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Theorem supminfxr 40109
Description: The extended real suprema of a set of reals is the extended real negative of the extended real infima of that set's image under negation. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022.)
Hypothesis
Ref Expression
supminfxr.1 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
Assertion
Ref Expression
supminfxr (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
Distinct variable group:   𝑥,𝐴
Allowed substitution hint:   𝜑(𝑥)

Proof of Theorem supminfxr
Dummy variables 𝑣 𝑤 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 supeq1 8467 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → sup(𝐴, ℝ*, < ) = sup(∅, ℝ*, < ))
2 xrsup0 12267 . . . . . 6 sup(∅, ℝ*, < ) = -∞
32a1i 11 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → sup(∅, ℝ*, < ) = -∞)
41, 3eqtrd 2758 . . . 4 (𝐴 = ∅ → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -∞)
54adantl 473 . . 3 ((𝜑𝐴 = ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -∞)
6 eleq2 2792 . . . . . . . . . 10 (𝐴 = ∅ → (-𝑥𝐴 ↔ -𝑥 ∈ ∅))
76rabbidv 3293 . . . . . . . . 9 (𝐴 = ∅ → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} = {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅})
8 noel 4027 . . . . . . . . . . . . 13 ¬ -𝑥 ∈ ∅
98a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ → ¬ -𝑥 ∈ ∅)
109rgen 3024 . . . . . . . . . . 11 𝑥 ∈ ℝ ¬ -𝑥 ∈ ∅
11 rabeq0 4065 . . . . . . . . . . 11 ({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅} = ∅ ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ¬ -𝑥 ∈ ∅)
1210, 11mpbir 221 . . . . . . . . . 10 {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅} = ∅
1312a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝐴 = ∅ → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥 ∈ ∅} = ∅)
147, 13eqtrd 2758 . . . . . . . 8 (𝐴 = ∅ → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} = ∅)
1514infeq1d 8499 . . . . . . 7 (𝐴 = ∅ → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = inf(∅, ℝ*, < ))
16 xrinf0 12282 . . . . . . . 8 inf(∅, ℝ*, < ) = +∞
1716a1i 11 . . . . . . 7 (𝐴 = ∅ → inf(∅, ℝ*, < ) = +∞)
1815, 17eqtrd 2758 . . . . . 6 (𝐴 = ∅ → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = +∞)
1918xnegeqd 40079 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -𝑒+∞)
20 xnegpnf 12154 . . . . . 6 -𝑒+∞ = -∞
2120a1i 11 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → -𝑒+∞ = -∞)
2219, 21eqtrd 2758 . . . 4 (𝐴 = ∅ → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
2322adantl 473 . . 3 ((𝜑𝐴 = ∅) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
245, 23eqtr4d 2761 . 2 ((𝜑𝐴 = ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
25 neqne 2904 . . 3 𝐴 = ∅ → 𝐴 ≠ ∅)
26 supminfxr.1 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ)
2726ad2antrr 764 . . . . . 6 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → 𝐴 ⊆ ℝ)
28 simplr 809 . . . . . 6 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → 𝐴 ≠ ∅)
29 simpr 479 . . . . . 6 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦)
30 negn0 10572 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅)
31 ublbneg 11887 . . . . . . . . . 10 (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧)
32 ssrab2 3793 . . . . . . . . . . 11 {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ
33 infrenegsup 11119 . . . . . . . . . . 11 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ ∧ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ))
3432, 33mp3an1 1524 . . . . . . . . . 10 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ))
3530, 31, 34syl2an 495 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ))
36353impa 1100 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ))
37 elrabi 3464 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}} → 𝑦 ∈ ℝ)
3837adantl 473 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}) → 𝑦 ∈ ℝ)
39 ssel2 3704 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
40 negeq 10386 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑤 = 𝑦 → -𝑤 = -𝑦)
4140eleq1d 2788 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 = 𝑦 → (-𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ↔ -𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}))
4241elrab3 3470 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ → (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}} ↔ -𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}))
43 renegcl 10457 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 ∈ ℝ → -𝑦 ∈ ℝ)
