Theorem supxrunb3 46625

Description: The supremum of an unbounded-above set of extended reals is plus infinity. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)

Assertion

Ref	Expression
supxrunb3	⊢ (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))

Distinct variable group:   𝑥,𝐴,𝑦

Proof of Theorem supxrunb3

Dummy variable 𝑤 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		peano2re 11513	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ → (𝑤 + 1) ∈ ℝ)
2	1	adantl 487	. . . . . . . 8 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦 ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → (𝑤 + 1) ∈ ℝ)
3		simpl 488	. . . . . . . 8 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦 ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦)
4		breq1 5109	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = (𝑤 + 1) → (𝑥 ≤ 𝑦 ↔ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦))
5	4	rexbidv 3190	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = (𝑤 + 1) → (∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐴 (𝑤 + 1) ≤ 𝑦))
6	5	rspcva 3578	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑤 + 1) ∈ ℝ ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → ∃𝑦 ∈ 𝐴 (𝑤 + 1) ≤ 𝑦)
7	2, 3, 6	syl2anc 596	. . . . . . 7 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦 ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → ∃𝑦 ∈ 𝐴 (𝑤 + 1) ≤ 𝑦)
8	7	adantll 727	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → ∃𝑦 ∈ 𝐴 (𝑤 + 1) ≤ 𝑦)
9		nfv 1949	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑦 𝐴 ⊆ ℝ*
10		nfcv 2926	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑦ℝ
11		nfre1 3291	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑦∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦
12	10, 11	nfralw 3313	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑦∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦
13	9, 12	nfan 1934	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑦(𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦)
14		nfv 1949	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑦 𝑤 ∈ ℝ
15	13, 14	nfan 1934	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑦((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ 𝑤 ∈ ℝ)
16		simp1r 1217	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑤 ∈ ℝ)
17		rexr 11385	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ → 𝑤 ∈ ℝ*)
18	16, 17	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑤 ∈ ℝ*)
19	1	rexrd 11389	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑤 ∈ ℝ → (𝑤 + 1) ∈ ℝ*)
20	16, 19	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → (𝑤 + 1) ∈ ℝ*)
21		simp1l 1216	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝐴 ⊆ ℝ*)
22		simp2 1155	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑦 ∈ 𝐴)
23		ssel2 3908	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ*)
24	21, 22, 23	syl2anc 596	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑦 ∈ ℝ*)
25	16	ltp1d 12277	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑤 < (𝑤 + 1))
26		simp3 1156	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → (𝑤 + 1) ≤ 𝑦)
27	18, 20, 24, 25, 26	xrltletrd 13320	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑤 < 𝑦)
28	27	3exp 1137	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → (𝑦 ∈ 𝐴 → ((𝑤 + 1) ≤ 𝑦 → 𝑤 < 𝑦)))
29	28	adantlr 728	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → (𝑦 ∈ 𝐴 → ((𝑤 + 1) ≤ 𝑦 → 𝑤 < 𝑦)))
30	15, 29	reximdai 3268	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → (∃𝑦 ∈ 𝐴 (𝑤 + 1) ≤ 𝑦 → ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦))
31	8, 30	mpd 16	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦)
32	31	ralrimiva 3158	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → ∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦)
33	32	ex 418	. . 3 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦 → ∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦))
34		breq1 5109	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 = 𝑥 → (𝑤 < 𝑦 ↔ 𝑥 < 𝑦))
35	34	rexbidv 3190	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = 𝑥 → (∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦 ↔ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦))
36	35	cbvralvw 3244	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦 ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦)
37	36	biimpi 219	. . . . 5 ⊢ (∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦 → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦)
38		nfv 1949	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑥 𝐴 ⊆ ℝ*
39		nfra1 3290	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑥∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦
40	38, 39	nfan 1934	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑥(𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦)
41		simpll 779	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐴 ⊆ ℝ*)
42		simpr 490	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝑥 ∈ ℝ)
43		rspa 3255	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦)
44	43	adantll 727	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦)
45		rexr 11385	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ℝ*)
46	45	ad3antlr 744	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) ∧ 𝑥 < 𝑦) → 𝑥 ∈ ℝ*)
47	23	adantr 486	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) ∧ 𝑥 < 𝑦) → 𝑦 ∈ ℝ*)
48	47	adantllr 732	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) ∧ 𝑥 < 𝑦) → 𝑦 ∈ ℝ*)
49		simpr 490	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) ∧ 𝑥 < 𝑦) → 𝑥 < 𝑦)
50	46, 48, 49	xrltled 13309	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) ∧ 𝑥 < 𝑦) → 𝑥 ≤ 𝑦)
51	50	ex 418	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦 ∈ 𝐴) → (𝑥 < 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦))
52	51	reximdva 3179	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦 → ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦))
53	52	adantlr 728	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦 → ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦))
54	44, 53	mpd 16	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦)
55		simpr 490	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦) → ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦)
56	41, 42, 54, 55	syl21anc 851	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦)
57	56	ex 418	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦) → (𝑥 ∈ ℝ → ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦))
58	40, 57	ralrimi 3264	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 < 𝑦) → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦)
59	37, 58	sylan2 605	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦) → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦)
60	59	ex 418	. . 3 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦 → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦))
61	33, 60	impbid 215	. 2 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦))
62		supxrunb2 13480	. 2 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑤 < 𝑦 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
63	61, 62	bitrd 282	1 ⊢ (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦 ∈ 𝐴 𝑥 ≤ 𝑦 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  ∀wral 3080  ∃wrex 3090   ⊆ wss 3900   class class class wbr 5106  (class class class)co 7446  supcsup 9462  ℝcr 11229  1c1 11231   + caddc 11233  +∞cpnf 11370  ℝ^*cxr 11372   < clt 11373   ≤ cle 11374

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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7778  ax-cnex 11286  ax-resscn 11287  ax-1cn 11288  ax-icn 11289  ax-addcl 11290  ax-addrcl 11291  ax-mulcl 11292  ax-mulrcl 11293  ax-mulcom 11294  ax-addass 11295  ax-mulass 11296  ax-distr 11297  ax-i2m1 11298  ax-1ne0 11299  ax-1rid 11300  ax-rnegex 11301  ax-rrecex 11302  ax-cnre 11303  ax-pre-lttri 11304  ax-pre-lttrn 11305  ax-pre-ltadd 11306  ax-pre-mulgt0 11307  ax-pre-sup 11308

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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-id 5551  df-po 5564  df-so 5565  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-iota 6515  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-riota 7403  df-ov 7449  df-oprab 7450  df-mpo 7451  df-er 8748  df-en 9005  df-dom 9006  df-sdom 9007  df-sup 9464  df-pnf 11375  df-mnf 11376  df-xr 11377  df-ltxr 11378  df-le 11379  df-sub 11573  df-neg 11574

This theorem is used by:  limsuppnfdlem  46926