∈ 𝐴 ¬ 𝑧 ≤ 𝑦 ↔ ¬ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦))
9087, 89bitrd 282 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦))
9190ralbidva 3184 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ ¬ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦))
92 ralnex 3089 . . . . . . . . . 10 (∀𝑦 ∈ ℝ ¬ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦)
9392a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ¬ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦))
9491, 93bitrd 282 . . . . . . . 8 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦))
9594adantr 486 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦))
9682, 95mpbird 260 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)
97 xnegmnf 13321 . . . . . . . . 9 -𝑒-∞ = +∞
9897eqcomi 2770 . . . . . . . 8 +∞ = -𝑒-∞
9998a1i 11 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) → +∞ = -𝑒-∞)
100 simpr 490 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) → ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)
101 ressxr 11334 . . . . . . . . . . . 12 ℝ ⊆ ℝ*
102101a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ℝ ⊆ ℝ*)
10326, 102sstrd 3941 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ*)
104 supxrunb2 13431 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
105103, 104syl 18 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
106105adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
107100, 106mpbid 235 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
108 renegcl 11602 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑣 ∈ ℝ → -𝑣 ∈ ℝ)
109108adantl 487 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → -𝑣 ∈ ℝ)
110 simpl 488 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧)
111 breq1 5106 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = -𝑣 → (𝑦 < 𝑧 ↔ -𝑣 < 𝑧))
112111rexbidv 3187 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = -𝑣 → (∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ 𝐴 -𝑣 < 𝑧))
113112rspcva 3575 . . . . . . . . . . . . 13 ((-𝑣 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) → ∃𝑧 ∈ 𝐴 -𝑣 < 𝑧)
114109, 110, 113syl2anc 596 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → ∃𝑧 ∈ 𝐴 -𝑣 < 𝑧)
115114adantll 727 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → ∃𝑧 ∈ 𝐴 -𝑣 < 𝑧)
116 negeq 11530 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑥 = -𝑧 → -𝑥 = --𝑧)
117116eleq1d 2846 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 = -𝑧 → (-𝑥 ∈ 𝐴 ↔ --𝑧 ∈ 𝐴))
11884renegcld 11724 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → -𝑧 ∈ ℝ)
119118ad4ant13 764 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 ∈ ℝ)
12084recnd 11318 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ ℂ)
121120negnegd 11641 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → --𝑧 = 𝑧)
122 simpr 490 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → 𝑧 ∈ 𝐴)
123121, 122eqeltrd 2861 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) → --𝑧 ∈ 𝐴)
124123ad4ant13 764 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → --𝑧 ∈ 𝐴)
125117, 119, 124elrabd 3647 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴})
126 simpr 490 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑣 < 𝑧)
127108ad3antlr 744 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑣 ∈ ℝ)
12884ad4ant13 764 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → 𝑧 ∈ ℝ)
129127, 128ltnegd 11875 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → (-𝑣 < 𝑧 ↔ -𝑧 < --𝑣))
130126, 129mpbid 235 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 < --𝑣)
131 simpllr 788 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → 𝑣 ∈ ℝ)
132 recn 11271 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑣 ∈ ℝ → 𝑣 ∈ ℂ)
133 negneg 11589 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑣 ∈ ℂ → --𝑣 = 𝑣)
134131, 132, 1333syl 19 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → --𝑣 = 𝑣)
135130, 134breqtrd 5131 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 < 𝑣)
136 breq1 5106 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 = -𝑧 → (𝑤 < 𝑣 ↔ -𝑧 < 𝑣))
137136rspcev 3577 . . . . . . . . . . . . . 14 ((-𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ∧ -𝑧 < 𝑣) → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑤 < 𝑣)
138125, 135, 137syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧 ∈ 𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑤 < 𝑣)
139138rexlimdva2 3166 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → (∃𝑧 ∈ 𝐴 -𝑣 < 𝑧 → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑤 < 𝑣))
140139adantlr 728 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → (∃𝑧 ∈ 𝐴 -𝑣 < 𝑧 → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑤 < 𝑣))
141115, 140mpd 16 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑤 < 𝑣)
142141ralrimiva 3155 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) → ∀𝑣 ∈ ℝ ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑤 < 𝑣)
14332, 101sstri 3940 . . . . . . . . . 10 {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ⊆ ℝ*
144 infxrunb2 46323 . . . . . . . . . 10 ({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴} ⊆ ℝ* → (∀𝑣 ∈ ℝ ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑤 < 𝑣 ↔ inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = -∞))
145143, 144ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (∀𝑣 ∈ ℝ ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}𝑤 < 𝑣 ↔ inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
146142, 145sylib 221 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
147146xnegeqd 46391 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ) = -𝑒-∞)
14899, 107, 1473eqtr4d 2806 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 < 𝑧) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
14996, 148syldan 603 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
150149adantlr 728 . . . 4 (((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ 𝐴 𝑧 ≤ 𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
15181, 150pm2.61dan 825 . . 3 ((𝜑 ∧ 𝐴 ≠ ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
15225, 151sylan2 605 . 2 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐴 = ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
15324, 152pm2.61dan 825 1 (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ 𝐴}, ℝ*, < ))
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  supcsup 9416  infcinf 9417  ℂcc 11179  ℝcr 11180  +∞cpnf 11321  -∞cmnf 11322  ℝ*cxr 11323   < clt 11324   ≤ cle 11325  -cneg 11523  -𝑒cxne 13219
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-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-id 5546  df-po 5559  df-so 5560  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-iota 6487  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-isom 6540  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-er 8701  df-en 8958  df-dom 8959  df-sdom 8960  df-sup 9418  df-inf 9419  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11524  df-neg 11525  df-xneg 13222
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