MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  infmsup Structured version   Unicode version

Theorem infmsup 10541
Description: The infimum (expressed as supremum with converse 'less-than') of a set of reals  A is the negative of the supremum of the negatives of its elements. The antecedent ensures that  A is nonempty and has a lower bound. (Contributed by NM, 14-Jun-2005.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 24-Dec-2016.)
Assertion
Ref Expression
infmsup  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  =  -u sup ( { z  e.  RR  |  -u z  e.  A } ,  RR ,  <  ) )
Distinct variable group:    x, y, z, A

Proof of Theorem infmsup
Dummy variable  w is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 gtso 9683 . . . . . 6  |-  `'  <  Or  RR
21a1i 11 . . . . 5  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  `'  <  Or  RR )
3 infm3 10522 . . . . . 6  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  /\  A. y  e.  RR  ( x  < 
y  ->  E. w  e.  A  w  <  y ) ) )
4 vex 3112 . . . . . . . . . . 11  |-  x  e. 
_V
5 vex 3112 . . . . . . . . . . 11  |-  y  e. 
_V
64, 5brcnv 5195 . . . . . . . . . 10  |-  ( x `'  <  y  <->  y  <  x )
76notbii 296 . . . . . . . . 9  |-  ( -.  x `'  <  y  <->  -.  y  <  x )
87ralbii 2888 . . . . . . . 8  |-  ( A. y  e.  A  -.  x `'  <  y  <->  A. y  e.  A  -.  y  <  x )
95, 4brcnv 5195 . . . . . . . . . 10  |-  ( y `'  <  x  <->  x  <  y )
10 vex 3112 . . . . . . . . . . . 12  |-  w  e. 
_V
115, 10brcnv 5195 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y `'  <  w  <->  w  <  y )
1211rexbii 2959 . . . . . . . . . 10  |-  ( E. w  e.  A  y `'  <  w  <->  E. w  e.  A  w  <  y )
139, 12imbi12i 326 . . . . . . . . 9  |-  ( ( y `'  <  x  ->  E. w  e.  A  y `'  <  w )  <-> 
( x  <  y  ->  E. w  e.  A  w  <  y ) )
1413ralbii 2888 . . . . . . . 8  |-  ( A. y  e.  RR  (
y `'  <  x  ->  E. w  e.  A  y `'  <  w )  <->  A. y  e.  RR  ( x  <  y  ->  E. w  e.  A  w  <  y ) )
158, 14anbi12i 697 . . . . . . 7  |-  ( ( A. y  e.  A  -.  x `'  <  y  /\  A. y  e.  RR  ( y `'  <  x  ->  E. w  e.  A  y `'  <  w ) )  <->  ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  /\  A. y  e.  RR  ( x  < 
y  ->  E. w  e.  A  w  <  y ) ) )
1615rexbii 2959 . . . . . 6  |-  ( E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  x `'  <  y  /\  A. y  e.  RR  ( y `'  <  x  ->  E. w  e.  A  y `'  <  w ) )  <->  E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  /\  A. y  e.  RR  (
x  <  y  ->  E. w  e.  A  w  <  y ) ) )
173, 16sylibr 212 . . . . 5  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  x `'  <  y  /\  A. y  e.  RR  (
y `'  <  x  ->  E. w  e.  A  y `'  <  w ) ) )
182, 17supcl 7935 . . . 4  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  RR )
1918recnd 9639 . . 3  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  CC )
2019negnegd 9941 . 2  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  -u -u sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  =  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) )
21 eqid 2457 . . . . . . . 8  |-  ( z  e.  RR  |->  -u z
)  =  ( z  e.  RR  |->  -u z
)
2221mptpreima 5506 . . . . . . 7  |-  ( `' ( z  e.  RR  |->  -u z ) " A
)  =  { z  e.  RR  |  -u z  e.  A }
2321negiso 10539 . . . . . . . . 9  |-  ( ( z  e.  RR  |->  -u z )  Isom  <  ,  `'  <  ( RR ,  RR )  /\  `' ( z  e.  RR  |->  -u z )  =  ( z  e.  RR  |->  -u z ) )
2423simpri 462 . . . . . . . 8  |-  `' ( z  e.  RR  |->  -u z )  =  ( z  e.  RR  |->  -u z )
2524imaeq1i 5344 . . . . . . 7  |-  ( `' ( z  e.  RR  |->  -u z ) " A
)  =  ( ( z  e.  RR  |->  -u z ) " A
)
2622, 25eqtr3i 2488 . . . . . 6  |-  { z  e.  RR  |  -u z  e.  A }  =  ( ( z  e.  RR  |->  -u z
) " A )
2726supeq1i 7924 . . . . 5  |-  sup ( { z  e.  RR  |  -u z  e.  A } ,  RR ,  <  )  =  sup (
( ( z  e.  RR  |->  -u z ) " A ) ,  RR ,  <  )
2823simpli 458 . . . . . . . . 9  |-  ( z  e.  RR  |->  -u z
)  Isom  <  ,  `'  <  ( RR ,  RR )
29 isocnv 6227 . . . . . . . . 9  |-  ( ( z  e.  RR  |->  -u z )  Isom  <  ,  `'  <  ( RR ,  RR )  ->  `' ( z  e.  RR  |->  -u z )  Isom  `'  <  ,  <  ( RR ,  RR ) )
3028, 29ax-mp 5 . . . . . . . 8  |-  `' ( z  e.  RR  |->  -u z )  Isom  `'  <  ,  <  ( RR ,  RR )
31 isoeq1 6216 . . . . . . . . 9  |-  ( `' ( z  e.  RR  |->  -u z )  =  ( z  e.  RR  |->  -u z )  ->  ( `' ( z  e.  RR  |->  -u z )  Isom  `'  <  ,  <  ( RR ,  RR )  <->  ( z  e.  RR  |->  -u z )  Isom  `'  <  ,  <  ( RR ,  RR ) ) )
