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Theorem sticksstones1

Description: Different strictly monotone functions have different ranges. (Contributed by metakunt, 27-Sep-2024)

Ref Expression
Hypotheses sticksstones1.1 φ N 0
sticksstones1.2 φ K 0
sticksstones1.3 A = f | f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y
sticksstones1.4 φ X A
sticksstones1.5 φ Y A
sticksstones1.6 φ X Y
sticksstones1.7 I = inf z 1 K | X z Y z <
Assertion sticksstones1 φ ran X ran Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sticksstones1.1 φ N 0
2 sticksstones1.2 φ K 0
3 sticksstones1.3 A = f | f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y
4 sticksstones1.4 φ X A
5 sticksstones1.5 φ Y A
6 sticksstones1.6 φ X Y
7 sticksstones1.7 I = inf z 1 K | X z Y z <
8 7 a1i φ I = inf z 1 K | X z Y z <
9 ltso < Or
10 9 a1i φ < Or
11 fzfid φ 1 K Fin
12 ssrab2 z 1 K | X z Y z 1 K
13 12 a1i φ z 1 K | X z Y z 1 K
14 ssfi 1 K Fin z 1 K | X z Y z 1 K z 1 K | X z Y z Fin
15 11 13 14 syl2anc φ z 1 K | X z Y z Fin
16 rabeq0 z 1 K | X z Y z = z 1 K ¬ X z Y z
17 nne ¬ X z Y z X z = Y z
18 17 ralbii z 1 K ¬ X z Y z z 1 K X z = Y z
19 16 18 bitri z 1 K | X z Y z = z 1 K X z = Y z
20 feq1 f = X f : 1 K 1 N X : 1 K 1 N
21 fveq1 f = X f x = X x
22 fveq1 f = X f y = X y
23 21 22 breq12d f = X f x < f y X x < X y
24 23 imbi2d f = X x < y f x < f y x < y X x < X y
25 24 2ralbidv f = X x 1 K y 1 K x < y f x < f y x 1 K y 1 K x < y X x < X y
26 20 25 anbi12d f = X f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y X : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y X x < X y
27 eqabb A = f | f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y f f A f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y
28 3 27 mpbi f f A f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y
29 28 spi f A f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y
30 29 bilani φ f A f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y
31 30 ralrimiva φ f A f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y
32 26 31 4 rspcdva φ X : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y X x < X y
33 32 simpld φ X : 1 K 1 N
34 33 ffnd φ X Fn 1 K
35 34 adantr φ z 1 K X z = Y z X Fn 1 K
36 feq1 f = Y f : 1 K 1 N Y : 1 K 1 N
37 fveq1 f = Y f x = Y x
38 fveq1 f = Y f y = Y y
39 37 38 breq12d f = Y f x < f y Y x < Y y
40 39 imbi2d f = Y x < y f x < f y x < y Y x < Y y
41 40 2ralbidv f = Y x 1 K y 1 K x < y f x < f y x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
42 36 41 anbi12d f = Y f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y Y : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
43 42 31 5 rspcdva φ Y : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
44 43 adantr φ Y A Y : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
45 5 44 mpdan φ Y : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
46 45 simpld φ Y : 1 K 1 N
47 46 ffnd φ Y Fn 1 K
48 47 adantr φ z 1 K X z = Y z Y Fn 1 K
49 eqfnfv X Fn 1 K Y Fn 1 K X = Y z 1 K X z = Y z
50 35 48 49 syl2anc φ z 1 K X z = Y z X = Y z 1 K X z = Y z
51 50 bicomd φ z 1 K X z = Y z z 1 K X z = Y z X = Y
