Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  upbdrech Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem upbdrech 42517
Description: Choice of an upper bound for a nonempty bunded set (image set version). (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019.)
Hypotheses
Ref Expression
upbdrech.a (𝜑𝐴 ≠ ∅)
upbdrech.b ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
upbdrech.bd (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦)
upbdrech.c 𝐶 = sup({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}, ℝ, < )
Assertion
Ref Expression
upbdrech (𝜑 → (𝐶 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝐶))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴,𝑦,𝑧   𝑦,𝐵,𝑧   𝜑,𝑥,𝑦
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑧)   𝐵(𝑥)   𝐶(𝑥,𝑦,𝑧)

Proof of Theorem upbdrech
Dummy variable 𝑤 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 upbdrech.c . . 3 𝐶 = sup({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}, ℝ, < )
2 upbdrech.b . . . . . 6 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
32ralrimiva 3105 . . . . 5 (𝜑 → ∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ)
4 nfra1 3140 . . . . . . 7 𝑥𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ
5 nfv 1922 . . . . . . 7 𝑥 𝑧 ∈ ℝ
6 simp3 1140 . . . . . . . . 9 ((∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑥𝐴𝑧 = 𝐵) → 𝑧 = 𝐵)
7 rspa 3128 . . . . . . . . . 10 ((∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
873adant3 1134 . . . . . . . . 9 ((∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑥𝐴𝑧 = 𝐵) → 𝐵 ∈ ℝ)
96, 8eqeltrd 2838 . . . . . . . 8 ((∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑥𝐴𝑧 = 𝐵) → 𝑧 ∈ ℝ)
1093exp 1121 . . . . . . 7 (∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ → (𝑥𝐴 → (𝑧 = 𝐵𝑧 ∈ ℝ)))
114, 5, 10rexlimd 3236 . . . . . 6 (∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ → (∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵𝑧 ∈ ℝ))
1211abssdv 3982 . . . . 5 (∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ → {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ⊆ ℝ)
133, 12syl 17 . . . 4 (𝜑 → {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ⊆ ℝ)
14 upbdrech.a . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ≠ ∅)
15 eqidd 2738 . . . . . . . 8 (𝑥𝐴𝐵 = 𝐵)
1615rgen 3071 . . . . . . 7 𝑥𝐴 𝐵 = 𝐵
17 r19.2z 4406 . . . . . . 7 ((𝐴 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵 = 𝐵) → ∃𝑥𝐴 𝐵 = 𝐵)
1814, 16, 17sylancl 589 . . . . . 6 (𝜑 → ∃𝑥𝐴 𝐵 = 𝐵)
19 nfv 1922 . . . . . . 7 𝑥𝜑
20 nfre1 3225 . . . . . . . 8 𝑥𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵
2120nfex 2323 . . . . . . 7 𝑥𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵
22 simpr 488 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝑥𝐴)
23 elex 3426 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐵 ∈ ℝ → 𝐵 ∈ V)
242, 23syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ V)
25 isset 3421 . . . . . . . . . . . 12 (𝐵 ∈ V ↔ ∃𝑧 𝑧 = 𝐵)
2624, 25sylib 221 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑥𝐴) → ∃𝑧 𝑧 = 𝐵)
27 rspe 3223 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥𝐴 ∧ ∃𝑧 𝑧 = 𝐵) → ∃𝑥𝐴𝑧 𝑧 = 𝐵)
2822, 26, 27syl2anc 587 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑥𝐴) → ∃𝑥𝐴𝑧 𝑧 = 𝐵)
29 rexcom4 3172 . . . . . . . . . 10 (∃𝑥𝐴𝑧 𝑧 = 𝐵 ↔ ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)
3028, 29sylib 221 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥𝐴) → ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)
31303adant3 1134 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥𝐴𝐵 = 𝐵) → ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)
32313exp 1121 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑥𝐴 → (𝐵 = 𝐵 → ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)))
3319, 21, 32rexlimd 3236 . . . . . 6 (𝜑 → (∃𝑥𝐴 𝐵 = 𝐵 → ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵))
3418, 33mpd 15 . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)
35 abn0 4295 . . . . 5 ({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ≠ ∅ ↔ ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)
3634, 35sylibr 237 . . . 4 (𝜑 → {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ≠ ∅)
37 upbdrech.bd . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦)
38 vex 3412 . . . . . . . . . . . . 13 𝑤 ∈ V
39 eqeq1 2741 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑧 = 𝑤 → (𝑧 = 𝐵𝑤 = 𝐵))
4039rexbidv 3216 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 = 𝑤 → (∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵 ↔ ∃𝑥𝐴 𝑤 = 𝐵))
4138, 40elab 3587 . . . . . . . . . . . 12 (𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ↔ ∃𝑥𝐴 𝑤 = 𝐵)
4241biimpi 219 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} → ∃𝑥𝐴 𝑤 = 𝐵)
4342adantl 485 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}) → ∃𝑥𝐴 𝑤 = 𝐵)
44 nfra1 3140 . . . . . . . . . . . . 13 𝑥𝑥𝐴 𝐵𝑦
4519, 44nfan 1907 . . . . . . . . . . . 12 𝑥(𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦)
4620nfsab 2727 . . . . . . . . . . . 12 𝑥 𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}
