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Theorem supminfxr 41172
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 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
Assertion
Ref Expression
supminfxr (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, 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 8706 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → sup(𝐴, ℝ*, < ) = sup(∅, ℝ*, < ))
2 xrsup0 12535 . . . . . 6 sup(∅, ℝ*, < ) = -∞
32a1i 11 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → sup(∅, ℝ*, < ) = -∞)
41, 3eqtrd 2814 . . . 4 (𝐴 = ∅ → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -∞)
54adantl 474 . . 3 ((𝜑𝐴 = ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -∞)
6 eleq2 2854 . . . . . . . . . 10 (𝐴 = ∅ → (-𝑥𝐴 ↔ -𝑥 ∈ ∅))
76rabbidv 3403 . . . . . . . . 9 (𝐴 = ∅ → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} = {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅})
8 noel 4185 . . . . . . . . . . . . 13 ¬ -𝑥 ∈ ∅
98a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ → ¬ -𝑥 ∈ ∅)
109rgen 3098 . . . . . . . . . . 11 𝑥 ∈ ℝ ¬ -𝑥 ∈ ∅
11 rabeq0 4226 . . . . . . . . . . 11 ({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅} = ∅ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ¬ -𝑥 ∈ ∅)
1210, 11mpbir 223 . . . . . . . . . 10 {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅} = ∅
1312a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝐴 = ∅ → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅} = ∅)
147, 13eqtrd 2814 . . . . . . . 8 (𝐴 = ∅ → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} = ∅)
1514infeq1d 8738 . . . . . . 7 (𝐴 = ∅ → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = inf(∅, ℝ*, < ))
16 xrinf0 12550 . . . . . . . 8 inf(∅, ℝ*, < ) = +∞
1716a1i 11 . . . . . . 7 (𝐴 = ∅ → inf(∅, ℝ*, < ) = +∞)
1815, 17eqtrd 2814 . . . . . 6 (𝐴 = ∅ → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = +∞)
1918xnegeqd 41143 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -𝑒+∞)
20 xnegpnf 12422 . . . . . 6 -𝑒+∞ = -∞
2120a1i 11 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → -𝑒+∞ = -∞)
2219, 21eqtrd 2814 . . . 4 (𝐴 = ∅ → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
2322adantl 474 . . 3 ((𝜑𝐴 = ∅) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
245, 23eqtr4d 2817 . 2 ((𝜑𝐴 = ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
25 neqne 2975 . . 3 𝐴 = ∅ → 𝐴 ≠ ∅)
26 supminfxr.1 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
2726ad2antrr 713 . . . . . 6 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → 𝐴 ⊆ ℝ)
28 simplr 756 . . . . . 6 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → 𝐴 ≠ ∅)
29 simpr 477 . . . . . 6 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦)
30 negn0 10872 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅)
31 ublbneg 12150 . . . . . . . . . 10 (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧)
32 ssrab2 3948 . . . . . . . . . . 11 {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ
33 infrenegsup 11427 . . . . . . . . . . 11 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ ∧ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ))
3432, 33mp3an1 1427 . . . . . . . . . 10 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ))
3530, 31, 34syl2an 586 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ))
36353impa 1090 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ))
37 elrabi 3590 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}} → 𝑦 ∈ ℝ)
3837adantl 474 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}) → 𝑦 ∈ ℝ)
39 ssel2 3855 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
40 negeq 10680 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 = 𝑦 → -𝑤 = -𝑦)
4140eleq1d 2850 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 = 𝑦 → (-𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ↔ -𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}))
4241elrab3 3597 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ → (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}} ↔ -𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}))
43 renegcl 10752 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 ∈ ℝ → -𝑦 ∈ ℝ)
44 negeq 10680 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑥 = -𝑦 → -𝑥 = --𝑦)
4544eleq1d 2850 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑥 = -𝑦 → (-𝑥𝐴 ↔ --𝑦𝐴))
4645elrab3 3597 . . . . . . . . . . . . . . 15 (-𝑦 ∈ ℝ → (-𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ↔ --𝑦𝐴))
4743, 46syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ → (-𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ↔ --𝑦𝐴))
48 recn 10427 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑦 ∈ ℝ → 𝑦 ∈ ℂ)
4948negnegd 10791 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 ∈ ℝ → --𝑦 = 𝑦)
5049eleq1d 2850 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ → (--𝑦𝐴𝑦𝐴))
5142, 47, 503bitrd 297 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ ℝ → (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}} ↔ 𝑦𝐴))
5251adantl 474 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}} ↔ 𝑦𝐴))
5338, 39, 52eqrdav 2777 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ⊆ ℝ → {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}} = 𝐴)
5453supeq1d 8707 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ⊆ ℝ → sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
55543ad2ant1 1113 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
5655negeqd 10682 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ))
5736, 56eqtrd 2814 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ))