52 51 biimpd φ z 1 K X z = Y z z 1 K X z = Y z X = Y
53 52 syldbl2 φ z 1 K X z = Y z X = Y
54 19 53 sylan2b φ z 1 K | X z Y z = X = Y
55 54 ex φ z 1 K | X z Y z = X = Y
56 55 necon3d φ X Y z 1 K | X z Y z
57 56 imp φ X Y z 1 K | X z Y z
58 6 57 mpdan φ z 1 K | X z Y z
59 fz1ssnn 1 K
60 59 a1i φ 1 K
61 nnssre
62 61 a1i φ
63 60 62 sstrd φ 1 K
64 13 63 sstrd φ z 1 K | X z Y z
65 15 58 64 3jca φ z 1 K | X z Y z Fin z 1 K | X z Y z z 1 K | X z Y z
66 fiinfcl < Or z 1 K | X z Y z Fin z 1 K | X z Y z z 1 K | X z Y z inf z 1 K | X z Y z < z 1 K | X z Y z
67 10 65 66 syl2anc φ inf z 1 K | X z Y z < z 1 K | X z Y z
68 8 67 eqeltrd φ I z 1 K | X z Y z
69 13 67 sseldd φ inf z 1 K | X z Y z < 1 K
70 8 eleq1d φ I 1 K inf z 1 K | X z Y z < 1 K
71 69 70 mpbird φ I 1 K
72 fveq2 z = I X z = X I
73 fveq2 z = I Y z = Y I
74 72 73 neeq12d z = I X z Y z X I Y I
75 74 elrab3 I 1 K I z 1 K | X z Y z X I Y I
76 71 75 syl φ I z 1 K | X z Y z X I Y I
77 68 76 mpbid φ X I Y I
78 nfv a φ
79 nfcv _ a 1 N
80 nfcv _ a
81 elfznn a 1 N a
82 81 adantl φ a 1 N a
83 nnre a a
84 82 83 syl φ a 1 N a
85 84 ex φ a 1 N a
86 78 79 80 85 ssrd φ 1 N
87 33 71 ffvelcdmd φ X I 1 N
88 86 87 sseldd φ X I
89 46 71 ffvelcdmd φ Y I 1 N
90 86 89 sseldd φ Y I
91 lttri2 X I Y I X I Y I X I < Y I Y I < X I
92 88 90 91 syl2anc φ X I Y I X I < Y I Y I < X I
93 77 92 mpbid φ X I < Y I Y I < X I
94 33 ffund φ Fun X
95 94 adantr φ X I < Y I Fun X
96 33 fdmd φ dom X = 1 K
97 71 96 eleqtrrd φ I dom X
98 97 adantr φ X I < Y I I dom X
99 fvelrn Fun X I dom X X I ran X
100 95 98 99 syl2anc φ X I < Y I X I ran X
101 elfznn j 1 K j
102 101 3ad2ant3 φ X I < Y I j 1 K j
103 102 nnred φ X I < Y I j 1 K j
104 63 71 sseldd φ I
105 104 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K I
106 103 105 lttri4d φ X I < Y I j 1 K j < I j = I I < j
107 46 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K Y : 1 K 1 N
108 simp3 φ X I < Y I j 1 K j 1 K
109 107 108 ffvelcdmd φ X I < Y I j 1 K Y j 1 N
110 fz1ssnn 1 N
111 110 sseli Y j 1 N Y j
112 nnre Y j Y j
113 111 112 syl Y j 1 N Y j
114 109 113 syl φ X I < Y I j 1 K Y j
115 114 adantr φ X I < Y I j 1 K j < I Y j
116 32 simprd φ x 1 K y 1 K x < y X x < X y
117 116 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K x 1 K y 1 K x < y X x < X y
118 117 adantr φ X I < Y I j 1 K j < I x 1 K y 1 K x < y X x < X y
119 simpl3 φ X I < Y I j 1 K j < I j 1 K
120 71 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K I 1 K
121 120 adantr φ X I < Y I j 1 K j < I I 1 K
122 breq1 x = j x < y j < y
123 fveq2 x = j X x = X j
124 123 breq1d x = j X x < X y X j < X y
125 122 124 imbi12d x = j x < y X x < X y j < y X j < X y
126 breq2 y = I j < y j < I
127 fveq2 y = I X y = X I
128 127 breq2d y = I X j < X y X j < X I
129 126 128 imbi12d y = I j < y X j < X y j < I X j < X I
130 125 129 rspc2v j 1 K I 1 K x 1 K y 1 K x < y X x < X y j < I X j < X I
131 119 121 130 syl2anc φ X I < Y I j 1 K j < I x 1 K y 1 K x < y X x < X y j < I X j < X I
132 118 131 mpd φ X I < Y I j 1 K j < I j < I X j < X I
133 132 syldbl2 φ X I < Y I j 1 K j < I X j < X I
134 simp2 φ j 1 K j < I j 1 K
