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Theorem ivthlem2

Description: Lemma for ivth . Show that the supremum of S cannot be less than U . If it was, continuity of F implies that there are points just above the supremum that are also less than U , a contradiction. (Contributed by Mario Carneiro, 17-Jun-2014)

Ref Expression
Hypotheses ivth.1 φ A
ivth.2 φ B
ivth.3 φ U
ivth.4 φ A < B
ivth.5 φ A B D
ivth.7 φ F : D cn
ivth.8 φ x A B F x
ivth.9 φ F A < U U < F B
ivth.10 S = x A B | F x U
ivth.11 C = sup S <
Assertion ivthlem2 φ ¬ F C < U

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ivth.1 φ A
2 ivth.2 φ B
3 ivth.3 φ U
4 ivth.4 φ A < B
5 ivth.5 φ A B D
6 ivth.7 φ F : D cn
7 ivth.8 φ x A B F x
8 ivth.9 φ F A < U U < F B
9 ivth.10 S = x A B | F x U
10 ivth.11 C = sup S <
11 6 adantr φ F C < U F : D cn
12 9 ssrab3 S A B
13 iccssre A B A B
14 1 2 13 syl2anc φ A B
15 12 14 sstrid φ S
16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ivthlem1 φ A S z S z B
17 16 simpld φ A S
18 17 ne0d φ S
19 16 simprd φ z S z B
20 brralrspcev B z S z B x z S z x
21 2 19 20 syl2anc φ x z S z x
22 15 18 21 suprcld φ sup S <
23 10 22 eqeltrid φ C
24 15 18 21 17 suprubd φ A sup S <
25 24 10 breqtrrdi φ A C
26 15 18 21 3jca φ S S x z S z x
27 suprleub S S x z S z x B sup S < B z S z B
28 26 2 27 syl2anc φ sup S < B z S z B
29 19 28 mpbird φ sup S < B
30 10 29 eqbrtrid φ C B
31 elicc2 A B C A B C A C C B
32 1 2 31 syl2anc φ C A B C A C C B
33 23 25 30 32 mpbir3and φ C A B
34 5 33 sseldd φ C D
35 34 adantr φ F C < U C D
36 fveq2 x = C F x = F C
37 36 eleq1d x = C F x F C
38 7 ralrimiva φ x A B F x
39 37 38 33 rspcdva φ F C
40 difrp F C U F C < U U F C +
41 39 3 40 syl2anc φ F C < U U F C +
42 41 biimpa φ F C < U U F C +
43 cncfi F : D cn C D U F C + z + y D y C < z F y F C < U F C
44 11 35 42 43 syl3anc φ F C < U z + y D y C < z F y F C < U F C
45 ssralv A B D y D y C < z F y F C < U F C y A B y C < z F y F C < U F C
46 5 45 syl φ y D y C < z F y F C < U F C y A B y C < z F y F C < U F C
47 46 ad2antrr φ F C < U z + y D y C < z F y F C < U F C y A B y C < z F y F C < U F C
48 2 ad2antrr φ F C < U z + B
49 23 ad2antrr φ F C < U z + C
50 rphalfcl z + z 2 +
51 50 adantl φ F C < U z + z 2 +
52 51 rpred φ F C < U z + z 2
53 49 52 readdcld φ F C < U z + C + z 2
54 48 53 ifcld φ F C < U z + if B C + z 2 B C + z 2
55 1 ad2antrr φ F C < U z + A
56 25 ad2antrr φ F C < U z + A C
57 8 simprd φ U < F B
58 fveq2 x = B F x = F B
59 58 eleq1d x = B F x F B
60 1 rexrd φ A *
61 2 rexrd φ B *
62 1 2 4 ltled φ A B
63 ubicc2 A * B * A B B A B
64 60 61 62 63 syl3anc φ B A B
65 59 38 64 rspcdva φ F B
66 lttr F C U F B F C < U U < F B F C < F B
67 39 3 65 66 syl3anc φ F C < U U < F B F C < F B
