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Theorem pimdecfgtioc

Description: Given a nonincreasing function, the preimage of an unbounded above, open interval, when the supremum of the preimage belongs to the preimage. (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses pimdecfgtioc.x x φ
pimdecfgtioc.a φ A
pimdecfgtioc.f φ F : A *
pimdecfgtioc.i φ x A y A x y F y F x
pimdecfgtioc.r φ R *
pimdecfgtioc.y Y = x A | R < F x
pimdecfgtioc.c S = sup Y * <
pimdecfgtioc.e φ S Y
pimdecfgtioc.d I = −∞ S
Assertion pimdecfgtioc φ Y = I A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pimdecfgtioc.x x φ
2 pimdecfgtioc.a φ A
3 pimdecfgtioc.f φ F : A *
4 pimdecfgtioc.i φ x A y A x y F y F x
5 pimdecfgtioc.r φ R *
6 pimdecfgtioc.y Y = x A | R < F x
7 pimdecfgtioc.c S = sup Y * <
8 pimdecfgtioc.e φ S Y
9 pimdecfgtioc.d I = −∞ S
10 ssrab2 x A | R < F x A
11 6 10 eqsstri Y A
12 11 a1i φ Y A
13 12 2 sstrd φ Y
14 13 7 8 9 ressiocsup φ Y I
15 14 12 ssind φ Y I A
16 elinel2 x I A x A
17 16 adantl φ x I A x A
18 5 adantr φ x I A R *
19 11 8 sseldi φ S A
20 3 19 ffvelrnd φ F S *
21 20 adantr φ x I A F S *
22 3 adantr φ x I A F : A *
23 22 17 ffvelrnd φ x I A F x *
24 8 6 eleqtrdi φ S x A | R < F x
25 nfrab1 _ x x A | R < F x
26 6 25 nfcxfr _ x Y
27 nfcv _ x *
28 nfcv _ x <
29 26 27 28 nfsup _ x sup Y * <
30 7 29 nfcxfr _ x S
31 nfcv _ x A
32 nfcv _ x R
33 nfcv _ x F
34 33 30 nffv _ x F S
35 32 28 34 nfbr x R < F S
36 fveq2 x = S F x = F S
37 36 breq2d x = S R < F x R < F S
38 30 31 35 37 elrabf S x A | R < F x S A R < F S
39 24 38 sylib φ S A R < F S
40 39 simprd φ R < F S
41 40 adantr φ x I A R < F S
42 19 adantr φ x I A S A
43 4 r19.21bi φ x A y A x y F y F x
44 17 43 syldan φ x I A y A x y F y F x
45 42 44 jca φ x I A S A y A x y F y F x
46 mnfxr −∞ *
47 46 a1i φ x I A −∞ *
48 ressxr *
49 13 8 sseldd φ S
50 48 49 sseldi φ S *
51 50 adantr φ x I A S *
52 elinel1 x I A x I
53 52 9 eleqtrdi x I A x −∞ S
54 53 adantl φ x I A x −∞ S
55 iocleub −∞ * S * x −∞ S x S
56 47 51 54 55 syl3anc φ x I A x S
57 breq2 y = S x y x S
58 fveq2 y = S F y = F S
59 58 breq1d y = S F y F x F S F x
60 57 59 imbi12d y = S x y F y F x x S F S F x
61 60 rspcva S A y A x y F y F x x S F S F x
62 45 56 61 sylc φ x I A F S F x
63 18 21 23 41 62 xrltletrd φ x I A R < F x
64 17 63 jca φ x I A x A R < F x
65 6 rabeq2i x Y x A R < F x
66 64 65 sylibr φ x I A x Y
67 66 ex φ x I A x Y
68 1 67 ralrimi φ x I A x Y
69 nfv x z I A
70 69 nfci _ x I A
71 70 26 dfss3f I A Y x I A x Y
72 68 71 sylibr φ I A Y
73 15 72 eqssd φ Y = I A