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Theorem supxrunb1 11512
Description: The supremum of an unbounded-above set of extended reals is plus infinity. (Contributed by NM, 19-Jan-2006.)
Assertion
Ref Expression
supxrunb1  |-  ( A 
C_  RR*  ->  ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  <->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo ) )
Distinct variable group:    x, y, A

Proof of Theorem supxrunb1
Dummy variables  z  w are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ssel 3498 . . . . . . . 8  |-  ( A 
C_  RR*  ->  ( z  e.  A  ->  z  e. 
RR* ) )
2 pnfnlt 11338 . . . . . . . 8  |-  ( z  e.  RR*  ->  -. +oo  <  z )
31, 2syl6 33 . . . . . . 7  |-  ( A 
C_  RR*  ->  ( z  e.  A  ->  -. +oo  <  z ) )
43ralrimiv 2876 . . . . . 6  |-  ( A 
C_  RR*  ->  A. z  e.  A  -. +oo  <  z )
54adantr 465 . . . . 5  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y )  ->  A. z  e.  A  -. +oo  <  z )
6 peano2re 9753 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( z  e.  RR  ->  (
z  +  1 )  e.  RR )
7 breq1 4450 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( x  =  ( z  +  1 )  ->  (
x  <_  y  <->  ( z  +  1 )  <_ 
y ) )
87rexbidv 2973 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( x  =  ( z  +  1 )  ->  ( E. y  e.  A  x  <_  y  <->  E. y  e.  A  ( z  +  1 )  <_ 
y ) )
98rspcva 3212 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( z  +  1 )  e.  RR  /\  A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y )  ->  E. y  e.  A  ( z  +  1 )  <_ 
y )
109adantrr 716 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( z  +  1 )  e.  RR  /\  ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  /\  A  C_ 
RR* ) )  ->  E. y  e.  A  ( z  +  1 )  <_  y )
1110ancoms 453 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  /\  A  C_  RR* )  /\  ( z  +  1 )  e.  RR )  ->  E. y  e.  A  ( z  +  1 )  <_  y )
126, 11sylan2 474 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  /\  A  C_  RR* )  /\  z  e.  RR )  ->  E. y  e.  A  ( z  +  1 )  <_  y )
13 ssel2 3499 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  y  e.  A )  ->  y  e.  RR* )
14 ltp1 10381 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( z  e.  RR  ->  z  <  ( z  +  1 ) )
1514adantr 465 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( z  e.  RR  /\  y  e.  RR* )  -> 
z  <  ( z  +  1 ) )
166ancli 551 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( z  e.  RR  ->  (
z  e.  RR  /\  ( z  +  1 )  e.  RR ) )
17 rexr 9640 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( z  e.  RR  ->  z  e.  RR* )
18 rexr 9640 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( ( z  +  1 )  e.  RR  ->  (
z  +  1 )  e.  RR* )
19 xrltletr 11361 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( ( z  e.  RR*  /\  (
z  +  1 )  e.  RR*  /\  y  e.  RR* )  ->  (
( z  <  (
z  +  1 )  /\  ( z  +  1 )  <_  y
)  ->  z  <  y ) )
2018, 19syl3an2 1262 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( ( z  e.  RR*  /\  (
z  +  1 )  e.  RR  /\  y  e.  RR* )  ->  (
( z  <  (
z  +  1 )  /\  ( z  +  1 )  <_  y
)  ->  z  <  y ) )
2117, 20syl3an1 1261 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( ( z  e.  RR  /\  ( z  +  1 )  e.  RR  /\  y  e.  RR* )  -> 
( ( z  < 
( z  +  1 )  /\  ( z  +  1 )  <_ 
y )  ->  z  <  y ) )
22213expa 1196 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( ( ( z  e.  RR  /\  ( z  +  1 )  e.  RR )  /\  y  e.  RR* )  ->  ( ( z  <  ( z  +  1 )  /\  (
z  +  1 )  <_  y )  -> 
z  <  y )
)
2316, 22sylan 471 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( z  e.  RR  /\  y  e.  RR* )  -> 
( ( z  < 
( z  +  1 )  /\  ( z  +  1 )  <_ 
y )  ->  z  <  y ) )
2415, 23mpand 675 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( z  e.  RR  /\  y  e.  RR* )  -> 
( ( z  +  1 )  <_  y  ->  z  <  y ) )
2524ancoms 453 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( y  e.  RR*  /\  z  e.  RR )  ->  (
( z  +  1 )  <_  y  ->  z  <  y ) )
2613, 25sylan 471 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  y  e.  A )  /\  z  e.  RR )  ->  (
( z  +  1 )  <_  y  ->  z  <  y ) )
2726an32s 802 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  z  e.  RR )  /\  y  e.  A )  ->  (
( z  +  1 )  <_  y  ->  z  <  y ) )