4745, 46nfan 1907 . . . . . . . . . . 11 𝑥((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵})
48 nfv 1922 . . . . . . . . . . 11 𝑥 𝑤𝑦
49 simp3 1140 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑥𝐴𝑤 = 𝐵) → 𝑤 = 𝐵)
50 simp1r 1200 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑥𝐴𝑤 = 𝐵) → ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦)
51 simp2 1139 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑥𝐴𝑤 = 𝐵) → 𝑥𝐴)
52 rspa 3128 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((∀𝑥𝐴 𝐵𝑦𝑥𝐴) → 𝐵𝑦)
5350, 51, 52syl2anc 587 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑥𝐴𝑤 = 𝐵) → 𝐵𝑦)
5449, 53eqbrtrd 5075 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑥𝐴𝑤 = 𝐵) → 𝑤𝑦)
55543exp 1121 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) → (𝑥𝐴 → (𝑤 = 𝐵𝑤𝑦)))
5655adantr 484 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}) → (𝑥𝐴 → (𝑤 = 𝐵𝑤𝑦)))
5747, 48, 56rexlimd 3236 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}) → (∃𝑥𝐴 𝑤 = 𝐵𝑤𝑦))
5843, 57mpd 15 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}) → 𝑤𝑦)
5958ralrimiva 3105 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) → ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦)
60593adant2 1133 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) → ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦)
61603exp 1121 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑦 ∈ ℝ → (∀𝑥𝐴 𝐵𝑦 → ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦)))
6261reximdvai 3191 . . . . 5 (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦))
6337, 62mpd 15 . . . 4 (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦)
64 suprcl 11792 . . . 4 (({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ⊆ ℝ ∧ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦) → sup({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
6513, 36, 63, 64syl3anc 1373 . . 3 (𝜑 → sup({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
661, 65eqeltrid 2842 . 2 (𝜑𝐶 ∈ ℝ)
6713adantr 484 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝐴) → {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ⊆ ℝ)
6830, 35sylibr 237 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝐴) → {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ≠ ∅)
6963adantr 484 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝐴) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦)
70 elabrexg 42262 . . . . . 6 ((𝑥𝐴𝐵 ∈ ℝ) → 𝐵 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵})
7122, 2, 70syl2anc 587 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵})
72 suprub 11793 . . . . 5 ((({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ⊆ ℝ ∧ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦) ∧ 𝐵 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}) → 𝐵 ≤ sup({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}, ℝ, < ))
7367, 68, 69, 71, 72syl31anc 1375 . . . 4 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵 ≤ sup({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}, ℝ, < ))
7473, 1breqtrrdi 5095 . . 3 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵𝐶)
7574ralrimiva 3105 . 2 (𝜑 → ∀𝑥𝐴 𝐵𝐶)
7666, 75jca 515 1 (𝜑 → (𝐶 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝐶))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 399  w3a 1089   = wceq 1543  wex 1787  wcel 2110  {cab 2714  wne 2940  wral 3061  wrex 3062  Vcvv 3408  wss 3866  c0 4237   class class class wbr 5053  supcsup 9056  cr 10728   < clt 10867  cle 10868
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1976  ax-7 2016  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2708  ax-sep 5192  ax-nul 5199  ax-pow 5258  ax-pr 5322  ax-un 7523  ax-resscn 10786  ax-1cn 10787  ax-icn 10788  ax-addcl 10789  ax-addrcl 10790  ax-mulcl 10791  ax-mulrcl 10792  ax-mulcom 10793  ax-addass 10794  ax-mulass 10795  ax-distr 10796  ax-i2m1 10797  ax-1ne0 10798  ax-1rid 10799  ax-rnegex 10800  ax-rrecex 10801  ax-cnre 10802  ax-pre-lttri 10803  ax-pre-lttrn 10804  ax-pre-ltadd 10805  ax-pre-mulgt0 10806  ax-pre-sup 10807
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 848  df-3or 1090  df-3an 1091  df-tru 1546  df-fal 1556  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2071  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2886  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3410  df-sbc 3695  df-csb 3812  df-dif 3869  df-un 3871  df-in 3873  df-ss 3883  df-nul 4238  df-if 4440  df-pw 4515  df-sn 4542  df-pr 4544  df-op 4548  df-uni 4820  df-br 5054  df-opab 5116  df-mpt 5136  df-id 5455  df-po 5468  df-so 5469  df-xp 5557  df-rel 5558  df-cnv 5559  df-co 5560  df-dm 5561  df-rn 5562  df-res 5563  df-ima 5564  df-iota 6338  df-fun 6382  df-fn 6383  df-f 6384  df-f1 6385  df-fo 6386  df-f1o 6387  df-fv 6388  df-riota 7170  df-ov 7216  df-oprab 7217  df-mpo 7218  df-er 8391  df-en 8627  df-dom 8628  df-sdom 8629  df-sup 9058  df-pnf 10869  df-mnf 10870  df-xr 10871  df-ltxr 10872  df-le 10873  df-sub 11064  df-neg 11065
This theorem is referenced by:  upbdrech2  42520
  Copyright terms: Public domain W3C validator