135 simp3 φ j 1 K j < I j < I
136 101 3ad2ant2 φ j 1 K j < I j
137 136 nnred φ j 1 K j < I j
138 104 3ad2ant1 φ j 1 K j < I I
139 137 138 ltnled φ j 1 K j < I j < I ¬ I j
140 135 139 mpbid φ j 1 K j < I ¬ I j
141 64 3ad2ant1 φ j 1 K j < I z 1 K | X z Y z
142 15 3ad2ant1 φ j 1 K j < I z 1 K | X z Y z Fin
143 infrefilb z 1 K | X z Y z z 1 K | X z Y z Fin j z 1 K | X z Y z inf z 1 K | X z Y z < j
144 143 3expia z 1 K | X z Y z z 1 K | X z Y z Fin j z 1 K | X z Y z inf z 1 K | X z Y z < j
145 141 142 144 syl2anc φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z inf z 1 K | X z Y z < j
146 145 imp φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z inf z 1 K | X z Y z < j
147 7 a1i φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z I = inf z 1 K | X z Y z <
148 147 breq1d φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z I j inf z 1 K | X z Y z < j
149 146 148 mpbird φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z I j
150 149 ex φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z I j
151 150 con3d φ j 1 K j < I ¬ I j ¬ j z 1 K | X z Y z
152 140 151 mpd φ j 1 K j < I ¬ j z 1 K | X z Y z
153 nfcv _ z j
154 nfcv _ z 1 K
155 nfv z X j Y j
156 fveq2 z = j X z = X j
157 fveq2 z = j Y z = Y j
158 156 157 neeq12d z = j X z Y z X j Y j
159 153 154 155 158 elrabf j z 1 K | X z Y z j 1 K X j Y j
160 159 notbii ¬ j z 1 K | X z Y z ¬ j 1 K X j Y j
161 ianor ¬ j 1 K X j Y j ¬ j 1 K ¬ X j Y j
162 160 161 bitri ¬ j z 1 K | X z Y z ¬ j 1 K ¬ X j Y j
163 152 162 sylib φ j 1 K j < I ¬ j 1 K ¬ X j Y j
164 imor j 1 K ¬ X j Y j ¬ j 1 K ¬ X j Y j
165 163 164 sylibr φ j 1 K j < I j 1 K ¬ X j Y j
166 165 imp φ j 1 K j < I j 1 K ¬ X j Y j
167 nne ¬ X j Y j X j = Y j
168 166 167 sylib φ j 1 K j < I j 1 K X j = Y j
169 134 168 mpdan φ j 1 K j < I X j = Y j
170 169 3expa φ j 1 K j < I X j = Y j
171 170 3adantl2 φ X I < Y I j 1 K j < I X j = Y j
172 171 eqcomd φ X I < Y I j 1 K j < I Y j = X j
173 172 breq1d φ X I < Y I j 1 K j < I Y j < X I X j < X I
174 133 173 mpbird φ X I < Y I j 1 K j < I Y j < X I
175 115 174 ltned φ X I < Y I j 1 K j < I Y j X I
176 77 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K X I Y I
177 176 adantr φ X I < Y I j 1 K j = I X I Y I
178 177 necomd φ X I < Y I j 1 K j = I Y I X I
179 fveq2 j = I Y j = Y I
180 179 neeq1d j = I Y j X I Y I X I
181 180 adantl φ X I < Y I j 1 K j = I Y j X I Y I X I
182 178 181 mpbird φ X I < Y I j 1 K j = I Y j X I
183 88 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K X I
184 183 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j X I
185 90 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K Y I
186 185 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j Y I
187 114 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j Y j
188 simpl2 φ X I < Y I j 1 K I < j X I < Y I
189 43 simprd φ x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
190 189 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
191 190 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
192 120 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j I 1 K