58 infrecl 11426 . . . . . . . . . . 11 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ ∧ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
5932, 58mp3an1 1427 . . . . . . . . . 10 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
6030, 31, 59syl2an 586 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
61603impa 1090 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
62 suprcl 11404 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ)
63 recn 10427 . . . . . . . . 9 (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℂ)
64 recn 10427 . . . . . . . . 9 (sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℂ)
65 negcon2 10742 . . . . . . . . 9 ((inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℂ ∧ sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℂ) → (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < )))
6663, 64, 65syl2an 586 . . . . . . . 8 ((inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ ∧ sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ) → (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < )))
6761, 62, 66syl2anc 576 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < )))
6857, 67mpbid 224 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
6927, 28, 29, 68syl3anc 1351 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
70 supxrre 12539 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
7127, 28, 29, 70syl3anc 1351 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
7232a1i 11 . . . . . . . 8 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ)
7327, 28, 30syl2anc 576 . . . . . . . 8 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅)
7429, 31syl 17 . . . . . . . 8 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧)
75 infxrre 12548 . . . . . . . 8 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ ∧ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
7672, 73, 74, 75syl3anc 1351 . . . . . . 7 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
7776xnegeqd 41143 . . . . . 6 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
7826, 60sylanl1 667 . . . . . . 7 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
7978rexnegd 40835 . . . . . 6 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
8077, 79eqtrd 2814 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
8169, 71, 803eqtr4d 2824 . . . 4 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
82 simpr 477 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦)
83 simplr 756 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
8426sselda 3860 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑧𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
8584adantlr 702 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
8683, 85ltnled 10589 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) → (𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ 𝑧𝑦))
8786rexbidva 3241 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑧𝐴 ¬ 𝑧𝑦))
88 rexnal 3185 . . . . . . . . . . . 12 (∃𝑧𝐴 ¬ 𝑧𝑦 ↔ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦)
8988a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧𝐴 ¬ 𝑧𝑦 ↔ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
9087, 89bitrd 271 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
9190ralbidva 3146 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
92 ralnex 3183 . . . . . . . . . 10 (∀𝑦 ∈ ℝ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦)
9392a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
9491, 93bitrd 271 . . . . . . . 8 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
9594adantr 473 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
9682, 95mpbird 249 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧)
97 xnegmnf 12423 . . . . . . . . 9 -𝑒-∞ = +∞
9897eqcomi 2787 . . . . . . . 8 +∞ = -𝑒-∞
9998a1i 11 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → +∞ = -𝑒-∞)
100 simpr 477 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧)
101 ressxr 10486 . . . . . . . . . . . 12 ℝ ⊆ ℝ*
102101a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ℝ ⊆ ℝ*)
10326, 102sstrd 3870 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ*)
104 supxrunb2 12532 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
105103, 104syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
106105adantr 473 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
107100, 106mpbid 224 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
108 renegcl 10752 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑣 ∈ ℝ → -𝑣 ∈ ℝ)
109108adantl 474 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧𝑣 ∈ ℝ) → -𝑣 ∈ ℝ)
110 simpl 475 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧𝑣 ∈ ℝ) → ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧)
111 breq1 4933 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = -𝑣 → (𝑦 < 𝑧 ↔ -𝑣 < 𝑧))
112111rexbidv 3242 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = -𝑣 → (∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧))
113112rspcva 3533 . . . . . . . . . . . . 13 ((-𝑣 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → ∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧)
114109, 110, 113syl2anc 576 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧𝑣 ∈ ℝ) → ∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧)
115114adantll 701 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → ∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧)
116 negeq 10680 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑥 = -𝑧 → -𝑥 = --𝑧)
117116eleq1d 2850 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 = -𝑧 → (-𝑥𝐴 ↔ --𝑧𝐴))
11884renegcld 10870 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑧𝐴) → -𝑧 ∈ ℝ)