68 57 67 mpan2d φ F C < U F C < F B
69 68 imp φ F C < U F C < F B
70 69 adantr φ F C < U z + F C < F B
71 39 ltnrd φ ¬ F C < F C
72 fveq2 B = C F B = F C
73 72 breq2d B = C F C < F B F C < F C
74 73 notbid B = C ¬ F C < F B ¬ F C < F C
75 71 74 syl5ibrcom φ B = C ¬ F C < F B
76 75 necon2ad φ F C < F B B C
77 76 30 jctild φ F C < F B C B B C
78 23 2 ltlend φ C < B C B B C
79 77 78 sylibrd φ F C < F B C < B
80 79 ad2antrr φ F C < U z + F C < F B C < B
81 70 80 mpd φ F C < U z + C < B
82 49 51 ltaddrpd φ F C < U z + C < C + z 2
83 breq2 B = if B C + z 2 B C + z 2 C < B C < if B C + z 2 B C + z 2
84 breq2 C + z 2 = if B C + z 2 B C + z 2 C < C + z 2 C < if B C + z 2 B C + z 2
85 83 84 ifboth C < B C < C + z 2 C < if B C + z 2 B C + z 2
86 81 82 85 syl2anc φ F C < U z + C < if B C + z 2 B C + z 2
87 49 54 86 ltled φ F C < U z + C if B C + z 2 B C + z 2
88 55 49 54 56 87 letrd φ F C < U z + A if B C + z 2 B C + z 2
89 min1 B C + z 2 if B C + z 2 B C + z 2 B
90 48 53 89 syl2anc φ F C < U z + if B C + z 2 B C + z 2 B
91 elicc2 A B if B C + z 2 B C + z 2 A B if B C + z 2 B C + z 2 A if B C + z 2 B C + z 2 if B C + z 2 B C + z 2 B
92 1 2 91 syl2anc φ if B C + z 2 B C + z 2 A B if B C + z 2 B C + z 2 A if B C + z 2 B C + z 2 if B C + z 2 B C + z 2 B
93 92 ad2antrr φ F C < U z + if B C + z 2 B C + z 2 A B if B C + z 2 B C + z 2 A if B C + z 2 B C + z 2 if B C + z 2 B C + z 2 B
94 54 88 90 93 mpbir3and φ F C < U z + if B C + z 2 B C + z 2 A B
95 49 54 87 abssubge0d φ F C < U z + if B C + z 2 B C + z 2 C = if B C + z 2 B C + z 2 C
96 rpre z + z
97 96 adantl φ F C < U z + z
98 49 97 readdcld φ F C < U z + C + z
99 min2 B C + z 2 if B C + z 2 B C + z 2 C + z 2
100 48 53 99 syl2anc φ F C < U z + if B C + z 2 B C + z 2 C + z 2
101 rphalflt z + z 2 < z
102 101 adantl φ F C < U z + z 2 < z
103 52 97 49 102 ltadd2dd φ F C < U z + C + z 2 < C + z
104 54 53 98 100 103 lelttrd φ F C < U z + if B C + z 2 B C + z 2 < C + z
105 54 49 97 ltsubadd2d φ F C < U z + if B C + z 2 B C + z 2 C < z if B C + z 2 B C + z 2 < C + z
106 104 105 mpbird φ F C < U z + if B C + z 2 B C + z 2 C < z
107 95 106 eqbrtrd φ F C < U z + if B C + z 2 B C + z 2 C < z
108 fvoveq1 y = if B C + z 2 B C + z 2 y C = if B C + z 2 B C + z 2 C
109 108 breq1d y = if B C + z 2 B C + z 2 y C < z if B C + z 2 B C + z 2 C < z
110 breq2 y = if B C + z 2 B C + z 2 C < y C < if B C + z 2 B C + z 2
111 109 110 anbi12d y = if B C + z 2 B C + z 2 y C < z C < y if B C + z 2 B C + z 2 C < z C < if B C + z 2 B C + z 2
112 111 rspcev if B C + z 2 B C + z 2 A B if B C + z 2 B C + z 2 C < z C < if B C + z 2 B C + z 2 y A B y C < z C < y
113 94 107 86 112 syl12anc φ F C < U z + y A B y C < z C < y