193 108 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j j 1 K
194 breq1 x = I x < y I < y
195 fveq2 x = I Y x = Y I
196 195 breq1d x = I Y x < Y y Y I < Y y
197 194 196 imbi12d x = I x < y Y x < Y y I < y Y I < Y y
198 breq2 y = j I < y I < j
199 fveq2 y = j Y y = Y j
200 199 breq2d y = j Y I < Y y Y I < Y j
201 198 200 imbi12d y = j I < y Y I < Y y I < j Y I < Y j
202 197 201 rspc2v I 1 K j 1 K x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y I < j Y I < Y j
203 192 193 202 syl2anc φ X I < Y I j 1 K I < j x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y I < j Y I < Y j
204 191 203 mpd φ X I < Y I j 1 K I < j I < j Y I < Y j
205 204 syldbl2 φ X I < Y I j 1 K I < j Y I < Y j
206 184 186 187 188 205 lttrd φ X I < Y I j 1 K I < j X I < Y j
207 184 206 ltned φ X I < Y I j 1 K I < j X I Y j
208 207 necomd φ X I < Y I j 1 K I < j Y j X I
209 175 182 208 3jaodan φ X I < Y I j 1 K j < I j = I I < j Y j X I
210 106 209 mpdan φ X I < Y I j 1 K Y j X I
211 210 3expa φ X I < Y I j 1 K Y j X I
212 211 neneqd φ X I < Y I j 1 K ¬ Y j = X I
213 212 ralrimiva φ X I < Y I j 1 K ¬ Y j = X I
214 ralnex j 1 K ¬ Y j = X I ¬ j 1 K Y j = X I
215 214 a1i φ j 1 K ¬ Y j = X I ¬ j 1 K Y j = X I
216 nnel ¬ X I ran Y X I ran Y
217 216 a1i φ ¬ X I ran Y X I ran Y
218 fvelrnb Y Fn 1 K X I ran Y j 1 K Y j = X I
219 47 218 syl φ X I ran Y j 1 K Y j = X I
220 217 219 bitrd φ ¬ X I ran Y j 1 K Y j = X I
221 220 con1bid φ ¬ j 1 K Y j = X I X I ran Y
222 215 221 bitrd φ j 1 K ¬ Y j = X I X I ran Y
223 222 adantr φ X I < Y I j 1 K ¬ Y j = X I X I ran Y
224 213 223 mpbid φ X I < Y I X I ran Y
225 elnelne1 X I ran X X I ran Y ran X ran Y
226 100 224 225 syl2anc φ X I < Y I ran X ran Y
227 46 ffund φ Fun Y
228 227 adantr φ Y I < X I Fun Y
229 46 fdmd φ dom Y = 1 K
230 71 229 eleqtrrd φ I dom Y
231 230 adantr φ Y I < X I I dom Y
232 fvelrn Fun Y I dom Y Y I ran Y
233 228 231 232 syl2anc φ Y I < X I Y I ran Y
234 101 3ad2ant3 φ Y I < X I j 1 K j
235 234 nnred φ Y I < X I j 1 K j
236 104 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K I
237 235 236 lttri4d φ Y I < X I j 1 K j < I j = I I < j
238 33 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K X : 1 K 1 N
239 simp3 φ Y I < X I j 1 K j 1 K
240 238 239 ffvelcdmd φ Y I < X I j 1 K X j 1 N
241 110 sseli X j 1 N X j
242 240 241 syl φ Y I < X I j 1 K X j
243 242 nnred φ Y I < X I j 1 K X j
244 243 adantr φ Y I < X I j 1 K j < I X j
245 189 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
246 245 adantr φ Y I < X I j 1 K j < I x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
247 simpl3 φ Y I < X I j 1 K j < I j 1 K
248 71 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K I 1 K
249 248 adantr φ Y I < X I j 1 K j < I I 1 K
250 fveq2 x = j Y x = Y j
251 250 breq1d x = j Y x < Y y Y j < Y y
252 122 251 imbi12d x = j x < y Y x < Y y j < y Y j < Y y
253 fveq2 y = I Y y = Y I
254 253 breq2d y = I Y j < Y y Y j < Y I
255 126 254 imbi12d y = I j < y Y j < Y y j < I Y j < Y I
256 252 255 rspc2v j 1 K I 1 K x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y j < I Y j < Y I
