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Theorem pimincfltioc

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

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

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pimincfltioc.x ⊢ Ⅎ x φ
2 pimincfltioc.h ⊢ Ⅎ y φ
3 pimincfltioc.a ⊢ φ → A ⊆ ℝ
4 pimincfltioc.f ⊢ φ → F : A ⟶ ℝ *
5 pimincfltioc.i ⊢ φ → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x ≤ y → F ⁡ x ≤ F ⁡ y
6 pimincfltioc.r ⊢ φ → R ∈ ℝ *
7 pimincfltioc.y ⊢ Y = x ∈ A | F ⁡ x < R
8 pimincfltioc.c ⊢ S = sup Y ℝ * <
9 pimincfltioc.e ⊢ φ → S ∈ Y
10 pimincfltioc.d ⊢ I = −∞ S
11 ssrab2 ⊢ x ∈ A | F ⁡ x < R ⊆ A
12 7 11 eqsstri ⊢ Y ⊆ A
13 12 a1i ⊢ φ → Y ⊆ A
14 13 3 sstrd ⊢ φ → Y ⊆ ℝ
15 14 8 9 10 ressiocsup ⊢ φ → Y ⊆ I
16 15 13 ssind ⊢ φ → Y ⊆ I ∩ A
17 elinel2 ⊢ x ∈ I ∩ A → x ∈ A
18 17 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → x ∈ A
19 4 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → F : A ⟶ ℝ *
20 19 18 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → F ⁡ x ∈ ℝ *
21 12 9 sselid ⊢ φ → S ∈ A
22 4 21 ffvelcdmd ⊢ φ → F ⁡ S ∈ ℝ *
23 22 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → F ⁡ S ∈ ℝ *
24 6 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → R ∈ ℝ *
25 eleq1w ⊢ z = x → z ∈ I ∩ A ↔ x ∈ I ∩ A
26 25 anbi2d ⊢ z = x → φ ∧ z ∈ I ∩ A ↔ φ ∧ x ∈ I ∩ A
27 fveq2 ⊢ z = x → F ⁡ z = F ⁡ x
28 27 breq1d ⊢ z = x → F ⁡ z ≤ F ⁡ S ↔ F ⁡ x ≤ F ⁡ S
29 26 28 imbi12d ⊢ z = x → φ ∧ z ∈ I ∩ A → F ⁡ z ≤ F ⁡ S ↔ φ ∧ x ∈ I ∩ A → F ⁡ x ≤ F ⁡ S
30 nfv ⊢ Ⅎ x z ∈ I ∩ A
31 1 30 nfan ⊢ Ⅎ x φ ∧ z ∈ I ∩ A
32 nfv ⊢ Ⅎ y z ∈ I ∩ A
33 2 32 nfan ⊢ Ⅎ y φ ∧ z ∈ I ∩ A
34 5 adantr ⊢ φ ∧ z ∈ I ∩ A → ∀ x ∈ A ∀ y ∈ A x ≤ y → F ⁡ x ≤ F ⁡ y
35 elinel2 ⊢ z ∈ I ∩ A → z ∈ A
36 35 adantl ⊢ φ ∧ z ∈ I ∩ A → z ∈ A
37 21 adantr ⊢ φ ∧ z ∈ I ∩ A → S ∈ A
38 mnfxr ⊢ −∞ ∈ ℝ *
39 38 a1i ⊢ φ ∧ z ∈ I ∩ A → −∞ ∈ ℝ *
40 ressxr ⊢ ℝ ⊆ ℝ *
41 14 9 sseldd ⊢ φ → S ∈ ℝ
42 40 41 sselid ⊢ φ → S ∈ ℝ *
43 42 adantr ⊢ φ ∧ z ∈ I ∩ A → S ∈ ℝ *
44 elinel1 ⊢ z ∈ I ∩ A → z ∈ I
45 44 10 eleqtrdi ⊢ z ∈ I ∩ A → z ∈ −∞ S
46 45 adantl ⊢ φ ∧ z ∈ I ∩ A → z ∈ −∞ S
47 iocleub ⊢ −∞ ∈ ℝ * ∧ S ∈ ℝ * ∧ z ∈ −∞ S → z ≤ S
48 39 43 46 47 syl3anc ⊢ φ ∧ z ∈ I ∩ A → z ≤ S
49 31 33 34 36 37 48 dmrelrnrel ⊢ φ ∧ z ∈ I ∩ A → F ⁡ z ≤ F ⁡ S
50 29 49 chvarvv ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → F ⁡ x ≤ F ⁡ S
51 fveq2 ⊢ x = S → F ⁡ x = F ⁡ S
52 51 breq1d ⊢ x = S → F ⁡ x < R ↔ F ⁡ S < R
53 52 7 elrab2 ⊢ S ∈ Y ↔ S ∈ A ∧ F ⁡ S < R
54 9 53 sylib ⊢ φ → S ∈ A ∧ F ⁡ S < R
55 54 simprd ⊢ φ → F ⁡ S < R
56 55 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → F ⁡ S < R
57 20 23 24 50 56 xrlelttrd ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → F ⁡ x < R
58 18 57 jca ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → x ∈ A ∧ F ⁡ x < R
59 7 reqabi ⊢ x ∈ Y ↔ x ∈ A ∧ F ⁡ x < R
60 58 59 sylibr ⊢ φ ∧ x ∈ I ∩ A → x ∈ Y
61 60 ex ⊢ φ → x ∈ I ∩ A → x ∈ Y
62 1 61 ralrimi ⊢ φ → ∀ x ∈ I ∩ A x ∈ Y
63 30 nfci ⊢ Ⅎ _ x I ∩ A
64 nfrab1 ⊢ Ⅎ _ x x ∈ A | F ⁡ x < R
65 7 64 nfcxfr ⊢ Ⅎ _ x Y
66 63 65 dfss3f ⊢ I ∩ A ⊆ Y ↔ ∀ x ∈ I ∩ A x ∈ Y
67 62 66 sylibr ⊢ φ → I ∩ A ⊆ Y
68 16 67 eqssd ⊢ φ → Y = I ∩ A