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Theorem evth2

Description: The Extreme Value Theorem, minimum version. A continuous function from a nonempty compact topological space to the reals attains its minimum at some point in the domain. (Contributed by Mario Carneiro, 12-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses bndth.1 ⊢ X = ⋃ J
bndth.2 ⊢ K = topGen ⁡ ran ⁡ .
bndth.3 ⊢ φ → J ∈ Comp
bndth.4 ⊢ φ → F ∈ J Cn K
evth.5 ⊢ φ → X ≠ ∅
Assertion evth2 ⊢ φ → ∃ x ∈ X ∀ y ∈ X F ⁡ x ≤ F ⁡ y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 bndth.1 ⊢ X = ⋃ J
2 bndth.2 ⊢ K = topGen ⁡ ran ⁡ .
3 bndth.3 ⊢ φ → J ∈ Comp
4 bndth.4 ⊢ φ → F ∈ J Cn K
5 evth.5 ⊢ φ → X ≠ ∅
6 cmptop ⊢ J ∈ Comp → J ∈ Top
7 3 6 syl ⊢ φ → J ∈ Top
8 1 toptopon ⊢ J ∈ Top ↔ J ∈ TopOn ⁡ X
9 7 8 sylib ⊢ φ → J ∈ TopOn ⁡ X
10 uniretop ⊢ ℝ = ⋃ topGen ⁡ ran ⁡ .
11 2 unieqi ⊢ ⋃ K = ⋃ topGen ⁡ ran ⁡ .
12 10 11 eqtr4i ⊢ ℝ = ⋃ K
13 1 12 cnf ⊢ F ∈ J Cn K → F : X ⟶ ℝ
14 4 13 syl ⊢ φ → F : X ⟶ ℝ
15 14 feqmptd ⊢ φ → F = z ∈ X ⟼ F ⁡ z
16 15 4 eqeltrrd ⊢ φ → z ∈ X ⟼ F ⁡ z ∈ J Cn K
17 retopon ⊢ topGen ⁡ ran ⁡ . ∈ TopOn ⁡ ℝ
18 2 17 eqeltri ⊢ K ∈ TopOn ⁡ ℝ
19 18 a1i ⊢ φ → K ∈ TopOn ⁡ ℝ
20 eqid ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld = TopOpen ⁡ ℂ fld
21 20 cnfldtopon ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld ∈ TopOn ⁡ ℂ
22 21 a1i ⊢ φ → TopOpen ⁡ ℂ fld ∈ TopOn ⁡ ℂ
23 0cnd ⊢ φ → 0 ∈ ℂ
24 19 22 23 cnmptc ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ 0 ∈ K Cn TopOpen ⁡ ℂ fld
25 tgioo4 ⊢ topGen ⁡ ran ⁡ . = TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ
26 2 25 eqtri ⊢ K = TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ
27 ax-resscn ⊢ ℝ ⊆ ℂ
28 27 a1i ⊢ φ → ℝ ⊆ ℂ
29 22 cnmptid ⊢ φ → y ∈ ℂ ⟼ y ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld Cn TopOpen ⁡ ℂ fld
30 26 22 28 29 cnmpt1res ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ y ∈ K Cn TopOpen ⁡ ℂ fld
31 20 subcn ⊢ − ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld × t TopOpen ⁡ ℂ fld Cn TopOpen ⁡ ℂ fld
32 31 a1i ⊢ φ → − ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld × t TopOpen ⁡ ℂ fld Cn TopOpen ⁡ ℂ fld
33 19 24 30 32 cnmpt12f ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ 0 − y ∈ K Cn TopOpen ⁡ ℂ fld
34 df-neg ⊢ − y = 0 − y
35 renegcl ⊢ y ∈ ℝ → − y ∈ ℝ
36 34 35 eqeltrrid ⊢ y ∈ ℝ → 0 − y ∈ ℝ
37 36 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → 0 − y ∈ ℝ
38 37 fmpttd ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ 0 − y : ℝ ⟶ ℝ
39 38 frnd ⊢ φ → ran ⁡ y ∈ ℝ ⟼ 0 − y ⊆ ℝ
40 cnrest2 ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld ∈ TopOn ⁡ ℂ ∧ ran ⁡ y ∈ ℝ ⟼ 0 − y ⊆ ℝ ∧ ℝ ⊆ ℂ → y ∈ ℝ ⟼ 0 − y ∈ K Cn TopOpen ⁡ ℂ fld ↔ y ∈ ℝ ⟼ 0 − y ∈ K Cn TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ
41 22 39 28 40 syl3anc ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ 0 − y ∈ K Cn TopOpen ⁡ ℂ fld ↔ y ∈ ℝ ⟼ 0 − y ∈ K Cn TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ
42 33 41 mpbid ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ 0 − y ∈ K Cn TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ
43 26 oveq2i ⊢ K Cn K = K Cn TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ
44 42 43 eleqtrrdi ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ 0 − y ∈ K Cn K
45 negeq ⊢ y = F ⁡ z → − y = − F ⁡ z
46 34 45 eqtr3id ⊢ y = F ⁡ z → 0 − y = − F ⁡ z
47 9 16 19 44 46 cnmpt11 ⊢ φ → z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ∈ J Cn K
48 1 2 3 47 5 evth ⊢ φ → ∃ x ∈ X ∀ y ∈ X z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ y ≤ z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ x
49 fveq2 ⊢ z = y → F ⁡ z = F ⁡ y
50 49 negeqd ⊢ z = y → − F ⁡ z = − F ⁡ y
51 eqid ⊢ z ∈ X ⟼ − F ⁡ z = z ∈ X ⟼ − F ⁡ z
52 negex ⊢ − F ⁡ y ∈ V
53 50 51 52 fvmpt ⊢ y ∈ X → z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ y = − F ⁡ y
54 53 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ y = − F ⁡ y
55 fveq2 ⊢ z = x → F ⁡ z = F ⁡ x
56 55 negeqd ⊢ z = x → − F ⁡ z = − F ⁡ x
57 negex ⊢ − F ⁡ x ∈ V
58 56 51 57 fvmpt ⊢ x ∈ X → z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ x = − F ⁡ x
59 58 ad2antlr ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ x = − F ⁡ x
60 54 59 breq12d ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ y ≤ z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ x ↔ − F ⁡ y ≤ − F ⁡ x
61 14 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ x ∈ X → F ⁡ x ∈ ℝ
62 61 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → F ⁡ x ∈ ℝ
63 14 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ y ∈ X → F ⁡ y ∈ ℝ
64 63 adantlr ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → F ⁡ y ∈ ℝ
65 62 64 lenegd ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → F ⁡ x ≤ F ⁡ y ↔ − F ⁡ y ≤ − F ⁡ x
66 60 65 bitr4d ⊢ φ ∧ x ∈ X ∧ y ∈ X → z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ y ≤ z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ x ↔ F ⁡ x ≤ F ⁡ y
67 66 ralbidva ⊢ φ ∧ x ∈ X → ∀ y ∈ X z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ y ≤ z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ x ↔ ∀ y ∈ X F ⁡ x ≤ F ⁡ y
68 67 rexbidva ⊢ φ → ∃ x ∈ X ∀ y ∈ X z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ y ≤ z ∈ X ⟼ − F ⁡ z ⁡ x ↔ ∃ x ∈ X ∀ y ∈ X F ⁡ x ≤ F ⁡ y
69 48 68 mpbid ⊢ φ → ∃ x ∈ X ∀ y ∈ X F ⁡ x ≤ F ⁡ y