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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 = sup 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 = sup z 1 K | X z Y z <
8 7 a1i φ I = sup 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 abeq2 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 biimpi f A f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y
31 30 adantl φ f A f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y
32 31 ralrimiva φ f A f : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y f x < f y
33 26 32 4 rspcdva φ X : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y X x < X y
34 33 simpld φ X : 1 K 1 N
35 34 ffnd φ X Fn 1 K
36 35 adantr φ z 1 K X z = Y z X Fn 1 K
37 feq1 f = Y f : 1 K 1 N Y : 1 K 1 N
38 fveq1 f = Y f x = Y x
39 fveq1 f = Y f y = Y y
40 38 39 breq12d f = Y f x < f y Y x < Y y
41 40 imbi2d f = Y x < y f x < f y x < y Y x < Y y
42 41 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
43 37 42 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
44 43 32 5 rspcdva φ Y : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
45 44 adantr φ Y A Y : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
46 5 45 mpdan φ Y : 1 K 1 N x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
47 46 simpld φ Y : 1 K 1 N
48 47 ffnd φ Y Fn 1 K
49 48 adantr φ z 1 K X z = Y z Y Fn 1 K
50 eqfnfv X Fn 1 K Y Fn 1 K X = Y z 1 K X z = Y z
51 36 49 50 syl2anc φ z 1 K X z = Y z X = Y z 1 K X z = Y z
52 51 bicomd φ z 1 K X z = Y z z 1 K X z = Y z X = Y
53 52 biimpd φ z 1 K X z = Y z z 1 K X z = Y z X = Y
54 53 syldbl2 φ z 1 K X z = Y z X = Y
55 19 54 sylan2b φ z 1 K | X z Y z = X = Y
56 55 ex φ z 1 K | X z Y z = X = Y
57 56 necon3d φ X Y z 1 K | X z Y z
58 57 imp φ X Y z 1 K | X z Y z
59 6 58 mpdan φ z 1 K | X z Y z
60 fz1ssnn 1 K
61 60 a1i φ 1 K
62 nnssre
63 62 a1i φ
64 61 63 sstrd φ 1 K
65 13 64 sstrd φ z 1 K | X z Y z
66 15 59 65 3jca φ z 1 K | X z Y z Fin z 1 K | X z Y z z 1 K | X z Y z
67 fiinfcl < Or z 1 K | X z Y z Fin z 1 K | X z Y z z 1 K | X z Y z sup z 1 K | X z Y z < z 1 K | X z Y z
68 10 66 67 syl2anc φ sup z 1 K | X z Y z < z 1 K | X z Y z
69 8 68 eqeltrd φ I z 1 K | X z Y z
70 13 68 sseldd φ sup z 1 K | X z Y z < 1 K
71 8 eleq1d φ I 1 K sup z 1 K | X z Y z < 1 K
72 70 71 mpbird φ I 1 K
73 fveq2 z = I X z = X I
74 fveq2 z = I Y z = Y I
75 73 74 neeq12d z = I X z Y z X I Y I
76 75 elrab3 I 1 K I z 1 K | X z Y z X I Y I
77 72 76 syl φ I z 1 K | X z Y z X I Y I
78 69 77 mpbid φ X I Y I
79 nfv a φ
80 nfcv _ a 1 N
81 nfcv _ a
82 elfznn a 1 N a
83 82 adantl φ a 1 N a
84 nnre a a
85 83 84 syl φ a 1 N a
86 85 ex φ a 1 N a
87 79 80 81 86 ssrd φ 1 N
88 34 72 ffvelrnd φ X I 1 N
89 87 88 sseldd φ X I
90 47 72 ffvelrnd φ Y I 1 N
91 87 90 sseldd φ Y I
92 lttri2 X I Y I X I Y I X I < Y I Y I < X I
93 89 91 92 syl2anc φ X I Y I X I < Y I Y I < X I
94 78 93 mpbid φ X I < Y I Y I < X I
95 34 ffund φ Fun X
96 95 adantr φ X I < Y I Fun X
97 34 fdmd φ dom X = 1 K
98 72 97 eleqtrrd φ I dom X
99 98 adantr φ X I < Y I I dom X
100 fvelrn Fun X I dom X X I ran X
101 96 99 100 syl2anc φ X I < Y I X I ran X
102 elfznn j 1 K j
103 102 3ad2ant3 φ X I < Y I j 1 K j
104 103 nnred φ X I < Y I j 1 K j
105 64 72 sseldd φ I
106 105 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K I
107 104 106 lttri4d φ X I < Y I j 1 K j < I j = I I < j
