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Theorem infrpge

Description: The infimum of a nonempty, bounded subset of extended reals can be approximated from above by an element of the set. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Oct-2020)

Ref Expression
Hypotheses infrpge.xph x φ
infrpge.a φ A *
infrpge.an0 φ A
infrpge.bnd φ x y A x y
infrpge.b φ B +
Assertion infrpge φ z A z sup A * < + 𝑒 B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 infrpge.xph x φ
2 infrpge.a φ A *
3 infrpge.an0 φ A
4 infrpge.bnd φ x y A x y
5 infrpge.b φ B +
6 n0 A z z A
7 6 biimpi A z z A
8 3 7 syl φ z z A
9 8 adantr φ sup A * < = +∞ z z A
10 nfv z φ sup A * < = +∞
11 simpr φ sup A * < = +∞ z A z A
12 2 adantr φ z A A *
13 simpr φ z A z A
14 12 13 sseldd φ z A z *
15 pnfge z * z +∞
16 14 15 syl φ z A z +∞
17 16 adantlr φ sup A * < = +∞ z A z +∞
18 oveq1 sup A * < = +∞ sup A * < + 𝑒 B = +∞ + 𝑒 B
19 18 adantl φ sup A * < = +∞ sup A * < + 𝑒 B = +∞ + 𝑒 B
20 5 rpxrd φ B *
21 5 rpred φ B
22 renemnf B B −∞
23 21 22 syl φ B −∞
24 xaddpnf2 B * B −∞ +∞ + 𝑒 B = +∞
25 20 23 24 syl2anc φ +∞ + 𝑒 B = +∞
26 25 adantr φ sup A * < = +∞ +∞ + 𝑒 B = +∞
27 19 26 eqtr2d φ sup A * < = +∞ +∞ = sup A * < + 𝑒 B
28 27 adantr φ sup A * < = +∞ z A +∞ = sup A * < + 𝑒 B
29 17 28 breqtrd φ sup A * < = +∞ z A z sup A * < + 𝑒 B
30 11 29 jca φ sup A * < = +∞ z A z A z sup A * < + 𝑒 B
31 30 ex φ sup A * < = +∞ z A z A z sup A * < + 𝑒 B
32 10 31 eximd φ sup A * < = +∞ z z A z z A z sup A * < + 𝑒 B
33 9 32 mpd φ sup A * < = +∞ z z A z sup A * < + 𝑒 B
34 df-rex z A z sup A * < + 𝑒 B z z A z sup A * < + 𝑒 B
35 33 34 sylibr φ sup A * < = +∞ z A z sup A * < + 𝑒 B
36 simpl φ ¬ sup A * < = +∞ φ
37 nfv x −∞ < sup A * <
38 mnfxr −∞ *
39 38 a1i φ x y A x y −∞ *
40 rexr x x *
41 40 3ad2ant2 φ x y A x y x *
42 infxrcl A * sup A * < *
43 2 42 syl φ sup A * < *
44 43 3ad2ant1 φ x y A x y sup A * < *
45 mnflt x −∞ < x
46 45 3ad2ant2 φ x y A x y −∞ < x
47 simp3 φ x y A x y y A x y
48 2 adantr φ x A *
49 40 adantl φ x x *
50 infxrgelb A * x * x sup A * < y A x y
51 48 49 50 syl2anc φ x x sup A * < y A x y
52 51 3adant3 φ x y A x y x sup A * < y A x y
53 47 52 mpbird φ x y A x y x sup A * <
54 39 41 44 46 53 xrltletrd φ x y A x y −∞ < sup A * <
55 54 3exp φ x y A x y −∞ < sup A * <
56 1 37 55 rexlimd φ x y A x y −∞ < sup A * <
57 4 56 mpd φ −∞ < sup A * <
58 57 adantr φ ¬ sup A * < = +∞ −∞ < sup A * <
59 neqne ¬ sup A * < = +∞ sup A * < +∞
60 59 adantl φ ¬ sup A * < = +∞ sup A * < +∞
61 43 adantr φ ¬ sup A * < = +∞ sup A * < *
62 60 61 nepnfltpnf φ ¬ sup A * < = +∞ sup A * < < +∞
63 58 62 jca φ ¬ sup A * < = +∞ −∞ < sup A * < sup A * < < +∞
64 xrrebnd sup A * < * sup A * < −∞ < sup A * < sup A * < < +∞
