Theorem supsr 11121

Description: A nonempty, bounded set of signed reals has a supremum. (Contributed by NM, 21-May-1996.) (Revised by Mario Carneiro, 15-Jun-2013.) (New usage is discouraged.)

Assertion

Ref	Expression
supsr	⊢ ((𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥) → ∃𝑥 ∈ R (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <R 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ R (𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑧)))

Distinct variable group:   𝑥,𝑦,𝑧,𝐴

Proof of Theorem supsr

Dummy variables 𝑤 𝑣 𝑢 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		n0 4300	. . 3 ⊢ (𝐴 ≠ ∅ ↔ ∃𝑢 𝑢 ∈ 𝐴)
2		ltrelsr 11077	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ <R ⊆ (R × R)
3	2	brel 5720	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑦 <R 𝑥 → (𝑦 ∈ R ∧ 𝑥 ∈ R))
4	3	simpld 500	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑦 <R 𝑥 → 𝑦 ∈ R)
5	4	ralimi 3099	. . . . . . . . . 10 ⊢ (∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥 → ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ∈ R)
6		dfss3 3920	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ⊆ R ↔ ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 ∈ R)
7	5, 6	sylibr 237	. . . . . . . . 9 ⊢ (∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥 → 𝐴 ⊆ R)
8	7	sseld 3930	. . . . . . . 8 ⊢ (∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥 → (𝑢 ∈ 𝐴 → 𝑢 ∈ R))
9	8	rexlimivw 3159	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥 → (𝑢 ∈ 𝐴 → 𝑢 ∈ R))
10	9	impcom 413	. . . . . 6 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝐴 ∧ ∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥) → 𝑢 ∈ R)
11		eleq1 2848	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑢 = if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) → (𝑢 ∈ 𝐴 ↔ if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) ∈ 𝐴))
12	11	anbi1d 643	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑢 = if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) → ((𝑢 ∈ 𝐴 ∧ ∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥) ↔ (if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) ∈ 𝐴 ∧ ∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥)))
13	12	imbi1d 344	. . . . . . 7 ⊢ (𝑢 = if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) → (((𝑢 ∈ 𝐴 ∧ ∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥) → ∃𝑥 ∈ R (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <R 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ R (𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑧))) ↔ ((if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) ∈ 𝐴 ∧ ∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥) → ∃𝑥 ∈ R (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <R 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ R (𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑧)))))
14		opeq1 4833	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑣 = 𝑤 → ⟨𝑣, 1P⟩ = ⟨𝑤, 1P⟩)
15	14	eceq1d 8737	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑣 = 𝑤 → [⟨𝑣, 1P⟩] ~R = [⟨𝑤, 1P⟩] ~R )
16	15	oveq2d 7429	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑣 = 𝑤 → (if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) +R [⟨𝑣, 1P⟩] ~R ) = (if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) +R [⟨𝑤, 1P⟩] ~R ))
17	16	eleq1d 2845	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑣 = 𝑤 → ((if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) +R [⟨𝑣, 1P⟩] ~R ) ∈ 𝐴 ↔ (if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) +R [⟨𝑤, 1P⟩] ~R ) ∈ 𝐴))
18	17	cbvabv 2830	. . . . . . . 8 ⊢ {𝑣 ∣ (if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) +R [⟨𝑣, 1P⟩] ~R ) ∈ 𝐴} = {𝑤 ∣ (if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) +R [⟨𝑤, 1P⟩] ~R ) ∈ 𝐴}
19		1sr 11090	. . . . . . . . 9 ⊢ 1R ∈ R
20	19	elimel 4552	. . . . . . . 8 ⊢ if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) ∈ R
21	18, 20	supsrlem 11120	. . . . . . 7 ⊢ ((if(𝑢 ∈ R, 𝑢, 1R) ∈ 𝐴 ∧ ∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥) → ∃𝑥 ∈ R (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <R 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ R (𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑧)))
22	13, 21	dedth 4541	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 ∈ R → ((𝑢 ∈ 𝐴 ∧ ∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥) → ∃𝑥 ∈ R (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <R 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ R (𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑧))))
23	10, 22	mpcom 39	. . . . 5 ⊢ ((𝑢 ∈ 𝐴 ∧ ∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥) → ∃𝑥 ∈ R (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <R 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ R (𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑧)))
24	23	ex 418	. . . 4 ⊢ (𝑢 ∈ 𝐴 → (∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑥 ∈ R (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <R 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ R (𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑧))))
25	24	exlimiv 1963	. . 3 ⊢ (∃𝑢 𝑢 ∈ 𝐴 → (∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑥 ∈ R (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <R 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ R (𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑧))))
26	1, 25	sylbi 220	. 2 ⊢ (𝐴 ≠ ∅ → (∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑥 ∈ R (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <R 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ R (𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑧))))
27	26	imp 412	1 ⊢ ((𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ R ∀𝑦 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑥) → ∃𝑥 ∈ R (∀𝑦 ∈ 𝐴 ¬ 𝑥 <R 𝑦 ∧ ∀𝑦 ∈ R (𝑦 <R 𝑥 → ∃𝑧 ∈ 𝐴 𝑦 <R 𝑧)))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570  ∃wex 1812   ∈ wcel 2145  {cab 2738   ≠ wne 2955  ∀wral 3076  ∃wrex 3086   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279  ifcif 4482  ⟨cop 4590   class class class wbr 5103  (class class class)co 7413  [cec 8694  1_Pc1p 10869   ~_R cer 10873  Rcnr 10874  1_Rc1r 10876   +_R cplr 10878   <_R cltr 10880

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 2732  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7736  ax-inf2 9620

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 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6299  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-om 7863  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-oadd 8459  df-omul 8460  df-er 8696  df-ec 8698  df-qs 8702  df-ni 10881  df-pli 10882  df-mi 10883  df-lti 10884  df-plpq 10917  df-mpq 10918  df-ltpq 10919  df-enq 10920  df-nq 10921  df-erq 10922  df-plq 10923  df-mq 10924  df-1nq 10925  df-rq 10926  df-ltnq 10927  df-np 10990  df-1p 10991  df-plp 10992  df-mp 10993  df-ltp 10994  df-enr 11064  df-nr 11065  df-plr 11066  df-mr 11067  df-ltr 11068  df-0r 11069  df-1r 11070  df-m1r 11071

This theorem is used by:  axpre-sup  11178