44 negeq 10386 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑥 = -𝑦 → -𝑥 = --𝑦)
4544eleq1d 2788 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑥 = -𝑦 → (-𝑥𝐴 ↔ --𝑦𝐴))
4645elrab3 3470 . . . . . . . . . . . . . . 15 (-𝑦 ∈ ℝ → (-𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ↔ --𝑦𝐴))
4743, 46syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ → (-𝑦 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ↔ --𝑦𝐴))
48 recn 10139 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑦 ∈ ℝ → 𝑦 ∈ ℂ)
4948negnegd 10496 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 ∈ ℝ → --𝑦 = 𝑦)
5049eleq1d 2788 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ → (--𝑦𝐴𝑦𝐴))
5142, 47, 503bitrd 294 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ ℝ → (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}} ↔ 𝑦𝐴))
5251adantl 473 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (𝑦 ∈ {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}} ↔ 𝑦𝐴))
5338, 39, 52eqrdav 2723 . . . . . . . . . . 11 (𝐴 ⊆ ℝ → {𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}} = 𝐴)
5453supeq1d 8468 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ⊆ ℝ → sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
55543ad2ant1 1125 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
5655negeqd 10388 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → -sup({𝑤 ∈ ℝ ∣ -𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ))
5736, 56eqtrd 2758 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ))
58 infrecl 11118 . . . . . . . . . . 11 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ ∧ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
5932, 58mp3an1 1524 . . . . . . . . . 10 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
6030, 31, 59syl2an 495 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
61603impa 1100 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
62 suprcl 11096 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ)
63 recn 10139 . . . . . . . . 9 (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℂ)
64 recn 10139 . . . . . . . . 9 (sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ → sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℂ)
65 negcon2 10447 . . . . . . . . 9 ((inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℂ ∧ sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℂ) → (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < )))
6663, 64, 65syl2an 495 . . . . . . . 8 ((inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ ∧ sup(𝐴, ℝ, < ) ∈ ℝ) → (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < )))
6761, 62, 66syl2anc 696 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → (inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -sup(𝐴, ℝ, < ) ↔ sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < )))
6857, 67mpbid 222 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
6927, 28, 29, 68syl3anc 1439 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
70 supxrre 12271 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝐴 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
7127, 28, 29, 70syl3anc 1439 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = sup(𝐴, ℝ, < ))
7232a1i 11 . . . . . . . 8 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ)
7327, 28, 30syl2anc 696 . . . . . . . 8 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅)
7429, 31syl 17 . . . . . . . 8 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧)
75 infxrre 12280 . . . . . . . 8 (({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ ∧ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑦𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
7672, 73, 74, 75syl3anc 1439 . . . . . . 7 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
7776xnegeqd 40079 . . . . . 6 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
7826, 60sylanl1 685 . . . . . . 7 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
7978rexnegd 39750 . . . . . 6 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
8077, 79eqtrd 2758 . . . . 5 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ, < ))
8169, 71, 803eqtr4d 2768 . . . 4 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
82 simpr 479 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦)
83 simplr 809 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ)
8426sselda 3709 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑧𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
8584adantlr 753 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) → 𝑧 ∈ ℝ)
