Metamath Proof Explorer


Theorem dvferm2

Description: One-sided version of dvferm . A point U which is the local maximum of its left neighborhood has derivative at least zero. (Contributed by Mario Carneiro, 24-Feb-2015) (Proof shortened by Mario Carneiro, 28-Dec-2016)

Ref Expression
Hypotheses dvferm.a ⊢ φ → F : X ⟶ ℝ
dvferm.b ⊢ φ → X ⊆ ℝ
dvferm.u ⊢ φ → U ∈ A B
dvferm.s ⊢ φ → A B ⊆ X
dvferm.d ⊢ φ → U ∈ dom ⁡ F ℝ ′
dvferm2.r ⊢ φ → ∀ y ∈ A U F ⁡ y ≤ F ⁡ U
Assertion dvferm2 ⊢ φ → 0 ≤ F ℝ ′ ⁡ U

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvferm.a ⊢ φ → F : X ⟶ ℝ
2 dvferm.b ⊢ φ → X ⊆ ℝ
3 dvferm.u ⊢ φ → U ∈ A B
4 dvferm.s ⊢ φ → A B ⊆ X
5 dvferm.d ⊢ φ → U ∈ dom ⁡ F ℝ ′
6 dvferm2.r ⊢ φ → ∀ y ∈ A U F ⁡ y ≤ F ⁡ U
7 fveq2 ⊢ x = z → F ⁡ x = F ⁡ z
8 7 oveq1d ⊢ x = z → F ⁡ x − F ⁡ U = F ⁡ z − F ⁡ U
9 oveq1 ⊢ x = z → x − U = z − U
10 8 9 oveq12d ⊢ x = z → F ⁡ x − F ⁡ U x − U = F ⁡ z − F ⁡ U z − U
11 eqid ⊢ x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U = x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U
12 ovex ⊢ F ⁡ z − F ⁡ U z − U ∈ V
13 10 11 12 fvmpt ⊢ z ∈ X ∖ U → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U ⁡ z = F ⁡ z − F ⁡ U z − U
14 13 fvoveq1d ⊢ z ∈ X ∖ U → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U ⁡ z − F ℝ ′ ⁡ U = F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U
15 id ⊢ y = − F ℝ ′ ⁡ U → y = − F ℝ ′ ⁡ U
16 14 15 breqan12rd ⊢ y = − F ℝ ′ ⁡ U ∧ z ∈ X ∖ U → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U ⁡ z − F ℝ ′ ⁡ U < y ↔ F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U
17 16 imbi2d ⊢ y = − F ℝ ′ ⁡ U ∧ z ∈ X ∖ U → z ≠ U ∧ z − U < u → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U ⁡ z − F ℝ ′ ⁡ U < y ↔ z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U
18 17 ralbidva ⊢ y = − F ℝ ′ ⁡ U → ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U ⁡ z − F ℝ ′ ⁡ U < y ↔ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U
19 18 rexbidv ⊢ y = − F ℝ ′ ⁡ U → ∃ u ∈ ℝ + ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U ⁡ z − F ℝ ′ ⁡ U < y ↔ ∃ u ∈ ℝ + ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U
20 dvf ⊢ F ℝ ′ : dom ⁡ F ℝ ′ ⟶ ℂ
21 ffun ⊢ F ℝ ′ : dom ⁡ F ℝ ′ ⟶ ℂ → Fun ⁡ F ℝ ′
22 funfvbrb ⊢ Fun ⁡ F ℝ ′ → U ∈ dom ⁡ F ℝ ′ ↔ U F ℝ ′ F ℝ ′ ⁡ U
23 20 21 22 mp2b ⊢ U ∈ dom ⁡ F ℝ ′ ↔ U F ℝ ′ F ℝ ′ ⁡ U
24 5 23 sylib ⊢ φ → U F ℝ ′ F ℝ ′ ⁡ U
25 eqid ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ = TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ
26 eqid ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld = TopOpen ⁡ ℂ fld
27 ax-resscn ⊢ ℝ ⊆ ℂ
28 27 a1i ⊢ φ → ℝ ⊆ ℂ
29 fss ⊢ F : X ⟶ ℝ ∧ ℝ ⊆ ℂ → F : X ⟶ ℂ
30 1 27 29 sylancl ⊢ φ → F : X ⟶ ℂ
31 25 26 11 28 30 2 eldv ⊢ φ → U F ℝ ′ F ℝ ′ ⁡ U ↔ U ∈ int ⁡ TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ ⁡ X ∧ F ℝ ′ ⁡ U ∈ x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U lim ℂ U
32 24 31 mpbid ⊢ φ → U ∈ int ⁡ TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ ⁡ X ∧ F ℝ ′ ⁡ U ∈ x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U lim ℂ U
33 32 simprd ⊢ φ → F ℝ ′ ⁡ U ∈ x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U lim ℂ U
34 33 adantr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → F ℝ ′ ⁡ U ∈ x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U lim ℂ U
35 2 27 sstrdi ⊢ φ → X ⊆ ℂ
36 4 3 sseldd ⊢ φ → U ∈ X
37 30 35 36 dvlem ⊢ φ ∧ x ∈ X ∖ U → F ⁡ x − F ⁡ U x − U ∈ ℂ
38 37 fmpttd ⊢ φ → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U : X ∖ U ⟶ ℂ
39 38 adantr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U : X ∖ U ⟶ ℂ
40 35 adantr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → X ⊆ ℂ