3224, 31ax-mp 5 . . . . . . . 8  |-  ( `' ( z  e.  RR  |->  -u z )  Isom  `'  <  ,  <  ( RR ,  RR )  <->  ( z  e.  RR  |->  -u z )  Isom  `'  <  ,  <  ( RR ,  RR )
)
3330, 32mpbi 208 . . . . . . 7  |-  ( z  e.  RR  |->  -u z
)  Isom  `'  <  ,  <  ( RR ,  RR )
3433a1i 11 . . . . . 6  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  ( z  e.  RR  |->  -u z )  Isom  `'  <  ,  <  ( RR ,  RR )
)
35 simp1 996 . . . . . 6  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  A  C_  RR )
3634, 35, 17, 2supiso 7951 . . . . 5  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  sup (
( ( z  e.  RR  |->  -u z ) " A ) ,  RR ,  <  )  =  ( ( z  e.  RR  |->  -u z ) `  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) ) )
3727, 36syl5eq 2510 . . . 4  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  sup ( { z  e.  RR  |  -u z  e.  A } ,  RR ,  <  )  =  ( ( z  e.  RR  |->  -u z ) `  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) ) )
38 negeq 9831 . . . . . 6  |-  ( z  =  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  ->  -u z  = 
-u sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) )
39 negex 9837 . . . . . 6  |-  -u sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  _V
4038, 21, 39fvmpt 5956 . . . . 5  |-  ( sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  e.  RR  ->  ( (
z  e.  RR  |->  -u z ) `  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) )  = 
-u sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) )
4118, 40syl 16 . . . 4  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  ( (
z  e.  RR  |->  -u z ) `  sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) )  = 
-u sup ( A ,  RR ,  `'  <  ) )
4237, 41eqtr2d 2499 . . 3  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  -u sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  =  sup ( { z  e.  RR  |  -u z  e.  A } ,  RR ,  <  ) )
4342negeqd 9833 . 2  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  -u -u sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  =  -u sup ( { z  e.  RR  |  -u z  e.  A } ,  RR ,  <  ) )
4420, 43eqtr3d 2500 1  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  sup ( A ,  RR ,  `'  <  )  =  -u sup ( { z  e.  RR  |  -u z  e.  A } ,  RR ,  <  ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    /\ w3a 973    = wceq 1395    e. wcel 1819    =/= wne 2652   A.wral 2807   E.wrex 2808   {crab 2811    C_ wss 3471   (/)c0 3793   class class class wbr 4456    |-> cmpt 4515    Or wor 4808   `'ccnv 5007   "cima 5011   ` cfv 5594    Isom wiso 5595   supcsup 7918   RRcr 9508    < clt 9645    <_ cle 9646   -ucneg 9825
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1619  ax-4 1632  ax-5 1705  ax-6 1748  ax-7 1791  ax-8 1821  ax-9 1823  ax-10 1838  ax-11 1843  ax-12 1855  ax-13 2000  ax-ext 2435  ax-sep 4578  ax-nul 4586  ax-pow 4634  ax-pr 4695  ax-un 6591  ax-resscn 9566  ax-1cn 9567  ax-icn 9568  ax-addcl 9569  ax-addrcl 9570  ax-mulcl 9571  ax-mulrcl 9572  ax-mulcom 9573  ax-addass 9574  ax-mulass 9575  ax-distr 9576  ax-i2m1 9577  ax-1ne0 9578  ax-1rid 9579  ax-rnegex 9580  ax-rrecex 9581  ax-cnre 9582  ax-pre-lttri 9583  ax-pre-lttrn 9584  ax-pre-ltadd 9585  ax-pre-mulgt0 9586  ax-pre-sup 9587
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1398  df-ex 1614  df-nf 1618  df-sb 1741  df-eu 2287  df-mo 2288  df-clab 2443  df-cleq 2449  df-clel 2452  df-nfc 2607  df-ne 2654  df-nel 2655  df-ral 2812  df-rex 2813  df-reu 2814  df-rmo 2815  df-rab 2816  df-v 3111  df-sbc 3328  df-csb 3431  df-dif 3474  df-un 3476  df-in 3478  df-ss 3485  df-nul 3794  df-if 3945  df-pw 4017  df-sn 4033  df-pr 4035  df-op 4039  df-uni 4252  df-br 4457  df-opab 4516  df-mpt 4517  df-id 4804  df-po 4809  df-so 4810  df-xp 5014  df-rel 5015  df-cnv 5016  df-co 5017  df-dm 5018  df-rn 5019  df-res 5020  df-ima 5021  df-iota 5557  df-fun 5596  df-fn 5597  df-f 5598  df-f1 5599  df-fo 5600  df-f1o 5601  df-fv 5602  df-isom 5603  df-riota 6258  df-ov 6299  df-oprab 6300  df-mpt2 6301  df-er 7329  df-en 7536  df-dom 7537  df-sdom 7538  df-sup 7919  df-pnf 9647  df-mnf 9648  df-xr 9649  df-ltxr 9650  df-le 9651  df-sub 9826  df-neg 9827
This theorem is referenced by:  infmrcl  10542  supminf  11194  mbfinf  22197
  Copyright terms: Public domain W3C validator