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Theorem ivth2

Description: The intermediate value theorem, decreasing case. (Contributed by Paul Chapman, 22-Jan-2008) (Revised by Mario Carneiro, 30-Apr-2014)

Ref Expression
Hypotheses ivth.1 ⊢ φ → A ∈ ℝ
ivth.2 ⊢ φ → B ∈ ℝ
ivth.3 ⊢ φ → U ∈ ℝ
ivth.4 ⊢ φ → A < B
ivth.5 ⊢ φ → A B ⊆ D
ivth.7 ⊢ φ → F : D ⟶cn ℂ
ivth.8 ⊢ φ ∧ x ∈ A B → F ⁡ x ∈ ℝ
ivth2.9 ⊢ φ → F ⁡ B < U ∧ U < F ⁡ A
Assertion ivth2 ⊢ φ → ∃ c ∈ A B F ⁡ c = U

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ivth.1 ⊢ φ → A ∈ ℝ
2 ivth.2 ⊢ φ → B ∈ ℝ
3 ivth.3 ⊢ φ → U ∈ ℝ
4 ivth.4 ⊢ φ → A < B
5 ivth.5 ⊢ φ → A B ⊆ D
6 ivth.7 ⊢ φ → F : D ⟶cn ℂ
7 ivth.8 ⊢ φ ∧ x ∈ A B → F ⁡ x ∈ ℝ
8 ivth2.9 ⊢ φ → F ⁡ B < U ∧ U < F ⁡ A
9 3 renegcld ⊢ φ → − U ∈ ℝ
10 eqid ⊢ y ∈ D ⟼ − F ⁡ y = y ∈ D ⟼ − F ⁡ y
11 10 negfcncf ⊢ F : D ⟶cn ℂ → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y : D ⟶cn ℂ
12 6 11 syl ⊢ φ → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y : D ⟶cn ℂ
13 5 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ A B → x ∈ D
14 fveq2 ⊢ y = x → F ⁡ y = F ⁡ x
15 14 negeqd ⊢ y = x → − F ⁡ y = − F ⁡ x
16 negex ⊢ − F ⁡ x ∈ V
17 15 10 16 fvmpt ⊢ x ∈ D → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ x = − F ⁡ x
18 13 17 syl ⊢ φ ∧ x ∈ A B → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ x = − F ⁡ x
19 7 renegcld ⊢ φ ∧ x ∈ A B → − F ⁡ x ∈ ℝ
20 18 19 eqeltrd ⊢ φ ∧ x ∈ A B → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ x ∈ ℝ
21 1 rexrd ⊢ φ → A ∈ ℝ *
22 2 rexrd ⊢ φ → B ∈ ℝ *
23 1 2 4 ltled ⊢ φ → A ≤ B
24 lbicc2 ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ A ≤ B → A ∈ A B
25 21 22 23 24 syl3anc ⊢ φ → A ∈ A B
26 5 25 sseldd ⊢ φ → A ∈ D
27 fveq2 ⊢ y = A → F ⁡ y = F ⁡ A
28 27 negeqd ⊢ y = A → − F ⁡ y = − F ⁡ A
29 negex ⊢ − F ⁡ A ∈ V
30 28 10 29 fvmpt ⊢ A ∈ D → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ A = − F ⁡ A
31 26 30 syl ⊢ φ → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ A = − F ⁡ A
32 8 simprd ⊢ φ → U < F ⁡ A
33 fveq2 ⊢ x = A → F ⁡ x = F ⁡ A
34 33 eleq1d ⊢ x = A → F ⁡ x ∈ ℝ ↔ F ⁡ A ∈ ℝ
35 7 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ A B F ⁡ x ∈ ℝ
36 34 35 25 rspcdva ⊢ φ → F ⁡ A ∈ ℝ
37 3 36 ltnegd ⊢ φ → U < F ⁡ A ↔ − F ⁡ A < − U
38 32 37 mpbid ⊢ φ → − F ⁡ A < − U
39 31 38 eqbrtrd ⊢ φ → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ A < − U
40 8 simpld ⊢ φ → F ⁡ B < U
41 fveq2 ⊢ x = B → F ⁡ x = F ⁡ B
42 41 eleq1d ⊢ x = B → F ⁡ x ∈ ℝ ↔ F ⁡ B ∈ ℝ
43 ubicc2 ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ A ≤ B → B ∈ A B
44 21 22 23 43 syl3anc ⊢ φ → B ∈ A B
45 42 35 44 rspcdva ⊢ φ → F ⁡ B ∈ ℝ
46 45 3 ltnegd ⊢ φ → F ⁡ B < U ↔ − U < − F ⁡ B
47 40 46 mpbid ⊢ φ → − U < − F ⁡ B
48 5 44 sseldd ⊢ φ → B ∈ D
49 fveq2 ⊢ y = B → F ⁡ y = F ⁡ B
50 49 negeqd ⊢ y = B → − F ⁡ y = − F ⁡ B
51 negex ⊢ − F ⁡ B ∈ V
52 50 10 51 fvmpt ⊢ B ∈ D → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ B = − F ⁡ B
53 48 52 syl ⊢ φ → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ B = − F ⁡ B
54 47 53 breqtrrd ⊢ φ → − U < y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ B
55 39 54 jca ⊢ φ → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ A < − U ∧ − U < y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ B
56 1 2 9 4 5 12 20 55 ivth ⊢ φ → ∃ c ∈ A B y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ c = − U
57 ioossicc ⊢ A B ⊆ A B
58 57 5 sstrid ⊢ φ → A B ⊆ D
59 58 sselda ⊢ φ ∧ c ∈ A B → c ∈ D
60 fveq2 ⊢ y = c → F ⁡ y = F ⁡ c
61 60 negeqd ⊢ y = c → − F ⁡ y = − F ⁡ c
62 negex ⊢ − F ⁡ c ∈ V
63 61 10 62 fvmpt ⊢ c ∈ D → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ c = − F ⁡ c
64 59 63 syl ⊢ φ ∧ c ∈ A B → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ c = − F ⁡ c
65 64 eqeq1d ⊢ φ ∧ c ∈ A B → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ c = − U ↔ − F ⁡ c = − U
66 cncff ⊢ F : D ⟶cn ℂ → F : D ⟶ ℂ
67 6 66 syl ⊢ φ → F : D ⟶ ℂ
68 67 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ c ∈ D → F ⁡ c ∈ ℂ
69 59 68 syldan ⊢ φ ∧ c ∈ A B → F ⁡ c ∈ ℂ
70 3 recnd ⊢ φ → U ∈ ℂ
71 70 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ A B → U ∈ ℂ
72 69 71 neg11ad ⊢ φ ∧ c ∈ A B → − F ⁡ c = − U ↔ F ⁡ c = U
73 65 72 bitrd ⊢ φ ∧ c ∈ A B → y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ c = − U ↔ F ⁡ c = U
74 73 rexbidva ⊢ φ → ∃ c ∈ A B y ∈ D ⟼ − F ⁡ y ⁡ c = − U ↔ ∃ c ∈ A B F ⁡ c = U
75 56 74 mpbid ⊢ φ → ∃ c ∈ A B F ⁡ c = U