8683, 85ltnled 10297 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) → (𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ 𝑧𝑦))
8786rexbidva 3151 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑧𝐴 ¬ 𝑧𝑦))
88 rexnal 3097 . . . . . . . . . . . 12 (∃𝑧𝐴 ¬ 𝑧𝑦 ↔ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦)
8988a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧𝐴 ¬ 𝑧𝑦 ↔ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
9087, 89bitrd 268 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ) → (∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
9190ralbidva 3087 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∀𝑦 ∈ ℝ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
92 ralnex 3094 . . . . . . . . . 10 (∀𝑦 ∈ ℝ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦)
9392a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ¬ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
9491, 93bitrd 268 . . . . . . . 8 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
9594adantr 472 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦))
9682, 95mpbird 247 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧)
97 xnegmnf 12155 . . . . . . . . 9 -𝑒-∞ = +∞
9897eqcomi 2733 . . . . . . . 8 +∞ = -𝑒-∞
9998a1i 11 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → +∞ = -𝑒-∞)
100 simpr 479 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧)
101 ressxr 10196 . . . . . . . . . . . 12 ℝ ⊆ ℝ*
102101a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ℝ ⊆ ℝ*)
10326, 102sstrd 3719 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 ⊆ ℝ*)
104 supxrunb2 12264 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
105103, 104syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
106105adantr 472 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → (∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
107100, 106mpbid 222 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞)
108 renegcl 10457 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑣 ∈ ℝ → -𝑣 ∈ ℝ)
109108adantl 473 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧𝑣 ∈ ℝ) → -𝑣 ∈ ℝ)
110 simpl 474 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧𝑣 ∈ ℝ) → ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧)
111 breq1 4763 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = -𝑣 → (𝑦 < 𝑧 ↔ -𝑣 < 𝑧))
112111rexbidv 3154 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 = -𝑣 → (∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧 ↔ ∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧))
113112rspcva 3411 . . . . . . . . . . . . 13 ((-𝑣 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → ∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧)
114109, 110, 113syl2anc 696 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧𝑣 ∈ ℝ) → ∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧)
115114adantll 752 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → ∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧)
116 negeq 10386 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑥 = -𝑧 → -𝑥 = --𝑧)
117116eleq1d 2788 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 = -𝑧 → (-𝑥𝐴 ↔ --𝑧𝐴))
11884renegcld 10570 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑧𝐴) → -𝑧 ∈ ℝ)
119118ad4ant13 1183 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 ∈ ℝ)
12084recnd 10181 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑧𝐴) → 𝑧 ∈ ℂ)
121120negnegd 10496 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑧𝐴) → --𝑧 = 𝑧)
122 simpr 479 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑧𝐴) → 𝑧𝐴)
123121, 122eqeltrd 2803 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑧𝐴) → --𝑧𝐴)
124123ad4ant13 1183 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → --𝑧𝐴)
125117, 119, 124elrabd 3471 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴})
126 simpr 479 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑣 < 𝑧)
127108ad3antlr 769 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑣 ∈ ℝ)
12884ad4ant13 1183 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → 𝑧 ∈ ℝ)
129127, 128ltnegd 10718 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → (-𝑣 < 𝑧 ↔ -𝑧 < --𝑣))
130126, 129mpbid 222 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 < --𝑣)
131 simpllr 817 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → 𝑣 ∈ ℝ)
132 recn 10139 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑣 ∈ ℝ → 𝑣 ∈ ℂ)
133 negneg 10444 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑣 ∈ ℂ → --𝑣 = 𝑣)
134131, 132, 1333syl 18 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → --𝑣 = 𝑣)