65 43 64 syl φ sup A * < −∞ < sup A * < sup A * < < +∞
66 65 adantr φ ¬ sup A * < = +∞ sup A * < −∞ < sup A * < sup A * < < +∞
67 63 66 mpbird φ ¬ sup A * < = +∞ sup A * <
68 simpr φ sup A * < sup A * <
69 5 adantr φ sup A * < B +
70 68 69 ltaddrpd φ sup A * < sup A * < < sup A * < + B
71 21 adantr φ sup A * < B
72 rexadd sup A * < B sup A * < + 𝑒 B = sup A * < + B
73 68 71 72 syl2anc φ sup A * < sup A * < + 𝑒 B = sup A * < + B
74 73 eqcomd φ sup A * < sup A * < + B = sup A * < + 𝑒 B
75 70 74 breqtrd φ sup A * < sup A * < < sup A * < + 𝑒 B
76 43 adantr φ sup A * < sup A * < *
77 43 20 xaddcld φ sup A * < + 𝑒 B *
78 77 adantr φ sup A * < sup A * < + 𝑒 B *
79 xrltnle sup A * < * sup A * < + 𝑒 B * sup A * < < sup A * < + 𝑒 B ¬ sup A * < + 𝑒 B sup A * <
80 76 78 79 syl2anc φ sup A * < sup A * < < sup A * < + 𝑒 B ¬ sup A * < + 𝑒 B sup A * <
81 75 80 mpbid φ sup A * < ¬ sup A * < + 𝑒 B sup A * <
82 36 67 81 syl2anc φ ¬ sup A * < = +∞ ¬ sup A * < + 𝑒 B sup A * <
83 simpr φ ¬ sup A * < + 𝑒 B sup A * < ¬ sup A * < + 𝑒 B sup A * <
84 simpl φ ¬ sup A * < + 𝑒 B sup A * < φ
85 infxrgelb A * sup A * < + 𝑒 B * sup A * < + 𝑒 B sup A * < z A sup A * < + 𝑒 B z
86 2 77 85 syl2anc φ sup A * < + 𝑒 B sup A * < z A sup A * < + 𝑒 B z
87 84 86 syl φ ¬ sup A * < + 𝑒 B sup A * < sup A * < + 𝑒 B sup A * < z A sup A * < + 𝑒 B z
88 83 87 mtbid φ ¬ sup A * < + 𝑒 B sup A * < ¬ z A sup A * < + 𝑒 B z
89 rexnal z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z ¬ z A sup A * < + 𝑒 B z
90 88 89 sylibr φ ¬ sup A * < + 𝑒 B sup A * < z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z
91 36 82 90 syl2anc φ ¬ sup A * < = +∞ z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z
92 14 adantr φ z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z z *
93 77 ad2antrr φ z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z sup A * < + 𝑒 B *
94 simpr φ z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z ¬ sup A * < + 𝑒 B z
95 xrltnle z * sup A * < + 𝑒 B * z < sup A * < + 𝑒 B ¬ sup A * < + 𝑒 B z
96 92 93 95 syl2anc φ z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z z < sup A * < + 𝑒 B ¬ sup A * < + 𝑒 B z
97 94 96 mpbird φ z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z z < sup A * < + 𝑒 B
98 92 93 97 xrltled φ z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z z sup A * < + 𝑒 B
99 98 ex φ z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z z sup A * < + 𝑒 B
100 99 adantlr φ ¬ sup A * < = +∞ z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z z sup A * < + 𝑒 B
101 100 reximdva φ ¬ sup A * < = +∞ z A ¬ sup A * < + 𝑒 B z z A z sup A * < + 𝑒 B
102 91 101 mpd φ ¬ sup A * < = +∞ z A z sup A * < + 𝑒 B
103 35 102 pm2.61dan φ z A z sup A * < + 𝑒 B