119118ad4ant13 738 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 ∈ ℝ)
12084recnd 10470 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑧𝐴) → 𝑧 ∈ ℂ)
121120negnegd 10791 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑧𝐴) → --𝑧 = 𝑧)
122 simpr 477 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑧𝐴) → 𝑧𝐴)
123121, 122eqeltrd 2866 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑧𝐴) → --𝑧𝐴)
124123ad4ant13 738 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → --𝑧𝐴)
125117, 119, 124elrabd 3598 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴})
126 simpr 477 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑣 < 𝑧)
127108ad3antlr 718 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑣 ∈ ℝ)
12884ad4ant13 738 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → 𝑧 ∈ ℝ)
129127, 128ltnegd 11021 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → (-𝑣 < 𝑧 ↔ -𝑧 < --𝑣))
130126, 129mpbid 224 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 < --𝑣)
131 simpllr 763 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → 𝑣 ∈ ℝ)
132 recn 10427 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑣 ∈ ℝ → 𝑣 ∈ ℂ)
133 negneg 10739 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑣 ∈ ℂ → --𝑣 = 𝑣)
134131, 132, 1333syl 18 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → --𝑣 = 𝑣)
135130, 134breqtrd 4956 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 < 𝑣)
136 breq1 4933 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 = -𝑧 → (𝑤 < 𝑣 ↔ -𝑧 < 𝑣))
137136rspcev 3535 . . . . . . . . . . . . . 14 ((-𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ∧ -𝑧 < 𝑣) → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣)
138125, 135, 137syl2anc 576 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣)
139138rexlimdva2 3232 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑣 ∈ ℝ) → (∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧 → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣))
140139adantlr 702 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → (∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧 → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣))
141115, 140mpd 15 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣)
142141ralrimiva 3132 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → ∀𝑣 ∈ ℝ ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣)
14332, 101sstri 3869 . . . . . . . . . 10 {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ*
144 infxrunb2 41066 . . . . . . . . . 10 ({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ* → (∀𝑣 ∈ ℝ ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣 ↔ inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -∞))
145143, 144ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (∀𝑣 ∈ ℝ ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣 ↔ inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
146142, 145sylib 210 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
147146xnegeqd 41143 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -𝑒-∞)
14899, 107, 1473eqtr4d 2824 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
14996, 148syldan 582 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
150149adantlr 702 . . . 4 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
15181, 150pm2.61dan 800 . . 3 ((𝜑𝐴 ≠ ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
15225, 151sylan2 583 . 2 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐴 = ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
15324, 152pm2.61dan 800 1 (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 198  wa 387  w3a 1068   = wceq 1507  wcel 2050  wne 2967  wral 3088  wrex 3089  {crab 3092  wss 3831  c0 4180   class class class wbr 4930  supcsup 8701  infcinf 8702  cc 10335  cr 10336  +∞cpnf 10473  -∞cmnf 10474  *cxr 10475   < clt 10476  cle 10477  -cneg 10673  -𝑒cxne 12324
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1758  ax-4 1772  ax-5 1869  ax-6 1928  ax-7 1965  ax-8 2052  ax-9 2059  ax-10 2079  ax-11 2093  ax-12 2106  ax-13 2301  ax-ext 2750  ax-sep 5061  ax-nul 5068  ax-pow 5120  ax-pr 5187  ax-un 7281  ax-cnex 10393  ax-resscn 10394  ax-1cn 10395  ax-icn 10396  ax-addcl 10397  ax-addrcl 10398  ax-mulcl 10399  ax-mulrcl 10400  ax-mulcom 10401  ax-addass 10402  ax-mulass 10403  ax-distr 10404  ax-i2m1 10405  ax-1ne0 10406  ax-1rid 10407  ax-rnegex 10408  ax-rrecex 10409  ax-cnre 10410  ax-pre-lttri 10411  ax-pre-lttrn 10412  ax-pre-ltadd 10413  ax-pre-mulgt0 10414  ax-pre-sup 10415
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 388  df-or 834  df-3or 1069  df-3an 1070  df-tru 1510  df-ex 1743  df-nf 1747  df-sb 2016  df-mo 2547  df-eu 2583  df-clab 2759  df-cleq 2771  df-clel 2846  df-nfc 2918  df-ne 2968  df-nel 3074  df-ral 3093  df-rex 3094  df-reu 3095  df-rmo 3096  df-rab 3097  df-v 3417  df-sbc 3684  df-csb 3789  df-dif 3834  df-un 3836  df-in 3838  df-ss 3845  df-nul 4181  df-if 4352  df-pw 4425  df-sn 4443  df-pr 4445  df-op 4449  df-uni 4714  df-br 4931  df-opab 4993  df-mpt 5010  df-id 5313  df-po 5327  df-so 5328  df-xp 5414  df-rel 5415  df-cnv 5416  df-co 5417  df-dm 5418  df-rn 5419  df-res 5420  df-ima 5421  df-iota 6154  df-fun 6192  df-fn 6193  df-f 6194  df-f1 6195  df-fo 6196  df-f1o 6197  df-fv 6198  df-isom 6199  df-riota 6939  df-ov 6981  df-oprab 6982  df-mpo 6983  df-er 8091  df-en 8309  df-dom 8310  df-sdom 8311  df-sup 8703  df-inf 8704  df-pnf 10478  df-mnf 10479  df-xr 10480  df-ltxr 10481  df-le 10482  df-sub 10674  df-neg 10675  df-xneg 12327
This theorem is referenced by:  supminfxr2  41177
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