257 247 249 256 syl2anc φ Y I < X I j 1 K j < I x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y j < I Y j < Y I
258 246 257 mpd φ Y I < X I j 1 K j < I j < I Y j < Y I
259 258 syldbl2 φ Y I < X I j 1 K j < I Y j < Y I
260 170 3adantl2 φ Y I < X I j 1 K j < I X j = Y j
261 260 breq1d φ Y I < X I j 1 K j < I X j < Y I Y j < Y I
262 259 261 mpbird φ Y I < X I j 1 K j < I X j < Y I
263 244 262 ltned φ Y I < X I j 1 K j < I X j Y I
264 90 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K Y I
265 264 adantr φ Y I < X I j 1 K j = I Y I
266 simpl2 φ Y I < X I j 1 K j = I Y I < X I
267 265 266 ltned φ Y I < X I j 1 K j = I Y I X I
268 267 necomd φ Y I < X I j 1 K j = I X I Y I
269 fveq2 j = I X j = X I
270 269 neeq1d j = I X j Y I X I Y I
271 270 adantl φ Y I < X I j 1 K j = I X j Y I X I Y I
272 268 271 mpbird φ Y I < X I j 1 K j = I X j Y I
273 264 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j Y I
274 88 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K X I
275 274 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j X I
276 243 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j X j
277 simpl2 φ Y I < X I j 1 K I < j Y I < X I
278 116 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K x 1 K y 1 K x < y X x < X y
279 278 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j x 1 K y 1 K x < y X x < X y
280 248 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j I 1 K
281 239 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j j 1 K
282 fveq2 x = I X x = X I
283 282 breq1d x = I X x < X y X I < X y
284 194 283 imbi12d x = I x < y X x < X y I < y X I < X y
285 fveq2 y = j X y = X j
286 285 breq2d y = j X I < X y X I < X j
287 198 286 imbi12d y = j I < y X I < X y I < j X I < X j
288 284 287 rspc2v I 1 K j 1 K x 1 K y 1 K x < y X x < X y I < j X I < X j
289 280 281 288 syl2anc φ Y I < X I j 1 K I < j x 1 K y 1 K x < y X x < X y I < j X I < X j
290 279 289 mpd φ Y I < X I j 1 K I < j I < j X I < X j
291 290 syldbl2 φ Y I < X I j 1 K I < j X I < X j
292 273 275 276 277 291 lttrd φ Y I < X I j 1 K I < j Y I < X j
293 273 292 ltned φ Y I < X I j 1 K I < j Y I X j
294 293 necomd φ Y I < X I j 1 K I < j X j Y I
295 263 272 294 3jaodan φ Y I < X I j 1 K j < I j = I I < j X j Y I
296 237 295 mpdan φ Y I < X I j 1 K X j Y I
297 296 3expa φ Y I < X I j 1 K X j Y I
298 297 neneqd φ Y I < X I j 1 K ¬ X j = Y I
299 298 ralrimiva φ Y I < X I j 1 K ¬ X j = Y I
300 ralnex j 1 K ¬ X j = Y I ¬ j 1 K X j = Y I
301 300 a1i φ j 1 K ¬ X j = Y I ¬ j 1 K X j = Y I
302 nnel ¬ Y I ran X Y I ran X
303 302 a1i φ ¬ Y I ran X Y I ran X
304 fvelrnb X Fn 1 K Y I ran X j 1 K X j = Y I
305 34 304 syl φ Y I ran X j 1 K X j = Y I
306 303 305 bitrd φ ¬ Y I ran X j 1 K X j = Y I
307 306 con1bid φ ¬ j 1 K X j = Y I Y I ran X
308 301 307 bitrd φ j 1 K ¬ X j = Y I Y I ran X
309 308 adantr φ Y I < X I j 1 K ¬ X j = Y I Y I ran X
310 299 309 mpbid φ Y I < X I Y I ran X
311 elnelne1 Y I ran Y Y I ran X ran Y ran X
312 311 necomd Y I ran Y Y I ran X ran X ran Y
313 233 310 312 syl2anc φ Y I < X I ran X ran Y
314 226 313 jaodan φ X I < Y I Y I < X I ran X ran Y
315 93 314 mpdan φ ran X ran Y