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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 xφ
infrpge.a φA*
infrpge.an0 φA
infrpge.bnd φxyAxy
infrpge.b φB+
Assertion infrpge φzAzsupA*<+𝑒B

Proof

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