108 47 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K Y : 1 K 1 N
109 simp3 φ X I < Y I j 1 K j 1 K
110 108 109 ffvelrnd φ X I < Y I j 1 K Y j 1 N
111 fz1ssnn 1 N
112 111 sseli Y j 1 N Y j
113 nnre Y j Y j
114 112 113 syl Y j 1 N Y j
115 110 114 syl φ X I < Y I j 1 K Y j
116 115 adantr φ X I < Y I j 1 K j < I Y j
117 33 simprd φ x 1 K y 1 K x < y X x < X y
118 117 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K x 1 K y 1 K x < y X x < X y
119 118 adantr φ X I < Y I j 1 K j < I x 1 K y 1 K x < y X x < X y
120 simpl3 φ X I < Y I j 1 K j < I j 1 K
121 72 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K I 1 K
122 121 adantr φ X I < Y I j 1 K j < I I 1 K
123 breq1 x = j x < y j < y
124 fveq2 x = j X x = X j
125 124 breq1d x = j X x < X y X j < X y
126 123 125 imbi12d x = j x < y X x < X y j < y X j < X y
127 breq2 y = I j < y j < I
128 fveq2 y = I X y = X I
129 128 breq2d y = I X j < X y X j < X I
130 127 129 imbi12d y = I j < y X j < X y j < I X j < X I
131 126 130 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
132 120 122 131 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
133 119 132 mpd φ X I < Y I j 1 K j < I j < I X j < X I
134 133 syldbl2 φ X I < Y I j 1 K j < I X j < X I
135 simp2 φ j 1 K j < I j 1 K
136 simp3 φ j 1 K j < I j < I
137 102 3ad2ant2 φ j 1 K j < I j
138 137 nnred φ j 1 K j < I j
139 105 3ad2ant1 φ j 1 K j < I I
140 138 139 ltnled φ j 1 K j < I j < I ¬ I j
141 136 140 mpbid φ j 1 K j < I ¬ I j
142 65 3ad2ant1 φ j 1 K j < I z 1 K | X z Y z
143 15 3ad2ant1 φ j 1 K j < I z 1 K | X z Y z Fin
144 infrefilb z 1 K | X z Y z z 1 K | X z Y z Fin j z 1 K | X z Y z sup z 1 K | X z Y z < j
145 144 3expia z 1 K | X z Y z z 1 K | X z Y z Fin j z 1 K | X z Y z sup z 1 K | X z Y z < j
146 142 143 145 syl2anc φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z sup z 1 K | X z Y z < j
147 146 imp φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z sup z 1 K | X z Y z < j
148 7 a1i φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z I = sup z 1 K | X z Y z <
149 148 breq1d φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z I j sup z 1 K | X z Y z < j
150 147 149 mpbird φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z I j
151 150 ex φ j 1 K j < I j z 1 K | X z Y z I j
152 151 con3d φ j 1 K j < I ¬ I j ¬ j z 1 K | X z Y z
153 141 152 mpd φ j 1 K j < I ¬ j z 1 K | X z Y z
154 nfcv _ z j
155 nfcv _ z 1 K
156 nfv z X j Y j
157 fveq2 z = j X z = X j
158 fveq2 z = j Y z = Y j
159 157 158 neeq12d z = j X z Y z X j Y j
160 154 155 156 159 elrabf j z 1 K | X z Y z j 1 K X j Y j
161 160 notbii ¬ j z 1 K | X z Y z ¬ j 1 K X j Y j
162 ianor ¬ j 1 K X j Y j ¬ j 1 K ¬ X j Y j
163 161 162 bitri ¬ j z 1 K | X z Y z ¬ j 1 K ¬ X j Y j
164 153 163 sylib φ j 1 K j < I ¬ j 1 K ¬ X j Y j
165 imor j 1 K ¬ X j Y j ¬ j 1 K ¬ X j Y j
166 164 165 sylibr φ j 1 K j < I j 1 K ¬ X j Y j
167 166 imp φ j 1 K j < I j 1 K ¬ X j Y j
168 nne ¬ X j Y j X j = Y j
169 167 168 sylib φ j 1 K j < I j 1 K X j = Y j
170 135 169 mpdan φ j 1 K j < I X j = Y j
171 170 3expa φ j 1 K j < I X j = Y j
172 171 3adantl2 φ X I < Y I j 1 K j < I X j = Y j
173 172 eqcomd φ X I < Y I j 1 K j < I Y j = X j
174 173 breq1d φ X I < Y I j 1 K j < I Y j < X I X j < X I
175 134 174 mpbird φ X I < Y I j 1 K j < I Y j < X I
176 116 175 ltned φ X I < Y I j 1 K j < I Y j X I
177 78 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K X I Y I
