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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 ⊢ Ⅎ x φ
pimdecfgtioc.a ⊢ φ → A ⊆ ℝ
pimdecfgtioc.f ⊢ φ → F : A ⟶ ℝ *
pimdecfgtioc.i ⊢ φ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x ≤ y → F ⁡ y ≤ F ⁡ x
pimdecfgtioc.r ⊢ φ → R ∈ ℝ *
pimdecfgtioc.y ⊢ Y = x ∈ A | R < F ⁡ x
pimdecfgtioc.c ⊢ S = sup Y ℝ * <
pimdecfgtioc.e ⊢ φ → S ∈ Y
pimdecfgtioc.d ⊢ I = −∞ S
Assertion pimdecfgtioc ⊢ φ → Y = I ∩ A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pimdecfgtioc.x ⊢ Ⅎ x φ
2 pimdecfgtioc.a ⊢ φ → A ⊆ ℝ
3 pimdecfgtioc.f ⊢ φ → F : A ⟶ ℝ *
4 pimdecfgtioc.i ⊢ φ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x ≤ y → F ⁡ y ≤ F ⁡ x
5 pimdecfgtioc.r ⊢ φ → R ∈ ℝ *
6 pimdecfgtioc.y ⊢ Y = x ∈ A | R < F ⁡ x
7 pimdecfgtioc.c ⊢ S = sup Y ℝ * <
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 ⊆ ℝ
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 ∈ ℝ *
19 11 8 sselid ⊢ φ → S ∈ A
20 3 19 ffvelcdmd ⊢ φ → F ⁡ S ∈ ℝ *
21 20 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → F ⁡ S ∈ ℝ *
22 3 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → F : A ⟶ ℝ *
23 22 17 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → F ⁡ x ∈ ℝ *
24 8 6 eleqtrdi ⊢ φ → S ∈ x ∈ A | R < F ⁡ x
25 nfrab1 ⊢ Ⅎ _ x x ∈ A | R < F ⁡ x
26 6 25 nfcxfr ⊢ Ⅎ _ x Y
27 nfcv ⊢ Ⅎ _ x ℝ *
28 nfcv ⊢ Ⅎ _ x <
29 26 27 28 nfsup ⊢ Ⅎ _ x sup Y ℝ * <
30 7 29 nfcxfr ⊢ Ⅎ _ x S
31 nfcv ⊢ Ⅎ _ x A
32 nfcv ⊢ Ⅎ _ x R
33 nfcv ⊢ Ⅎ _ x F
34 33 30 nffv ⊢ Ⅎ _ x F ⁡ S
35 32 28 34 nfbr ⊢ Ⅎ 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 ⊢ −∞ ∈ ℝ *
47 46 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → −∞ ∈ ℝ *
48 ressxr ⊢ ℝ ⊆ ℝ *
49 13 8 sseldd ⊢ φ → S ∈ ℝ
50 48 49 sselid ⊢ φ → S ∈ ℝ *
51 50 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → S ∈ ℝ *
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 ⊢ −∞ ∈ ℝ * ∧ S ∈ ℝ * ∧ 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 reqabi ⊢ 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 ⊢ Ⅎ x z ∈ I ∩ A
70 69 nfci ⊢ Ⅎ _ 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