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

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pimincfltioc.x x φ
2 pimincfltioc.h y φ
3 pimincfltioc.a φ A
4 pimincfltioc.f φ F : A *
5 pimincfltioc.i φ x A y A x y F x F y
6 pimincfltioc.r φ R *
7 pimincfltioc.y Y = x A | F x < R
8 pimincfltioc.c S = sup Y * <
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
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 *
20 19 18 ffvelrnd φ x I A F x *
21 12 9 sselid φ S A
22 4 21 ffvelrnd φ F S *
23 22 adantr φ x I A F S *
24 6 adantr φ x I A 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 x z I A
31 1 30 nfan x φ z I A
32 nfv y z I A
33 2 32 nfan 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 −∞ *
39 38 a1i φ z I A −∞ *
40 ressxr *
41 14 9 sseldd φ S
42 40 41 sselid φ S *
43 42 adantr φ z I A S *
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 −∞ * S * 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 rabeq2i 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 _ x I A
64 nfrab1 _ x x A | F x < R
65 7 64 nfcxfr _ 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