2827reximdva 2938 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  z  e.  RR )  ->  ( E. y  e.  A  ( z  +  1 )  <_  y  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) )
2928adantll 713 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  /\  A  C_  RR* )  /\  z  e.  RR )  ->  ( E. y  e.  A  ( z  +  1 )  <_ 
y  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) )
3012, 29mpd 15 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  /\  A  C_  RR* )  /\  z  e.  RR )  ->  E. y  e.  A  z  <  y )
3130exp31 604 . . . . . . . . . 10  |-  ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  ->  ( A  C_  RR* 
->  ( z  e.  RR  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) ) )
3231a1dd 46 . . . . . . . . 9  |-  ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  ->  ( A  C_  RR* 
->  ( z  < +oo  ->  ( z  e.  RR  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) ) ) )
3332com4r 86 . . . . . . . 8  |-  ( z  e.  RR  ->  ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  ->  ( A  C_  RR*  ->  ( z  < +oo  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) ) ) )
3433com13 80 . . . . . . 7  |-  ( A 
C_  RR*  ->  ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  ->  ( z  e.  RR  ->  ( z  < +oo  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) ) ) )
3534imp 429 . . . . . 6  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y )  ->  ( z  e.  RR  ->  ( z  < +oo  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) ) )
3635ralrimiv 2876 . . . . 5  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y )  ->  A. z  e.  RR  ( z  < +oo  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) )
375, 36jca 532 . . . 4  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y )  ->  ( A. z  e.  A  -. +oo 
<  z  /\  A. z  e.  RR  ( z  < +oo  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) ) )
38 pnfxr 11322 . . . . 5  |- +oo  e.  RR*
39 supxr 11505 . . . . 5  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\ +oo  e.  RR* )  /\  ( A. z  e.  A  -. +oo  <  z  /\  A. z  e.  RR  (
z  < +oo  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) ) )  ->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )
4038, 39mpanl2 681 . . . 4  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  ( A. z  e.  A  -. +oo  <  z  /\  A. z  e.  RR  (
z  < +oo  ->  E. y  e.  A  z  <  y ) ) )  ->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )
4137, 40syldan 470 . . 3  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y )  ->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )
4241ex 434 . 2  |-  ( A 
C_  RR*  ->  ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  ->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo ) )
43 rexr 9640 . . . . . . 7  |-  ( x  e.  RR  ->  x  e.  RR* )
4443ad2antlr 726 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  /\  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )  ->  x  e.  RR* )
45 ltpnf 11332 . . . . . . . . 9  |-  ( x  e.  RR  ->  x  < +oo )
46 breq2 4451 . . . . . . . . 9  |-  ( sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo  ->  ( x  <  sup ( A ,  RR* ,  <  )  <-> 
x  < +oo )
)
4745, 46syl5ibr 221 . . . . . . . 8  |-  ( sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo  ->  ( x  e.  RR  ->  x  <  sup ( A ,  RR* ,  <  ) ) )
4847impcom 430 . . . . . . 7  |-  ( ( x  e.  RR  /\  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )  ->  x  <  sup ( A ,  RR* ,  <  ) )
4948adantll 713 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  /\  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )  ->  x  <  sup ( A ,  RR* ,  <  ) )
50 xrltso 11348 . . . . . . . 8  |-  <  Or  RR*
5150a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  /\  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )  ->  <  Or  RR* )
52 xrsupss 11501 . . . . . . . 8  |-  ( A 
C_  RR*  ->  E. z  e.  RR*  ( A. w  e.  A  -.  z  <  w  /\  A. w  e.  RR*  ( w  < 
z  ->  E. y  e.  A  w  <  y ) ) )
5352ad2antrr 725 . . . . . . 7  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  /\  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )  ->  E. z  e.  RR*  ( A. w  e.  A  -.  z  <  w  /\  A. w  e.  RR*  (
w  <  z  ->  E. y  e.  A  w  <  y ) ) )
5451, 53suplub 7921 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  /\  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )  -> 
( ( x  e. 
