Theorem zmin 12910

Description: There is a unique smallest integer greater than or equal to a given real number. (Contributed by NM, 12-Nov-2004.) (Revised by Mario Carneiro, 13-Jun-2014.)

Assertion

Ref	Expression
zmin	⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ∃!𝑥 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦)))

Distinct variable group:   𝑥,𝑦,𝐴

Proof of Theorem zmin

Dummy variables 𝑛 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nnssz 12558	. . . . . 6 ⊢ ℕ ⊆ ℤ
2		arch 12446	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ∃𝑧 ∈ ℕ 𝐴 < 𝑧)
3		ssrexv 4019	. . . . . 6 ⊢ (ℕ ⊆ ℤ → (∃𝑧 ∈ ℕ 𝐴 < 𝑧 → ∃𝑧 ∈ ℤ 𝐴 < 𝑧))
4	1, 2, 3	mpsyl 68	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ∃𝑧 ∈ ℤ 𝐴 < 𝑧)
5		zre 12540	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 ∈ ℤ → 𝑧 ∈ ℝ)
6		ltle 11269	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℝ) → (𝐴 < 𝑧 → 𝐴 ≤ 𝑧))
7	5, 6	sylan2 593	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑧 ∈ ℤ) → (𝐴 < 𝑧 → 𝐴 ≤ 𝑧))
8	7	reximdva 3147	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (∃𝑧 ∈ ℤ 𝐴 < 𝑧 → ∃𝑧 ∈ ℤ 𝐴 ≤ 𝑧))
9	4, 8	mpd 15	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ∃𝑧 ∈ ℤ 𝐴 ≤ 𝑧)
10		rabn0 4355	. . . 4 ⊢ ({𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ≠ ∅ ↔ ∃𝑧 ∈ ℤ 𝐴 ≤ 𝑧)
11	9, 10	sylibr 234	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ≠ ∅)
12		breq2 5114	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 𝑛 → (𝐴 ≤ 𝑧 ↔ 𝐴 ≤ 𝑛))
13	12	cbvrabv 3419	. . . . 5 ⊢ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} = {𝑛 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑛}
14	13	eqimssi 4010	. . . 4 ⊢ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ⊆ {𝑛 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑛}
15		uzwo3 12909	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ ({𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ⊆ {𝑛 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑛} ∧ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ≠ ∅)) → ∃!𝑥 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}∀𝑦 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}𝑥 ≤ 𝑦)
16	14, 15	mpanr1 703	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ≠ ∅) → ∃!𝑥 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}∀𝑦 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}𝑥 ≤ 𝑦)
17	11, 16	mpdan 687	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ∃!𝑥 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}∀𝑦 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}𝑥 ≤ 𝑦)
18		breq2 5114	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝑥 → (𝐴 ≤ 𝑧 ↔ 𝐴 ≤ 𝑥))
19	18	elrab 3662	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ↔ (𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝐴 ≤ 𝑥))
20		breq2 5114	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝑦 → (𝐴 ≤ 𝑧 ↔ 𝐴 ≤ 𝑦))
21	20	ralrab 3668	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑦 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}𝑥 ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦))
22	19, 21	anbi12i 628	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}𝑥 ≤ 𝑦) ↔ ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝐴 ≤ 𝑥) ∧ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦)))
23		anass 468	. . . . 5 ⊢ (((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝐴 ≤ 𝑥) ∧ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦)) ↔ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (𝐴 ≤ 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦))))
24	22, 23	bitri 275	. . . 4 ⊢ ((𝑥 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}𝑥 ≤ 𝑦) ↔ (𝑥 ∈ ℤ ∧ (𝐴 ≤ 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦))))
25	24	eubii 2579	. . 3 ⊢ (∃!𝑥(𝑥 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}𝑥 ≤ 𝑦) ↔ ∃!𝑥(𝑥 ∈ ℤ ∧ (𝐴 ≤ 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦))))
26		df-reu 3357	. . 3 ⊢ (∃!𝑥 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}∀𝑦 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}𝑥 ≤ 𝑦 ↔ ∃!𝑥(𝑥 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧} ∧ ∀𝑦 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}𝑥 ≤ 𝑦))
27		df-reu 3357	. . 3 ⊢ (∃!𝑥 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦)) ↔ ∃!𝑥(𝑥 ∈ ℤ ∧ (𝐴 ≤ 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦))))
28	25, 26, 27	3bitr4i 303	. 2 ⊢ (∃!𝑥 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}∀𝑦 ∈ {𝑧 ∈ ℤ ∣ 𝐴 ≤ 𝑧}𝑥 ≤ 𝑦 ↔ ∃!𝑥 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦)))
29	17, 28	sylib 218	1 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → ∃!𝑥 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ ℤ (𝐴 ≤ 𝑦 → 𝑥 ≤ 𝑦)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   ∈ wcel 2109  ∃!weu 2562   ≠ wne 2926  ∀wral 3045  ∃wrex 3054  ∃!wreu 3354  {crab 3408   ⊆ wss 3917  ∅c0 4299   class class class wbr 5110  ℝcr 11074   < clt 11215   ≤ cle 11216  ℕcn 12193  ℤcz 12536

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2702  ax-sep 5254  ax-nul 5264  ax-pow 5323  ax-pr 5390  ax-un 7714  ax-cnex 11131  ax-resscn 11132  ax-1cn 11133  ax-icn 11134  ax-addcl 11135  ax-addrcl 11136  ax-mulcl 11137  ax-mulrcl 11138  ax-mulcom 11139  ax-addass 11140  ax-mulass 11141  ax-distr 11142  ax-i2m1 11143  ax-1ne0 11144  ax-1rid 11145  ax-rnegex 11146  ax-rrecex 11147  ax-cnre 11148  ax-pre-lttri 11149  ax-pre-lttrn 11150  ax-pre-ltadd 11151  ax-pre-mulgt0 11152  ax-pre-sup 11153

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2709  df-cleq 2722  df-clel 2804  df-nfc 2879  df-ne 2927  df-nel 3031  df-ral 3046  df-rex 3055  df-rmo 3356  df-reu 3357  df-rab 3409  df-v 3452  df-sbc 3757  df-csb 3866  df-dif 3920  df-un 3922  df-in 3924  df-ss 3934  df-pss 3937  df-nul 4300  df-if 4492  df-pw 4568  df-sn 4593  df-pr 4595  df-op 4599  df-uni 4875  df-iun 4960  df-br 5111  df-opab 5173  df-mpt 5192  df-tr 5218  df-id 5536  df-eprel 5541  df-po 5549  df-so 5550  df-fr 5594  df-we 5596  df-xp 5647  df-rel 5648  df-cnv 5649  df-co 5650  df-dm 5651  df-rn 5652  df-res 5653  df-ima 5654  df-pred 6277  df-ord 6338  df-on 6339  df-lim 6340  df-suc 6341  df-iota 6467  df-fun 6516  df-fn 6517  df-f 6518  df-f1 6519  df-fo 6520  df-f1o 6521  df-fv 6522  df-riota 7347  df-ov 7393  df-oprab 7394  df-mpo 7395  df-om 7846  df-2nd 7972  df-frecs 8263  df-wrecs 8294  df-recs 8343  df-rdg 8381  df-er 8674  df-en 8922  df-dom 8923  df-sdom 8924  df-sup 9400  df-inf 9401  df-pnf 11217  df-mnf 11218  df-xr 11219  df-ltxr 11220  df-le 11221  df-sub 11414  df-neg 11415  df-nn 12194  df-n0 12450  df-z 12537  df-uz 12801

This theorem is referenced by:  zmax  12911  zbtwnre  12912