Theorem ivth2 23031

Description: The intermediate value theorem, decreasing case. (Contributed by Paul Chapman, 22-Jan-2008.) (Revised by Mario Carneiro, 30-Apr-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
ivth.1	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
ivth.2	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
ivth.3	⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ ℝ)
ivth.4	⊢ (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)
ivth.5	⊢ (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ 𝐷)
ivth.7	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (𝐷–cn→ℂ))
ivth.8	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℝ)
ivth2.9	⊢ (𝜑 → ((𝐹‘𝐵) < 𝑈 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐴)))

Assertion

Ref	Expression
ivth2	⊢ (𝜑 → ∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)(𝐹‘𝑐) = 𝑈)

Distinct variable groups:   𝑥,𝑐,𝐵   𝐷,𝑐,𝑥   𝐹,𝑐,𝑥   𝜑,𝑐,𝑥   𝐴,𝑐,𝑥   𝑈,𝑐,𝑥

Proof of Theorem ivth2

Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ivth.1	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
2		ivth.2	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
3		ivth.3	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ ℝ)
4	3	renegcld 10336	. . 3 ⊢ (𝜑 → -𝑈 ∈ ℝ)
5		ivth.4	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)
6		ivth.5	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ 𝐷)
7		ivth.7	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (𝐷–cn→ℂ))
8		eqid 2610	. . . . 5 ⊢ (𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦)) = (𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))
9	8	negfcncf 22530	. . . 4 ⊢ (𝐹 ∈ (𝐷–cn→ℂ) → (𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦)) ∈ (𝐷–cn→ℂ))
10	7, 9	syl 17	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦)) ∈ (𝐷–cn→ℂ))
11	6	sselda 3568	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → 𝑥 ∈ 𝐷)
12		fveq2 6103	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = 𝑥 → (𝐹‘𝑦) = (𝐹‘𝑥))
13	12	negeqd 10154	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 = 𝑥 → -(𝐹‘𝑦) = -(𝐹‘𝑥))
14		negex 10158	. . . . . 6 ⊢ -(𝐹‘𝑥) ∈ V
15	13, 8, 14	fvmpt 6191	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐷 → ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝑥) = -(𝐹‘𝑥))
16	11, 15	syl 17	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝑥) = -(𝐹‘𝑥))
17		ivth.8	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℝ)
18	17	renegcld 10336	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → -(𝐹‘𝑥) ∈ ℝ)
19	16, 18	eqeltrd 2688	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)) → ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝑥) ∈ ℝ)
20	1	rexrd 9968	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ*)
21	2	rexrd 9968	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ*)
22	1, 2, 5	ltled 10064	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≤ 𝐵)
23		lbicc2 12159	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ* ∧ 𝐵 ∈ ℝ* ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
24	20, 21, 22, 23	syl3anc 1318	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
25	6, 24	sseldd 3569	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝐷)
26		fveq2 6103	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 𝐴 → (𝐹‘𝑦) = (𝐹‘𝐴))
27	26	negeqd 10154	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = 𝐴 → -(𝐹‘𝑦) = -(𝐹‘𝐴))
28		negex 10158	. . . . . . 7 ⊢ -(𝐹‘𝐴) ∈ V
29	27, 8, 28	fvmpt 6191	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ 𝐷 → ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝐴) = -(𝐹‘𝐴))
30	25, 29	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝐴) = -(𝐹‘𝐴))
31		ivth2.9	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐹‘𝐵) < 𝑈 ∧ 𝑈 < (𝐹‘𝐴)))
32	31	simprd 478	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑈 < (𝐹‘𝐴))
33	17	ralrimiva 2949	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹‘𝑥) ∈ ℝ)
34		fveq2 6103	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = 𝐴 → (𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝐴))
35	34	eleq1d 2672	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝐴 → ((𝐹‘𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹‘𝐴) ∈ ℝ))
36	35	rspcv 3278	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵) → (∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹‘𝑥) ∈ ℝ → (𝐹‘𝐴) ∈ ℝ))
37	24, 33, 36	sylc 63	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝐴) ∈ ℝ)
38	3, 37	ltnegd 10484	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑈 < (𝐹‘𝐴) ↔ -(𝐹‘𝐴) < -𝑈))
39	32, 38	mpbid 221	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → -(𝐹‘𝐴) < -𝑈)
40	30, 39	eqbrtrd 4605	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝐴) < -𝑈)
41	31	simpld 474	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝐵) < 𝑈)
42		ubicc2 12160	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ* ∧ 𝐵 ∈ ℝ* ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) → 𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
43	20, 21, 22, 42	syl3anc 1318	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
44		fveq2 6103	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = 𝐵 → (𝐹‘𝑥) = (𝐹‘𝐵))
45	44	eleq1d 2672	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝐵 → ((𝐹‘𝑥) ∈ ℝ ↔ (𝐹‘𝐵) ∈ ℝ))
46	45	rspcv 3278	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵) → (∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)(𝐹‘𝑥) ∈ ℝ → (𝐹‘𝐵) ∈ ℝ))
47	43, 33, 46	sylc 63	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝐵) ∈ ℝ)
48	47, 3	ltnegd 10484	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((𝐹‘𝐵) < 𝑈 ↔ -𝑈 < -(𝐹‘𝐵)))
49	41, 48	mpbid 221	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → -𝑈 < -(𝐹‘𝐵))
50	6, 43	sseldd 3569	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ 𝐷)
51		fveq2 6103	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 𝐵 → (𝐹‘𝑦) = (𝐹‘𝐵))
52	51	negeqd 10154	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = 𝐵 → -(𝐹‘𝑦) = -(𝐹‘𝐵))
53		negex 10158	. . . . . . 7 ⊢ -(𝐹‘𝐵) ∈ V
54	52, 8, 53	fvmpt 6191	. . . . . 6 ⊢ (𝐵 ∈ 𝐷 → ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝐵) = -(𝐹‘𝐵))
55	50, 54	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝐵) = -(𝐹‘𝐵))
56	49, 55	breqtrrd 4611	. . . 4 ⊢ (𝜑 → -𝑈 < ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝐵))
57	40, 56	jca 553	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝐴) < -𝑈 ∧ -𝑈 < ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝐵)))
58	1, 2, 4, 5, 6, 10, 19, 57	ivth 23030	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝑐) = -𝑈)
59		ioossicc 12130	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴(,)𝐵) ⊆ (𝐴[,]𝐵)
60	59, 6	syl5ss 3579	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴(,)𝐵) ⊆ 𝐷)
61	60	sselda 3568	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑐 ∈ 𝐷)
62		fveq2 6103	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = 𝑐 → (𝐹‘𝑦) = (𝐹‘𝑐))
63	62	negeqd 10154	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = 𝑐 → -(𝐹‘𝑦) = -(𝐹‘𝑐))
64		negex 10158	. . . . . . 7 ⊢ -(𝐹‘𝑐) ∈ V
65	63, 8, 64	fvmpt 6191	. . . . . 6 ⊢ (𝑐 ∈ 𝐷 → ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝑐) = -(𝐹‘𝑐))
66	61, 65	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝑐) = -(𝐹‘𝑐))
67	66	eqeq1d 2612	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝑐) = -𝑈 ↔ -(𝐹‘𝑐) = -𝑈))
68		cncff 22504	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹 ∈ (𝐷–cn→ℂ) → 𝐹:𝐷⟶ℂ)
69	7, 68	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝐷⟶ℂ)
70	69	ffvelrnda 6267	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑐 ∈ 𝐷) → (𝐹‘𝑐) ∈ ℂ)
71	61, 70	syldan 486	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐹‘𝑐) ∈ ℂ)
72	3	recnd 9947	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑈 ∈ ℂ)
73	72	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → 𝑈 ∈ ℂ)
74	71, 73	neg11ad 10267	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (-(𝐹‘𝑐) = -𝑈 ↔ (𝐹‘𝑐) = 𝑈))
75	67, 74	bitrd 267	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝑐) = -𝑈 ↔ (𝐹‘𝑐) = 𝑈))
76	75	rexbidva 3031	. 2 ⊢ (𝜑 → (∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)((𝑦 ∈ 𝐷 ↦ -(𝐹‘𝑦))‘𝑐) = -𝑈 ↔ ∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)(𝐹‘𝑐) = 𝑈))
77	58, 76	mpbid 221	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑐 ∈ (𝐴(,)𝐵)(𝐹‘𝑐) = 𝑈)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 383   = wceq 1475   ∈ wcel 1977  ∀wral 2896  ∃wrex 2897   ⊆ wss 3540   class class class wbr 4583   ↦ cmpt 4643  ⟶wf 5800  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549  ℂcc 9813  ℝcr 9814  ℝ^*cxr 9952   < clt 9953   ≤ cle 9954  -cneg 10146  (,)cioo 12046  [,]cicc 12049  –cn→ccncf 22487

