Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  supxrunb3 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem supxrunb3 39936
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 ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
Distinct variable group:   𝑥,𝐴,𝑦

Proof of Theorem supxrunb3
Dummy variable 𝑤 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 peano2re 10247 . . . . . . . . 9 (𝑤 ∈ ℝ → (𝑤 + 1) ∈ ℝ)
21adantl 481 . . . . . . . 8 ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦𝑤 ∈ ℝ) → (𝑤 + 1) ∈ ℝ)
3 simpl 472 . . . . . . . 8 ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦𝑤 ∈ ℝ) → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦)
4 breq1 4688 . . . . . . . . . 10 (𝑥 = (𝑤 + 1) → (𝑥𝑦 ↔ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦))
54rexbidv 3081 . . . . . . . . 9 (𝑥 = (𝑤 + 1) → (∃𝑦𝐴 𝑥𝑦 ↔ ∃𝑦𝐴 (𝑤 + 1) ≤ 𝑦))
65rspcva 3338 . . . . . . . 8 (((𝑤 + 1) ∈ ℝ ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦) → ∃𝑦𝐴 (𝑤 + 1) ≤ 𝑦)
72, 3, 6syl2anc 694 . . . . . . 7 ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦𝑤 ∈ ℝ) → ∃𝑦𝐴 (𝑤 + 1) ≤ 𝑦)
87adantll 750 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦) ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → ∃𝑦𝐴 (𝑤 + 1) ≤ 𝑦)
9 nfv 1883 . . . . . . . . 9 𝑦 𝐴 ⊆ ℝ*
10 nfcv 2793 . . . . . . . . . 10 𝑦
11 nfre1 3034 . . . . . . . . . 10 𝑦𝑦𝐴 𝑥𝑦
1210, 11nfral 2974 . . . . . . . . 9 𝑦𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦
139, 12nfan 1868 . . . . . . . 8 𝑦(𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦)
14 nfv 1883 . . . . . . . 8 𝑦 𝑤 ∈ ℝ
1513, 14nfan 1868 . . . . . . 7 𝑦((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦) ∧ 𝑤 ∈ ℝ)
16 simp1r 1106 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑤 ∈ ℝ)
17 rexr 10123 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 ∈ ℝ → 𝑤 ∈ ℝ*)
1816, 17syl 17 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑤 ∈ ℝ*)
191rexrd 10127 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 ∈ ℝ → (𝑤 + 1) ∈ ℝ*)
2016, 19syl 17 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → (𝑤 + 1) ∈ ℝ*)
21 simp1l 1105 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝐴 ⊆ ℝ*)
22 simp2 1082 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑦𝐴)
23 ssel2 3631 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ⊆ ℝ*𝑦𝐴) → 𝑦 ∈ ℝ*)
2421, 22, 23syl2anc 694 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑦 ∈ ℝ*)
2516ltp1d 10992 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑤 < (𝑤 + 1))
26 simp3 1083 . . . . . . . . . 10 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → (𝑤 + 1) ≤ 𝑦)
2718, 20, 24, 25, 26xrltletrd 12030 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑤 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴 ∧ (𝑤 + 1) ≤ 𝑦) → 𝑤 < 𝑦)
28273exp 1283 . . . . . . . 8 ((𝐴 ⊆ ℝ*𝑤 ∈ ℝ) → (𝑦𝐴 → ((𝑤 + 1) ≤ 𝑦𝑤 < 𝑦)))
2928adantlr 751 . . . . . . 7 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦) ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → (𝑦𝐴 → ((𝑤 + 1) ≤ 𝑦𝑤 < 𝑦)))
3015, 29reximdai 3041 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦) ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → (∃𝑦𝐴 (𝑤 + 1) ≤ 𝑦 → ∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦))
318, 30mpd 15 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦) ∧ 𝑤 ∈ ℝ) → ∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦)
3231ralrimiva 2995 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦) → ∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦)
3332ex 449 . . 3 (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦))
34 breq1 4688 . . . . . . . 8 (𝑤 = 𝑥 → (𝑤 < 𝑦𝑥 < 𝑦))
3534rexbidv 3081 . . . . . . 7 (𝑤 = 𝑥 → (∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦 ↔ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦))
3635cbvralv 3201 . . . . . 6 (∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦 ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦)
3736biimpi 206 . . . . 5 (∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦 → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦)
38 nfv 1883 . . . . . . 7 𝑥 𝐴 ⊆ ℝ*
39 nfra1 2970 . . . . . . 7 𝑥𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦
4038, 39nfan 1868 . . . . . 6 𝑥(𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦)
41 simpll 805 . . . . . . . 8 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝐴 ⊆ ℝ*)
42 simpr 476 . . . . . . . 8 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → 𝑥 ∈ ℝ)
43 rspa 2959 . . . . . . . . . 10 ((∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦𝑥 ∈ ℝ) → ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦)
4443adantll 750 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦)
45 rexr 10123 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ → 𝑥 ∈ ℝ*)
4645ad3antlr 767 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝐴 ⊆ ℝ*𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴) ∧ 𝑥 < 𝑦) → 𝑥 ∈ ℝ*)
4723adantr 480 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑦𝐴) ∧ 𝑥 < 𝑦) → 𝑦 ∈ ℝ*)
4847adantllr 755 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝐴 ⊆ ℝ*𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴) ∧ 𝑥 < 𝑦) → 𝑦 ∈ ℝ*)
49 simpr 476 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝐴 ⊆ ℝ*𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴) ∧ 𝑥 < 𝑦) → 𝑥 < 𝑦)
5046, 48, 49xrltled 39800 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝐴 ⊆ ℝ*𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴) ∧ 𝑥 < 𝑦) → 𝑥𝑦)
5150ex 449 . . . . . . . . . . 11 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑦𝐴) → (𝑥 < 𝑦𝑥𝑦))
5251reximdva 3046 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ⊆ ℝ*𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦 → ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦))
5352adantlr 751 . . . . . . . . 9 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦 → ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦))
5444, 53mpd 15 . . . . . . . 8 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦)
55 simpr 476 . . . . . . . 8 (((𝐴 ⊆ ℝ*𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦) → ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦)
5641, 42, 54, 55syl21anc 1365 . . . . . . 7 (((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦) ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦)
5756ex 449 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦) → (𝑥 ∈ ℝ → ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦))
5840, 57ralrimi 2986 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥 < 𝑦) → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦)
5937, 58sylan2 490 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℝ* ∧ ∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦) → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦)
6059ex 449 . . 3 (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦 → ∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦))
6133, 60impbid 202 . 2 (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦 ↔ ∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦))
62 supxrunb2 12188 . 2 (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑤 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑤 < 𝑦 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
6361, 62bitrd 268 1 (𝐴 ⊆ ℝ* → (∀𝑥 ∈ ℝ ∃𝑦𝐴 𝑥𝑦 ↔ sup(𝐴, ℝ*, < ) = +∞))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1054   = wceq 1523  wcel 2030  wral 2941  wrex 2942  wss 3607   class class class wbr 4685  (class class class)co 6690  supcsup 8387  cr 9973  1c1 9975   + caddc 9977  +∞cpnf 10109  *cxr 10111   < clt 10112  cle 10113
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-op 4217  df-uni 4469  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-id 5053  df-po 5064  df-so 5065  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-er 7787  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-sup 8389  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307
This theorem is referenced by:  limsuppnfdlem  40251
  Copyright terms: Public domain W3C validator