178 177 adantr φ X I < Y I j 1 K j = I X I Y I
179 178 necomd φ X I < Y I j 1 K j = I Y I X I
180 fveq2 j = I Y j = Y I
181 180 neeq1d j = I Y j X I Y I X I
182 181 adantl φ X I < Y I j 1 K j = I Y j X I Y I X I
183 179 182 mpbird φ X I < Y I j 1 K j = I Y j X I
184 89 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K X I
185 184 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j X I
186 91 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K Y I
187 186 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j Y I
188 115 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j Y j
189 simpl2 φ X I < Y I j 1 K I < j X I < Y I
190 44 simprd φ x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
191 190 3ad2ant1 φ X I < Y I j 1 K x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
192 191 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
193 121 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j I 1 K
194 109 adantr φ X I < Y I j 1 K I < j j 1 K
195 breq1 x = I x < y I < y
196 fveq2 x = I Y x = Y I
197 196 breq1d x = I Y x < Y y Y I < Y y
198 195 197 imbi12d x = I x < y Y x < Y y I < y Y I < Y y
199 breq2 y = j I < y I < j
200 fveq2 y = j Y y = Y j
201 200 breq2d y = j Y I < Y y Y I < Y j
202 199 201 imbi12d y = j I < y Y I < Y y I < j Y I < Y j
203 198 202 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
204 193 194 203 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
205 192 204 mpd φ X I < Y I j 1 K I < j I < j Y I < Y j
206 205 syldbl2 φ X I < Y I j 1 K I < j Y I < Y j
207 185 187 188 189 206 lttrd φ X I < Y I j 1 K I < j X I < Y j
208 185 207 ltned φ X I < Y I j 1 K I < j X I Y j
209 208 necomd φ X I < Y I j 1 K I < j Y j X I
210 176 183 209 3jaodan φ X I < Y I j 1 K j < I j = I I < j Y j X I
211 107 210 mpdan φ X I < Y I j 1 K Y j X I
212 211 3expa φ X I < Y I j 1 K Y j X I
213 212 neneqd φ X I < Y I j 1 K ¬ Y j = X I
214 213 ralrimiva φ X I < Y I j 1 K ¬ Y j = X I
215 ralnex j 1 K ¬ Y j = X I ¬ j 1 K Y j = X I
216 215 a1i φ j 1 K ¬ Y j = X I ¬ j 1 K Y j = X I
217 nnel ¬ X I ran Y X I ran Y
218 217 a1i φ ¬ X I ran Y X I ran Y
219 fvelrnb Y Fn 1 K X I ran Y j 1 K Y j = X I
220 48 219 syl φ X I ran Y j 1 K Y j = X I
221 218 220 bitrd φ ¬ X I ran Y j 1 K Y j = X I
222 221 con1bid φ ¬ j 1 K Y j = X I X I ran Y
223 216 222 bitrd φ j 1 K ¬ Y j = X I X I ran Y
224 223 adantr φ X I < Y I j 1 K ¬ Y j = X I X I ran Y
225 214 224 mpbid φ X I < Y I X I ran Y
226 elnelne1 X I ran X X I ran Y ran X ran Y
227 101 225 226 syl2anc φ X I < Y I ran X ran Y
228 47 ffund φ Fun Y
229 228 adantr φ Y I < X I Fun Y
230 47 fdmd φ dom Y = 1 K
231 72 230 eleqtrrd φ I dom Y
232 231 adantr φ Y I < X I I dom Y
233 fvelrn Fun Y I dom Y Y I ran Y
234 229 232 233 syl2anc φ Y I < X I Y I ran Y
235 102 3ad2ant3 φ Y I < X I j 1 K j
236 235 nnred φ Y I < X I j 1 K j
237 105 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K I
238 236 237 lttri4d φ Y I < X I j 1 K j < I j = I I < j
239 34 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K X : 1 K 1 N
240 simp3 φ Y I < X I j 1 K j 1 K
241 239 240 ffvelrnd φ Y I < X I j 1 K X j 1 N
242 111 sseli X j 1 N X j
243 241 242 syl φ Y I < X I j 1 K X j
244 243 nnred φ Y I < X I j 1 K X j
245 244 adantr φ Y I < X I j 1 K j < I X j
246 190 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
247 246 adantr φ Y I < X I j 1 K j < I x 1 K y 1 K x < y Y x < Y y