41 40 ssdifssd ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → X ∖ U ⊆ ℂ
42 35 36 sseldd ⊢ φ → U ∈ ℂ
43 42 adantr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → U ∈ ℂ
44 39 41 43 ellimc3 ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → F ℝ ′ ⁡ U ∈ x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U lim ℂ U ↔ F ℝ ′ ⁡ U ∈ ℂ ∧ ∀ y ∈ ℝ + ∃ u ∈ ℝ + ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U ⁡ z − F ℝ ′ ⁡ U < y
45 34 44 mpbid ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → F ℝ ′ ⁡ U ∈ ℂ ∧ ∀ y ∈ ℝ + ∃ u ∈ ℝ + ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U ⁡ z − F ℝ ′ ⁡ U < y
46 45 simprd ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → ∀ y ∈ ℝ + ∃ u ∈ ℝ + ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → x ∈ X ∖ U ⟼ F ⁡ x − F ⁡ U x − U ⁡ z − F ℝ ′ ⁡ U < y
47 dvfre ⊢ F : X ⟶ ℝ ∧ X ⊆ ℝ → F ℝ ′ : dom ⁡ F ℝ ′ ⟶ ℝ
48 1 2 47 syl2anc ⊢ φ → F ℝ ′ : dom ⁡ F ℝ ′ ⟶ ℝ
49 48 5 ffvelcdmd ⊢ φ → F ℝ ′ ⁡ U ∈ ℝ
50 49 adantr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → F ℝ ′ ⁡ U ∈ ℝ
51 50 renegcld ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → − F ℝ ′ ⁡ U ∈ ℝ
52 49 lt0neg1d ⊢ φ → F ℝ ′ ⁡ U < 0 ↔ 0 < − F ℝ ′ ⁡ U
53 52 biimpa ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → 0 < − F ℝ ′ ⁡ U
54 51 53 elrpd ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → − F ℝ ′ ⁡ U ∈ ℝ +
55 19 46 54 rspcdva ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → ∃ u ∈ ℝ + ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U
56 1 ad3antrrr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + ∧ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U → F : X ⟶ ℝ
57 2 ad3antrrr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + ∧ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U → X ⊆ ℝ
58 3 ad3antrrr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + ∧ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U → U ∈ A B
59 4 ad3antrrr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + ∧ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U → A B ⊆ X
60 5 ad3antrrr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + ∧ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U → U ∈ dom ⁡ F ℝ ′
61 6 ad3antrrr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + ∧ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U → ∀ y ∈ A U F ⁡ y ≤ F ⁡ U
62 simpllr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + ∧ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U → F ℝ ′ ⁡ U < 0
63 simplr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + ∧ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U → u ∈ ℝ +
64 simpr ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + ∧ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U → ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U
65 eqid ⊢ if A ≤ U − u U − u A + U 2 = if A ≤ U − u U − u A + U 2
66 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 dvferm2lem ⊢ ¬ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + ∧ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U
67 66 imnani ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 ∧ u ∈ ℝ + → ¬ ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U
68 67 nrexdv ⊢ φ ∧ F ℝ ′ ⁡ U < 0 → ¬ ∃ u ∈ ℝ + ∀ z ∈ X ∖ U z ≠ U ∧ z − U < u → F ⁡ z − F ⁡ U z − U − F ℝ ′ ⁡ U < − F ℝ ′ ⁡ U
69 55 68 pm2.65da ⊢ φ → ¬ F ℝ ′ ⁡ U < 0
70 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
71 lenlt ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ F ℝ ′ ⁡ U ∈ ℝ → 0 ≤ F ℝ ′ ⁡ U ↔ ¬ F ℝ ′ ⁡ U < 0
72 70 49 71 sylancr ⊢ φ → 0 ≤ F ℝ ′ ⁡ U ↔ ¬ F ℝ ′ ⁡ U < 0
73 69 72 mpbird ⊢ φ → 0 ≤ F ℝ ′ ⁡ U