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

Theorem supxrun 13416
Description: The supremum of the union of two sets of extended reals equals the largest of their suprema. (Contributed by NM, 19-Jan-2006.)
Assertion
Ref Expression
supxrun ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → sup((𝐴 ∪ 𝐵), ℝ*, < ) = sup(𝐵, ℝ*, < ))

Proof of Theorem supxrun
Dummy variables 𝑥 𝑦 𝑧 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 unss 4135 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ*) ↔ (𝐴 ∪ 𝐵) ⊆ ℝ*)
21biimpi 219 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ*) → (𝐴 ∪ 𝐵) ⊆ ℝ*)
323adant3 1150 . 2 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → (𝐴 ∪ 𝐵) ⊆ ℝ*)
4 supxrcl 13415 . . 3 (𝐵 ⊆ ℝ* → sup(𝐵, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
543ad2ant2 1152 . 2 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → sup(𝐵, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
6 elun 4099 . . . 4 (𝑥 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵) ↔ (𝑥 ∈ 𝐴 ∨ 𝑥 ∈ 𝐵))
7 xrltso 13240 . . . . . . . . 9 < Or ℝ*
87a1i 11 . . . . . . . 8 (𝐴 ⊆ ℝ* → < Or ℝ*)
9 xrsupss 13409 . . . . . . . 8 (𝐴 ⊆ ℝ* → ∃𝑦 ∈ ℝ* (∀𝑧 ∈ 𝐴 ¬ 𝑦 < 𝑧 ∧ ∀𝑧 ∈ ℝ* (𝑧 < 𝑦 → ∃𝑤 ∈ 𝐴 𝑧 < 𝑤)))
108, 9supub 9429 . . . . . . 7 (𝐴 ⊆ ℝ* → (𝑥 ∈ 𝐴 → ¬ sup(𝐴, ℝ*, < ) < 𝑥))
11103ad2ant1 1151 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → (𝑥 ∈ 𝐴 → ¬ sup(𝐴, ℝ*, < ) < 𝑥))
12 supxrcl 13415 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ⊆ ℝ* → sup(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
1312ad2antrr 739 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ*) ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → sup(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
144ad2antlr 740 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ*) ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → sup(𝐵, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
15 ssel2 3925 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ*)
1615adantlr 728 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ*) ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → 𝑥 ∈ ℝ*)
17 xrlelttr 13255 . . . . . . . . . . . 12 ((sup(𝐴, ℝ*, < ) ∈ ℝ* ∧ sup(𝐵, ℝ*, < ) ∈ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ*) → ((sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < ) ∧ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥) → sup(𝐴, ℝ*, < ) < 𝑥))
1813, 14, 16, 17syl3anc 1398 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ*) ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) → ((sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < ) ∧ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥) → sup(𝐴, ℝ*, < ) < 𝑥))
1918expdimp 458 . . . . . . . . . 10 ((((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ*) ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → (sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥 → sup(𝐴, ℝ*, < ) < 𝑥))
2019con3d 153 . . . . . . . . 9 ((((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ*) ∧ 𝑥 ∈ 𝐴) ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → (¬ sup(𝐴, ℝ*, < ) < 𝑥 → ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥))
2120exp41 440 . . . . . . . 8 (𝐴 ⊆ ℝ* → (𝐵 ⊆ ℝ* → (𝑥 ∈ 𝐴 → (sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < ) → (¬ sup(𝐴, ℝ*, < ) < 𝑥 → ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥)))))
2221com34 92 . . . . . . 7 (𝐴 ⊆ ℝ* → (𝐵 ⊆ ℝ* → (sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < ) → (𝑥 ∈ 𝐴 → (¬ sup(𝐴, ℝ*, < ) < 𝑥 → ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥)))))
23223imp 1128 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → (𝑥 ∈ 𝐴 → (¬ sup(𝐴, ℝ*, < ) < 𝑥 → ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥)))
2411, 23mpdd 44 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → (𝑥 ∈ 𝐴 → ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥))
257a1i 11 . . . . . . 7 (𝐵 ⊆ ℝ* → < Or ℝ*)
26 xrsupss 13409 . . . . . . 7 (𝐵 ⊆ ℝ* → ∃𝑦 ∈ ℝ* (∀𝑧 ∈ 𝐵 ¬ 𝑦 < 𝑧 ∧ ∀𝑧 ∈ ℝ* (𝑧 < 𝑦 → ∃𝑤 ∈ 𝐵 𝑧 < 𝑤)))
2725, 26supub 9429 . . . . . 6 (𝐵 ⊆ ℝ* → (𝑥 ∈ 𝐵 → ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥))
28273ad2ant2 1152 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → (𝑥 ∈ 𝐵 → ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥))