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-inf2 8421  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892  ax-pre-sup 9893  ax-mulf 9895

This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-iin 4458  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-se 4998  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-isom 5813  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-of 6795  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-supp 7183  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-2o 7448  df-oadd 7451  df-er 7629  df-map 7746  df-ixp 7795  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-fsupp 8159  df-fi 8200  df-sup 8231  df-inf 8232  df-oi 8298  df-card 8648  df-cda 8873  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-4 10958  df-5 10959  df-6 10960  df-7 10961  df-8 10962  df-9 10963  df-n0 11170  df-z 11255  df-dec 11370  df-uz 11564  df-q 11665  df-rp 11709  df-xneg 11822  df-xadd 11823  df-xmul 11824  df-ioo 12050  df-icc 12053  df-fz 12198  df-fzo 12335  df-seq 12664  df-exp 12723  df-hash 12980  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-struct 15697  df-ndx 15698  df-slot 15699  df-base 15700  df-sets 15701  df-ress 15702  df-plusg 15781  df-mulr 15782  df-starv 15783  df-sca 15784  df-vsca 15785  df-ip 15786  df-tset 15787  df-ple 15788  df-ds 15791  df-unif 15792  df-hom 15793  df-cco 15794  df-rest 15906  df-topn 15907  df-0g 15925  df-gsum 15926  df-topgen 15927  df-pt 15928  df-prds 15931  df-xrs 15985  df-qtop 15990  df-imas 15991  df-xps 15993  df-mre 16069  df-mrc 16070  df-acs 16072  df-mgm 17065  df-sgrp 17107  df-mnd 17118  df-submnd 17159  df-mulg 17364  df-cntz 17573  df-cmn 18018  df-psmet 19559  df-xmet 19560  df-met 19561  df-bl 19562  df-mopn 19563  df-cnfld 19568  df-top 20521  df-bases 20522  df-topon 20523  df-topsp 20524  df-cn 20841  df-cnp 20842  df-tx 21175  df-hmeo 21368  df-xms 21935  df-ms 21936  df-tms 21937  df-cncf 22489

This theorem is referenced by:  ivthle2  23033  pilem3  24011  signsply0  29954