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

Theorem upbdrech 39833
 Description: Choice of an upper bound for a non empty 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 2995 . . . . 5 (𝜑 → ∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ)
4 nfra1 2970 . . . . . . 7 𝑥𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ
5 nfv 1883 . . . . . . 7 𝑥 𝑧 ∈ ℝ
6 simp3 1083 . . . . . . . . 9 ((∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑥𝐴𝑧 = 𝐵) → 𝑧 = 𝐵)
7 rspa 2959 . . . . . . . . . 10 ((∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
873adant3 1101 . . . . . . . . 9 ((∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑥𝐴𝑧 = 𝐵) → 𝐵 ∈ ℝ)
96, 8eqeltrd 2730 . . . . . . . 8 ((∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝑥𝐴𝑧 = 𝐵) → 𝑧 ∈ ℝ)
1093exp 1283 . . . . . . 7 (∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ → (𝑥𝐴 → (𝑧 = 𝐵𝑧 ∈ ℝ)))
114, 5, 10rexlimd 3055 . . . . . 6 (∀𝑥𝐴 𝐵 ∈ ℝ → (∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵𝑧 ∈ ℝ))
1211abssdv 3709 . . . . 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 2652 . . . . . . . 8 (𝑥𝐴𝐵 = 𝐵)
1615rgen 2951 . . . . . . 7 𝑥𝐴 𝐵 = 𝐵
17 r19.2z 4093 . . . . . . 7 ((𝐴 ≠ ∅ ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵 = 𝐵) → ∃𝑥𝐴 𝐵 = 𝐵)
1814, 16, 17sylancl 695 . . . . . 6 (𝜑 → ∃𝑥𝐴 𝐵 = 𝐵)
19 nfv 1883 . . . . . . 7 𝑥𝜑
20 nfre1 3034 . . . . . . . 8 𝑥𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵
2120nfex 2192 . . . . . . 7 𝑥𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵
22 simpr 476 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝑥𝐴)
23 elex 3243 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐵 ∈ ℝ → 𝐵 ∈ V)
242, 23syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ V)
25 isset 3238 . . . . . . . . . . . 12 (𝐵 ∈ V ↔ ∃𝑧 𝑧 = 𝐵)
2624, 25sylib 208 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑥𝐴) → ∃𝑧 𝑧 = 𝐵)
27 rspe 3032 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥𝐴 ∧ ∃𝑧 𝑧 = 𝐵) → ∃𝑥𝐴𝑧 𝑧 = 𝐵)
2822, 26, 27syl2anc 694 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑥𝐴) → ∃𝑥𝐴𝑧 𝑧 = 𝐵)
29 rexcom4 3256 . . . . . . . . . 10 (∃𝑥𝐴𝑧 𝑧 = 𝐵 ↔ ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)
3028, 29sylib 208 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥𝐴) → ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)
31303adant3 1101 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥𝐴𝐵 = 𝐵) → ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)
32313exp 1283 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑥𝐴 → (𝐵 = 𝐵 → ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)))
3319, 21, 32rexlimd 3055 . . . . . 6 (𝜑 → (∃𝑥𝐴 𝐵 = 𝐵 → ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵))
3418, 33mpd 15 . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)
35 abn0 3987 . . . . 5 ({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ≠ ∅ ↔ ∃𝑧𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵)
3634, 35sylibr 224 . . . 4 (𝜑 → {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ≠ ∅)
37 upbdrech.bd . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦)
38 vex 3234 . . . . . . . . . . . . 13 𝑤 ∈ V
39 eqeq1 2655 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑧 = 𝑤 → (𝑧 = 𝐵𝑤 = 𝐵))
4039rexbidv 3081 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑧 = 𝑤 → (∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵 ↔ ∃𝑥𝐴 𝑤 = 𝐵))
4138, 40elab 3382 . . . . . . . . . . . 12 (𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ↔ ∃𝑥𝐴 𝑤 = 𝐵)
4241biimpi 206 . . . . . . . . . . 11 (𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} → ∃𝑥𝐴 𝑤 = 𝐵)
4342adantl 481 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}) → ∃𝑥𝐴 𝑤 = 𝐵)
44 nfra1 2970 . . . . . . . . . . . . 13 𝑥𝑥𝐴 𝐵𝑦
4519, 44nfan 1868 . . . . . . . . . . . 12 𝑥(𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦)
4620nfsab 2643 . . . . . . . . . . . 12 𝑥 𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}
4745, 46nfan 1868 . . . . . . . . . . 11 𝑥((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵})
48 nfv 1883 . . . . . . . . . . 11 𝑥 𝑤𝑦
49 simp3 1083 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑥𝐴𝑤 = 𝐵) → 𝑤 = 𝐵)
50 simp1r 1106 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑥𝐴𝑤 = 𝐵) → ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦)
51 simp2 1082 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑥𝐴𝑤 = 𝐵) → 𝑥𝐴)
52 rspa 2959 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((∀𝑥𝐴 𝐵𝑦𝑥𝐴) → 𝐵𝑦)
5350, 51, 52syl2anc 694 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑥𝐴𝑤 = 𝐵) → 𝐵𝑦)
5449, 53eqbrtrd 4707 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑥𝐴𝑤 = 𝐵) → 𝑤𝑦)
55543exp 1283 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) → (𝑥𝐴 → (𝑤 = 𝐵𝑤𝑦)))
5655adantr 480 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) ∧ 𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}) → (𝑥𝐴 → (𝑤 = 𝐵𝑤𝑦)))
5747, 48, 56rexlimd 3055 . . . . . . . . . 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 2995 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) → ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦)
60593adant2 1100 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝑦) → ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦)
61603exp 1283 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑦 ∈ ℝ → (∀𝑥𝐴 𝐵𝑦 → ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦)))
6261reximdvai 3044 . . . . 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 11021 . . . 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 1366 . . 3 (𝜑 → sup({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}, ℝ, < ) ∈ ℝ)
661, 65syl5eqel 2734 . 2 (𝜑𝐶 ∈ ℝ)
6713adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝐴) → {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ⊆ ℝ)
6830, 35sylibr 224 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝐴) → {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵} ≠ ∅)
6963adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝐴) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑤 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}𝑤𝑦)
70 elabrexg 39520 . . . . . 6 ((𝑥𝐴𝐵 ∈ ℝ) → 𝐵 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵})
7122, 2, 70syl2anc 694 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵 ∈ {𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵})
72 suprub 11022 . . . . 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 1369 . . . 4 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵 ≤ sup({𝑧 ∣ ∃𝑥𝐴 𝑧 = 𝐵}, ℝ, < ))
7473, 1syl6breqr 4727 . . 3 ((𝜑𝑥𝐴) → 𝐵𝐶)
7574ralrimiva 2995 . 2 (𝜑 → ∀𝑥𝐴 𝐵𝐶)
7666, 75jca 553 1 (𝜑 → (𝐶 ∈ ℝ ∧ ∀𝑥𝐴 𝐵𝐶))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 383   ∧ w3a 1054   = wceq 1523  ∃wex 1744   ∈ wcel 2030  {cab 2637   ≠ wne 2823  ∀wral 2941  ∃wrex 2942  Vcvv 3231   ⊆ wss 3607  ∅c0 3948   class class class wbr 4685  supcsup 8387  ℝcr 9973   < 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-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:  upbdrech2  39836
 Copyright terms: Public domain W3C validator