135130, 134breqtrd 4786 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → -𝑧 < 𝑣)
136 breq1 4763 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑤 = -𝑧 → (𝑤 < 𝑣 ↔ -𝑧 < 𝑣))
137136rspcev 3413 . . . . . . . . . . . . . 14 ((-𝑧 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ∧ -𝑧 < 𝑣) → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣)
138125, 135, 137syl2anc 696 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑣 ∈ ℝ) ∧ 𝑧𝐴) ∧ -𝑣 < 𝑧) → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣)
139138rexlimdva2 39755 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑣 ∈ ℝ) → (∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧 → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣))
140139adantlr 753 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → (∃𝑧𝐴 -𝑣 < 𝑧 → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣))
141115, 140mpd 15 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) ∧ 𝑣 ∈ ℝ) → ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣)
142141ralrimiva 3068 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → ∀𝑣 ∈ ℝ ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣)
14332, 101sstri 3718 . . . . . . . . . 10 {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ*
144 infxrunb2 39999 . . . . . . . . . 10 ({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴} ⊆ ℝ* → (∀𝑣 ∈ ℝ ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣 ↔ inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -∞))
145143, 144ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (∀𝑣 ∈ ℝ ∃𝑤 ∈ {𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}𝑤 < 𝑣 ↔ inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
146142, 145sylib 208 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -∞)
147146xnegeqd 40079 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ) = -𝑒-∞)
14899, 107, 1473eqtr4d 2768 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ∀𝑦 ∈ ℝ ∃𝑧𝐴 𝑦 < 𝑧) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
14996, 148syldan 488 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
150149adantlr 753 . . . 4 (((𝜑𝐴 ≠ ∅) ∧ ¬ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑧𝐴 𝑧𝑦) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
15181, 150pm2.61dan 867 . . 3 ((𝜑𝐴 ≠ ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
15225, 151sylan2 492 . 2 ((𝜑 ∧ ¬ 𝐴 = ∅) → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
15324, 152pm2.61dan 867 1 (𝜑 → sup(𝐴, ℝ*, < ) = -𝑒inf({𝑥 ∈ ℝ ∣ -𝑥𝐴}, ℝ*, < ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072   = wceq 1596  wcel 2103  wne 2896  wral 3014  wrex 3015  {crab 3018  wss 3680  c0 4023   class class class wbr 4760  supcsup 8462  infcinf 8463  cc 10047  cr 10048  +∞cpnf 10184  -∞cmnf 10185  *cxr 10186   < clt 10187  cle 10188  -cneg 10380  -𝑒cxne 12057
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1835  ax-4 1850  ax-5 1952  ax-6 2018  ax-7 2054  ax-8 2105  ax-9 2112  ax-10 2132  ax-11 2147  ax-12 2160  ax-13 2355  ax-ext 2704  ax-sep 4889  ax-nul 4897  ax-pow 4948  ax-pr 5011  ax-un 7066  ax-cnex 10105  ax-resscn 10106  ax-1cn 10107  ax-icn 10108  ax-addcl 10109  ax-addrcl 10110  ax-mulcl 10111  ax-mulrcl 10112  ax-mulcom 10113  ax-addass 10114  ax-mulass 10115  ax-distr 10116  ax-i2m1 10117  ax-1ne0 10118  ax-1rid 10119  ax-rnegex 10120  ax-rrecex 10121  ax-cnre 10122  ax-pre-lttri 10123  ax-pre-lttrn 10124  ax-pre-ltadd 10125  ax-pre-mulgt0 10126  ax-pre-sup 10127
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1599  df-ex 1818  df-nf 1823  df-sb 2011  df-eu 2575  df-mo 2576  df-clab 2711  df-cleq 2717  df-clel 2720  df-nfc 2855  df-ne 2897  df-nel 3000  df-ral 3019  df-rex 3020  df-reu 3021  df-rmo 3022  df-rab 3023  df-v 3306  df-sbc 3542  df-csb 3640  df-dif 3683  df-un 3685  df-in 3687  df-ss 3694  df-nul 4024  df-if 4195  df-pw 4268  df-sn 4286  df-pr 4288  df-op 4292  df-uni 4545  df-br 4761  df-opab 4821  df-mpt 4838  df-id 5128  df-po 5139  df-so 5140  df-xp 5224  df-rel 5225  df-cnv 5226  df-co 5227  df-dm 5228  df-rn 5229  df-res 5230  df-ima 5231  df-iota 5964  df-fun 6003  df-fn 6004  df-f 6005  df-f1 6006  df-fo 6007  df-f1o 6008  df-fv 6009  df-isom 6010  df-riota 6726  df-ov 6768  df-oprab 6769  df-mpt2 6770  df-er 7862  df-en 8073  df-dom 8074  df-sdom 8075  df-sup 8464  df-inf 8465  df-pnf 10189  df-mnf 10190  df-xr 10191  df-ltxr 10192  df-le 10193  df-sub 10381  df-neg 10382  df-xneg 12060
This theorem is referenced by:  supminfxr2  40114
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