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Theorem filbcmb

Description: Combine a finite set of lower bounds. (Contributed by Jeff Madsen, 2-Sep-2009)

Ref Expression
Assertion filbcmb ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 reex ⊢ ℝ ∈ V
2 1 ssex ⊢ B ⊆ ℝ → B ∈ V
3 indexfi ⊢ A ∈ Fin ∧ B ∈ V ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ w ∈ Fin w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
4 3 3expia ⊢ A ∈ Fin ∧ B ∈ V → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ w ∈ Fin w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
5 2 4 sylan2 ⊢ A ∈ Fin ∧ B ⊆ ℝ → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ w ∈ Fin w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
6 5 3adant2 ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ w ∈ Fin w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
7 r19.2z ⊢ A ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
8 rexn0 ⊢ ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → w ≠ ∅
9 8 rexlimivw ⊢ ∃ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → w ≠ ∅
10 7 9 syl ⊢ A ≠ ∅ ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → w ≠ ∅
11 10 ex ⊢ A ≠ ∅ → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → w ≠ ∅
12 11 3ad2ant2 ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → w ≠ ∅
13 12 ad2antrr ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin ∧ w ⊆ B → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → w ≠ ∅
14 sstr ⊢ w ⊆ B ∧ B ⊆ ℝ → w ⊆ ℝ
15 14 ancoms ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B → w ⊆ ℝ
16 fimaxre ⊢ w ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin ∧ w ≠ ∅ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
17 16 3expia ⊢ w ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin → w ≠ ∅ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
18 15 17 sylan ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ w ∈ Fin → w ≠ ∅ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
19 18 anasss ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ w ∈ Fin → w ≠ ∅ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
20 19 ancom2s ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin ∧ w ⊆ B → w ≠ ∅ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
21 20 3ad2antl3 ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin ∧ w ⊆ B → w ≠ ∅ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
22 21 anassrs ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin ∧ w ⊆ B → w ≠ ∅ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
23 13 22 syld ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin ∧ w ⊆ B → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
24 23 a1dd ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin ∧ w ⊆ B → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
25 24 ex ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin → w ⊆ B → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
26 25 3impd ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin → w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y
27 nfv ⊢ Ⅎ y B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B
28 nfcv ⊢ Ⅎ _ y A
29 nfre1 ⊢ Ⅎ y ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
30 28 29 nfralw ⊢ Ⅎ y ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
31 27 30 nfan ⊢ Ⅎ y B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
32 nfv ⊢ Ⅎ z B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B
33 nfcv ⊢ Ⅎ _ z A
34 nfcv ⊢ Ⅎ _ z w
35 nfra1 ⊢ Ⅎ z ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
36 34 35 nfrexw ⊢ Ⅎ z ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
37 33 36 nfralw ⊢ Ⅎ z ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
38 32 37 nfan ⊢ Ⅎ z B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ
39 nfv ⊢ Ⅎ z y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y
40 38 39 nfan ⊢ Ⅎ z B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y
41 breq1 ⊢ y = v → y ≤ z ↔ v ≤ z
42 41 imbi1d ⊢ y = v → y ≤ z → φ ↔ v ≤ z → φ
43 42 ralbidv ⊢ y = v → ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ↔ ∀ z ∈ B v ≤ z → φ
44 43 cbvrexvw ⊢ ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ↔ ∃ v ∈ w ∀ z ∈ B v ≤ z → φ
45 rsp ⊢ ∀ z ∈ B v ≤ z → φ → z ∈ B → v ≤ z → φ
46 ssel2 ⊢ w ⊆ B ∧ v ∈ w → v ∈ B
47 ssel2 ⊢ B ⊆ ℝ ∧ v ∈ B → v ∈ ℝ
48 46 47 sylan2 ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ v ∈ w → v ∈ ℝ
49 48 anassrs ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ v ∈ w → v ∈ ℝ
