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Theorem infrenegsup

Description: The infimum of a set of reals A is the negative of the supremum of the negatives of its elements. The antecedent ensures that A is nonempty and has a lower bound. (Contributed by NM, 14-Jun-2005) (Revised by AV, 4-Sep-2020)

Ref Expression
Assertion infrenegsup ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → inf A ℝ < = − sup z ∈ ℝ | − z ∈ A ℝ <

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 infrecl ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → inf A ℝ < ∈ ℝ
2 1 recnd ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → inf A ℝ < ∈ ℂ
3 2 negnegd ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → − − inf A ℝ < = inf A ℝ <
4 negeq ⊢ w = z → − w = − z
5 4 cbvmptv ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w = z ∈ ℝ ⟼ − z
6 5 mptpreima ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w -1 A = z ∈ ℝ | − z ∈ A
7 eqid ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w = w ∈ ℝ ⟼ − w
8 7 negiso ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w Isom < , < -1 ℝ ℝ ∧ w ∈ ℝ ⟼ − w -1 = w ∈ ℝ ⟼ − w
9 8 simpri ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w -1 = w ∈ ℝ ⟼ − w
10 9 imaeq1i ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w -1 A = w ∈ ℝ ⟼ − w A
11 6 10 eqtr3i ⊢ z ∈ ℝ | − z ∈ A = w ∈ ℝ ⟼ − w A
12 11 supeq1i ⊢ sup z ∈ ℝ | − z ∈ A ℝ < = sup w ∈ ℝ ⟼ − w A ℝ <
13 8 simpli ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w Isom < , < -1 ℝ ℝ
14 isocnv ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w Isom < , < -1 ℝ ℝ → w ∈ ℝ ⟼ − w -1 Isom < -1 , < ℝ ℝ
15 13 14 ax-mp ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w -1 Isom < -1 , < ℝ ℝ
16 isoeq1 ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w -1 = w ∈ ℝ ⟼ − w → w ∈ ℝ ⟼ − w -1 Isom < -1 , < ℝ ℝ ↔ w ∈ ℝ ⟼ − w Isom < -1 , < ℝ ℝ
17 9 16 ax-mp ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w -1 Isom < -1 , < ℝ ℝ ↔ w ∈ ℝ ⟼ − w Isom < -1 , < ℝ ℝ
18 15 17 mpbi ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w Isom < -1 , < ℝ ℝ
19 18 a1i ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → w ∈ ℝ ⟼ − w Isom < -1 , < ℝ ℝ
20 simp1 ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → A ⊆ ℝ
21 infm3 ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A ¬ y < x ∧ ∀ y ∈ ℝ x < y → ∃ z ∈ A z < y
22 vex ⊢ x ∈ V
23 vex ⊢ y ∈ V
24 22 23 brcnv ⊢ x < -1 y ↔ y < x
25 24 notbii ⊢ ¬ x < -1 y ↔ ¬ y < x
26 25 ralbii ⊢ ∀ y ∈ A ¬ x < -1 y ↔ ∀ y ∈ A ¬ y < x
27 23 22 brcnv ⊢ y < -1 x ↔ x < y
28 vex ⊢ z ∈ V
29 23 28 brcnv ⊢ y < -1 z ↔ z < y
30 29 rexbii ⊢ ∃ z ∈ A y < -1 z ↔ ∃ z ∈ A z < y
31 27 30 imbi12i ⊢ y < -1 x → ∃ z ∈ A y < -1 z ↔ x < y → ∃ z ∈ A z < y
32 31 ralbii ⊢ ∀ y ∈ ℝ y < -1 x → ∃ z ∈ A y < -1 z ↔ ∀ y ∈ ℝ x < y → ∃ z ∈ A z < y
33 26 32 anbi12i ⊢ ∀ y ∈ A ¬ x < -1 y ∧ ∀ y ∈ ℝ y < -1 x → ∃ z ∈ A y < -1 z ↔ ∀ y ∈ A ¬ y < x ∧ ∀ y ∈ ℝ x < y → ∃ z ∈ A z < y
34 33 rexbii ⊢ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A ¬ x < -1 y ∧ ∀ y ∈ ℝ y < -1 x → ∃ z ∈ A y < -1 z ↔ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A ¬ y < x ∧ ∀ y ∈ ℝ x < y → ∃ z ∈ A z < y
35 21 34 sylibr ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A ¬ x < -1 y ∧ ∀ y ∈ ℝ y < -1 x → ∃ z ∈ A y < -1 z
36 gtso ⊢ < -1 Or ℝ
37 36 a1i ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → < -1 Or ℝ
38 19 20 35 37 supiso ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → sup w ∈ ℝ ⟼ − w A ℝ < = w ∈ ℝ ⟼ − w ⁡ sup A ℝ < -1
39 12 38 eqtrid ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → sup z ∈ ℝ | − z ∈ A ℝ < = w ∈ ℝ ⟼ − w ⁡ sup A ℝ < -1
40 df-inf ⊢ inf A ℝ < = sup A ℝ < -1
41 40 eqcomi ⊢ sup A ℝ < -1 = inf A ℝ <
42 41 fveq2i ⊢ w ∈ ℝ ⟼ − w ⁡ sup A ℝ < -1 = w ∈ ℝ ⟼ − w ⁡ inf A ℝ <
43 negeq ⊢ w = inf A ℝ < → − w = − inf A ℝ <
44 negex ⊢ − inf A ℝ < ∈ V
45 43 7 44 fvmpt ⊢ inf A ℝ < ∈ ℝ → w ∈ ℝ ⟼ − w ⁡ inf A ℝ < = − inf A ℝ <
46 42 45 eqtrid ⊢ inf A ℝ < ∈ ℝ → w ∈ ℝ ⟼ − w ⁡ sup A ℝ < -1 = − inf A ℝ <
47 1 46 syl ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → w ∈ ℝ ⟼ − w ⁡ sup A ℝ < -1 = − inf A ℝ <
48 39 47 eqtr2d ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → − inf A ℝ < = sup z ∈ ℝ | − z ∈ A ℝ <
49 48 negeqd ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → − − inf A ℝ < = − sup z ∈ ℝ | − z ∈ A ℝ <
50 3 49 eqtr3d ⊢ A ⊆ ℝ ∧ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ A x ≤ y → inf A ℝ < = − sup z ∈ ℝ | − z ∈ A ℝ <