2924, 28jaod 873 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → ((𝑥 ∈ 𝐴 ∨ 𝑥 ∈ 𝐵) → ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥))
306, 29biimtrid 245 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → (𝑥 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵) → ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥))
3130ralrimiv 3153 . 2 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → ∀𝑥 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵) ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥)
32 rexr 11327 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ℝ*)
33 xrsupss 13409 . . . . . . . 8 (𝐵 ⊆ ℝ* → ∃𝑥 ∈ ℝ* (∀𝑧 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 < 𝑧 ∧ ∀𝑧 ∈ ℝ* (𝑧 < 𝑥 → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑧 < 𝑦)))
3425, 33suplub 9430 . . . . . . 7 (𝐵 ⊆ ℝ* → ((𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑥 < sup(𝐵, ℝ*, < )) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑥 < 𝑦))
3532, 34sylani 616 . . . . . 6 (𝐵 ⊆ ℝ* → ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑥 < sup(𝐵, ℝ*, < )) → ∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑥 < 𝑦))
36 elun2 4128 . . . . . . . 8 (𝑦 ∈ 𝐵 → 𝑦 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵))
3736anim1i 627 . . . . . . 7 ((𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑥 < 𝑦) → (𝑦 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵) ∧ 𝑥 < 𝑦))
3837reximi2 3095 . . . . . 6 (∃𝑦 ∈ 𝐵 𝑥 < 𝑦 → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵)𝑥 < 𝑦)
3935, 38syl6 36 . . . . 5 (𝐵 ⊆ ℝ* → ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑥 < sup(𝐵, ℝ*, < )) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵)𝑥 < 𝑦))
4039expd 421 . . . 4 (𝐵 ⊆ ℝ* → (𝑥 ∈ ℝ → (𝑥 < sup(𝐵, ℝ*, < ) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵)𝑥 < 𝑦)))
4140ralrimiv 3153 . . 3 (𝐵 ⊆ ℝ* → ∀𝑥 ∈ ℝ (𝑥 < sup(𝐵, ℝ*, < ) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵)𝑥 < 𝑦))
42413ad2ant2 1152 . 2 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → ∀𝑥 ∈ ℝ (𝑥 < sup(𝐵, ℝ*, < ) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵)𝑥 < 𝑦))
43 supxr 13413 . 2 ((((𝐴 ∪ 𝐵) ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐵, ℝ*, < ) ∈ ℝ*) ∧ (∀𝑥 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵) ¬ sup(𝐵, ℝ*, < ) < 𝑥 ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ (𝑥 < sup(𝐵, ℝ*, < ) → ∃𝑦 ∈ (𝐴 ∪ 𝐵)𝑥 < 𝑦))) → sup((𝐴 ∪ 𝐵), ℝ*, < ) = sup(𝐵, ℝ*, < ))
443, 5, 31, 42, 43syl22anc 852 1 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝐵 ⊆ ℝ* ∧ sup(𝐴, ℝ*, < ) ≤ sup(𝐵, ℝ*, < )) → sup((𝐴 ∪ 𝐵), ℝ*, < ) = sup(𝐵, ℝ*, < ))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   ∨ wo 861   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3076  ∃wrex 3086   ∪ cun 3896   ⊆ wss 3898   class class class wbr 5102   Or wor 5554  supcsup 9410  ℝcr 11171  ℝ*cxr 11314   < clt 11315   ≤ cle 11316
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 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7734  ax-cnex 11228  ax-resscn 11229  ax-1cn 11230  ax-icn 11231  ax-addcl 11232  ax-addrcl 11233  ax-mulcl 11234  ax-mulrcl 11235  ax-mulcom 11236  ax-addass 11237  ax-mulass 11238  ax-distr 11239  ax-i2m1 11240  ax-1ne0 11241  ax-1rid 11242  ax-rnegex 11243  ax-rrecex 11244  ax-cnre 11245  ax-pre-lttri 11246  ax-pre-lttrn 11247  ax-pre-ltadd 11248  ax-pre-mulgt0 11249  ax-pre-sup 11250
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-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-dif 3901  df-un 3903  df-in 3905  df-ss 3915  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4584  df-pr 4586  df-op 4590  df-uni 4867  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-id 5542  df-po 5555  df-so 5556  df-xp 5653  df-rel 5654  df-cnv 5655  df-co 5656  df-dm 5657  df-rn 5658  df-res 5659  df-ima 5660  df-iota 6483  df-fun 6529  df-fn 6530  df-f 6531  df-f1 6532  df-fo 6533  df-f1o 6534  df-fv 6535  df-riota 7365  df-ov 7411  df-oprab 7412  df-mpo 7413  df-er 8695  df-en 8952  df-dom 8953  df-sdom 8954  df-sup 9412  df-pnf 11317  df-mnf 11318  df-xr 11319  df-ltxr 11320  df-le 11321  df-sub 11515  df-neg 11516
This theorem is used by:  supxrmnf  13417  xpsdsval  24662
  Copyright terms: Public domain W3C validator