114 r19.29 y A B y C < z F y F C < U F C y A B y C < z C < y y A B y C < z F y F C < U F C y C < z C < y
115 pm3.45 y C < z F y F C < U F C y C < z C < y F y F C < U F C C < y
116 115 imp y C < z F y F C < U F C y C < z C < y F y F C < U F C C < y
117 simprr φ F C < U z + y A B C < y C < y
118 fveq2 x = y F x = F y
119 118 eleq1d x = y F x F y
120 simplll φ F C < U z + y A B C < y φ
121 120 38 syl φ F C < U z + y A B C < y x A B F x
122 simprl φ F C < U z + y A B C < y y A B
123 119 121 122 rspcdva φ F C < U z + y A B C < y F y
124 120 39 syl φ F C < U z + y A B C < y F C
125 120 3 syl φ F C < U z + y A B C < y U
126 125 124 resubcld φ F C < U z + y A B C < y U F C
127 123 124 126 absdifltd φ F C < U z + y A B C < y F y F C < U F C F C U F C < F y F y < F C + U - F C
128 ltle F y U F y < U F y U
129 123 125 128 syl2anc φ F C < U z + y A B C < y F y < U F y U
130 124 recnd φ F C < U z + y A B C < y F C
131 125 recnd φ F C < U z + y A B C < y U
132 130 131 pncan3d φ F C < U z + y A B C < y F C + U - F C = U
133 132 breq2d φ F C < U z + y A B C < y F y < F C + U - F C F y < U
134 118 breq1d x = y F x U F y U
135 134 9 elrab2 y S y A B F y U
136 135 baib y A B y S F y U
137 136 ad2antrl φ F C < U z + y A B C < y y S F y U
138 129 133 137 3imtr4d φ F C < U z + y A B C < y F y < F C + U - F C y S
139 suprub S S x z S z x y S y sup S <
140 139 10 breqtrrdi S S x z S z x y S y C
141 140 ex S S x z S z x y S y C
142 120 26 141 3syl φ F C < U z + y A B C < y y S y C
143 120 14 syl φ F C < U z + y A B C < y A B
144 143 122 sseldd φ F C < U z + y A B C < y y
145 120 23 syl φ F C < U z + y A B C < y C
146 144 145 lenltd φ F C < U z + y A B C < y y C ¬ C < y
147 142 146 sylibd φ F C < U z + y A B C < y y S ¬ C < y
148 138 147 syld φ F C < U z + y A B C < y F y < F C + U - F C ¬ C < y
149 148 adantld φ F C < U z + y A B C < y F C U F C < F y F y < F C + U - F C ¬ C < y
150 127 149 sylbid φ F C < U z + y A B C < y F y F C < U F C ¬ C < y
151 117 150 mt2d φ F C < U z + y A B C < y ¬ F y F C < U F C
152 151 pm2.21d φ F C < U z + y A B C < y F y F C < U F C ¬ F C < U
153 152 expr φ F C < U z + y A B C < y F y F C < U F C ¬ F C < U
154 153 impcomd φ F C < U z + y A B F y F C < U F C C < y ¬ F C < U
155 116 154 syl5 φ F C < U z + y A B y C < z F y F C < U F C y C < z C < y ¬ F C < U
156 155 rexlimdva φ F C < U z + y A B y C < z F y F C < U F C y C < z C < y ¬ F C < U
157 114 156 syl5 φ F C < U z + y A B y C < z F y F C < U F C y A B y C < z C < y ¬ F C < U
158 113 157 mpan2d φ F C < U z + y A B y C < z F y F C < U F C ¬ F C < U
159 47 158 syld φ F C < U z + y D y C < z F y F C < U F C ¬ F C < U
160 159 rexlimdva φ F C < U z + y D y C < z F y F C < U F C ¬ F C < U
161 44 160 mpd φ F C < U ¬ F C < U
162 161 pm2.01da φ ¬ F C < U