RR*  /\  x  <  sup ( A ,  RR* ,  <  ) )  ->  E. y  e.  A  x  <  y ) )
5544, 49, 54mp2and 679 . . . . 5  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  /\  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo )  ->  E. y  e.  A  x  <  y )
5655ex 434 . . . 4  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  ->  ( sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo  ->  E. y  e.  A  x  <  y ) )
5743ad2antlr 726 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  /\  y  e.  A )  ->  x  e.  RR* )
5813adantlr 714 . . . . . 6  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  /\  y  e.  A )  ->  y  e.  RR* )
59 xrltle 11356 . . . . . 6  |-  ( ( x  e.  RR*  /\  y  e.  RR* )  ->  (
x  <  y  ->  x  <_  y ) )
6057, 58, 59syl2anc 661 . . . . 5  |-  ( ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  /\  y  e.  A )  ->  (
x  <  y  ->  x  <_  y ) )
6160reximdva 2938 . . . 4  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  ->  ( E. y  e.  A  x  <  y  ->  E. y  e.  A  x  <_  y ) )
6256, 61syld 44 . . 3  |-  ( ( A  C_  RR*  /\  x  e.  RR )  ->  ( sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo  ->  E. y  e.  A  x  <_  y ) )
6362ralrimdva 2882 . 2  |-  ( A 
C_  RR*  ->  ( sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo  ->  A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y
) )
6442, 63impbid 191 1  |-  ( A 
C_  RR*  ->  ( A. x  e.  RR  E. y  e.  A  x  <_  y  <->  sup ( A ,  RR* ,  <  )  = +oo ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 184    /\ wa 369    = wceq 1379    e. wcel 1767   A.wral 2814   E.wrex 2815    C_ wss 3476   class class class wbr 4447    Or wor 4799  (class class class)co 6285   supcsup 7901   RRcr 9492   1c1 9494    + caddc 9496   +oocpnf 9626   RR*cxr 9628    < clt 9629    <_ cle 9630
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1601  ax-4 1612  ax-5 1680  ax-6 1719  ax-7 1739  ax-8 1769  ax-9 1771  ax-10 1786  ax-11 1791  ax-12 1803  ax-13 1968  ax-ext 2445  ax-sep 4568  ax-nul 4576  ax-pow 4625  ax-pr 4686  ax-un 6577  ax-cnex 9549  ax-resscn 9550  ax-1cn 9551  ax-icn 9552  ax-addcl 9553  ax-addrcl 9554  ax-mulcl 9555  ax-mulrcl 9556  ax-mulcom 9557  ax-addass 9558  ax-mulass 9559  ax-distr 9560  ax-i2m1 9561  ax-1ne0 9562  ax-1rid 9563  ax-rnegex 9564  ax-rrecex 9565  ax-cnre 9566  ax-pre-lttri 9567  ax-pre-lttrn 9568  ax-pre-ltadd 9569  ax-pre-mulgt0 9570  ax-pre-sup 9571
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1382  df-ex 1597  df-nf 1600  df-sb 1712  df-eu 2279  df-mo 2280  df-clab 2453  df-cleq 2459  df-clel 2462  df-nfc 2617  df-ne 2664  df-nel 2665  df-ral 2819  df-rex 2820  df-reu 2821  df-rmo 2822  df-rab 2823  df-v 3115  df-sbc 3332  df-csb 3436  df-dif 3479  df-un 3481  df-in 3483  df-ss 3490  df-nul 3786  df-if 3940  df-pw 4012  df-sn 4028  df-pr 4030  df-op 4034  df-uni 4246  df-br 4448  df-opab 4506  df-mpt 4507  df-id 4795  df-po 4800  df-so 4801  df-xp 5005  df-rel 5006  df-cnv 5007  df-co 5008  df-dm 5009  df-rn 5010  df-res 5011  df-ima 5012  df-iota 5551  df-fun 5590  df-fn 5591  df-f 5592  df-f1 5593  df-fo 5594  df-f1o 5595  df-fv 5596  df-riota 6246  df-ov 6288  df-oprab 6289  df-mpt2 6290  df-er 7312  df-en 7518  df-dom 7519  df-sdom 7520  df-sup 7902  df-pnf 9631  df-mnf 9632  df-xr 9633  df-ltxr 9634  df-le 9635  df-sub 9808  df-neg 9809
This theorem is referenced by:  supxrbnd1  11514  uzsup  11959  limsupval2  13269  limsupbnd2  13272  rlimuni  13339  rlimcld2  13367  rlimno1  13442  esumcvg  27843
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