50 49 adantlr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ v ∈ w → v ∈ ℝ
51 50 adantlr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ v ∈ w → v ∈ ℝ
52 ssel2 ⊢ w ⊆ B ∧ y ∈ w → y ∈ B
53 ssel2 ⊢ B ⊆ ℝ ∧ y ∈ B → y ∈ ℝ
54 52 53 sylan2 ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w → y ∈ ℝ
55 54 anassrs ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w → y ∈ ℝ
56 55 adantrr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y → y ∈ ℝ
57 56 ad2antrr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ v ∈ w → y ∈ ℝ
58 ssel2 ⊢ B ⊆ ℝ ∧ z ∈ B → z ∈ ℝ
59 58 adantlr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ z ∈ B → z ∈ ℝ
60 59 ad2ant2r ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z → z ∈ ℝ
61 60 adantr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ v ∈ w → z ∈ ℝ
62 breq1 ⊢ u = v → u ≤ y ↔ v ≤ y
63 62 rspccva ⊢ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ v ∈ w → v ≤ y
64 63 adantll ⊢ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ v ∈ w → v ≤ y
65 64 adantll ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ v ∈ w → v ≤ y
66 65 adantlr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ v ∈ w → v ≤ y
67 simplrr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ v ∈ w → y ≤ z
68 51 57 61 66 67 letrd ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ v ∈ w → v ≤ z
69 pm2.27 ⊢ z ∈ B → z ∈ B → v ≤ z → φ → v ≤ z → φ
70 69 adantr ⊢ z ∈ B ∧ y ≤ z → z ∈ B → v ≤ z → φ → v ≤ z → φ
71 70 ad2antlr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ v ∈ w → z ∈ B → v ≤ z → φ → v ≤ z → φ
72 68 71 mpid ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ v ∈ w → z ∈ B → v ≤ z → φ → φ
73 45 72 syl5 ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ v ∈ w → ∀ z ∈ B v ≤ z → φ → φ
74 73 adantlr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ x ∈ A ∧ v ∈ w → ∀ z ∈ B v ≤ z → φ → φ
75 74 rexlimdva ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ x ∈ A → ∃ v ∈ w ∀ z ∈ B v ≤ z → φ → φ
76 44 75 biimtrid ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ x ∈ A → ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → φ
77 76 ralimdva ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∀ x ∈ A φ
78 77 imp ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∀ x ∈ A φ
79 78 an32s ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ z ∈ B ∧ y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
80 79 exp32 ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → z ∈ B → y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
81 80 an32s ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y → z ∈ B → y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
82 40 81 ralrimi ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ y ∈ w ∧ ∀ u ∈ w u ≤ y → ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
83 82 exp32 ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → y ∈ w → ∀ u ∈ w u ≤ y → ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
84 31 83 reximdai ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y → ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
85 84 adantrr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y → ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
86 ssrexv ⊢ w ⊆ B → ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
87 86 ad2antlr ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
88 85 87 syld ⊢ B ⊆ ℝ ∧ w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
89 88 exp43 ⊢ B ⊆ ℝ → w ⊆ B → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
90 89 3impd ⊢ B ⊆ ℝ → w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
91 90 3ad2ant3 ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ → w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
92 91 adantr ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin → w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ w ∀ u ∈ w u ≤ y → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
93 26 92 mpdd ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ ∧ w ∈ Fin → w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
94 93 rexlimdva ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ → ∃ w ∈ Fin w ⊆ B ∧ ∀ x ∈ A ∃ y ∈ w ∀ z ∈ B y ≤ z → φ ∧ ∀ y ∈ w ∃ x ∈ A ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ
95 6 94 syld ⊢ A ∈ Fin ∧ A ≠ ∅ ∧ B ⊆ ℝ → ∀ x ∈ A ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → φ → ∃ y ∈ B ∀ z ∈ B y ≤ z → ∀ x ∈ A φ