248 simpl3 φ Y I < X I j 1 K j < I j 1 K
249 72 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K I 1 K
250 249 adantr φ Y I < X I j 1 K j < I I 1 K
251 fveq2 x = j Y x = Y j
252 251 breq1d x = j Y x < Y y Y j < Y y
253 123 252 imbi12d x = j x < y Y x < Y y j < y Y j < Y y
254 fveq2 y = I Y y = Y I
255 254 breq2d y = I Y j < Y y Y j < Y I
256 127 255 imbi12d y = I j < y Y j < Y y j < I Y j < Y I
257 253 256 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
258 248 250 257 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
259 247 258 mpd φ Y I < X I j 1 K j < I j < I Y j < Y I
260 259 syldbl2 φ Y I < X I j 1 K j < I Y j < Y I
261 171 3adantl2 φ Y I < X I j 1 K j < I X j = Y j
262 261 breq1d φ Y I < X I j 1 K j < I X j < Y I Y j < Y I
263 260 262 mpbird φ Y I < X I j 1 K j < I X j < Y I
264 245 263 ltned φ Y I < X I j 1 K j < I X j Y I
265 91 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K Y I
266 265 adantr φ Y I < X I j 1 K j = I Y I
267 simpl2 φ Y I < X I j 1 K j = I Y I < X I
268 266 267 ltned φ Y I < X I j 1 K j = I Y I X I
269 268 necomd φ Y I < X I j 1 K j = I X I Y I
270 fveq2 j = I X j = X I
271 270 neeq1d j = I X j Y I X I Y I
272 271 adantl φ Y I < X I j 1 K j = I X j Y I X I Y I
273 269 272 mpbird φ Y I < X I j 1 K j = I X j Y I
274 265 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j Y I
275 89 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K X I
276 275 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j X I
277 244 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j X j
278 simpl2 φ Y I < X I j 1 K I < j Y I < X I
279 117 3ad2ant1 φ Y I < X I j 1 K x 1 K y 1 K x < y X x < X y
280 279 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j x 1 K y 1 K x < y X x < X y
281 249 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j I 1 K
282 240 adantr φ Y I < X I j 1 K I < j j 1 K
283 fveq2 x = I X x = X I
284 283 breq1d x = I X x < X y X I < X y
285 195 284 imbi12d x = I x < y X x < X y I < y X I < X y
286 fveq2 y = j X y = X j
287 286 breq2d y = j X I < X y X I < X j
288 199 287 imbi12d y = j I < y X I < X y I < j X I < X j
289 285 288 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
290 281 282 289 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
291 280 290 mpd φ Y I < X I j 1 K I < j I < j X I < X j
292 291 syldbl2 φ Y I < X I j 1 K I < j X I < X j
293 274 276 277 278 292 lttrd φ Y I < X I j 1 K I < j Y I < X j
294 274 293 ltned φ Y I < X I j 1 K I < j Y I X j
295 294 necomd φ Y I < X I j 1 K I < j X j Y I
296 264 273 295 3jaodan φ Y I < X I j 1 K j < I j = I I < j X j Y I
297 238 296 mpdan φ Y I < X I j 1 K X j Y I
298 297 3expa φ Y I < X I j 1 K X j Y I
299 298 neneqd φ Y I < X I j 1 K ¬ X j = Y I
300 299 ralrimiva φ Y I < X I j 1 K ¬ X j = Y I
301 ralnex j 1 K ¬ X j = Y I ¬ j 1 K X j = Y I
302 301 a1i φ j 1 K ¬ X j = Y I ¬ j 1 K X j = Y I
303 nnel ¬ Y I ran X Y I ran X
304 303 a1i φ ¬ Y I ran X Y I ran X
305 fvelrnb X Fn 1 K Y I ran X j 1 K X j = Y I
306 35 305 syl φ Y I ran X j 1 K X j = Y I
307 304 306 bitrd φ ¬ Y I ran X j 1 K X j = Y I
308 307 con1bid φ ¬ j 1 K X j = Y I Y I ran X
309 302 308 bitrd φ j 1 K ¬ X j = Y I Y I ran X
310 309 adantr φ Y I < X I j 1 K ¬ X j = Y I Y I ran X
311 300 310 mpbid φ Y I < X I Y I ran X
312 elnelne1 Y I ran Y Y I ran X ran Y ran X
313 312 necomd Y I ran Y Y I ran X ran X ran Y
314 234 311 313 syl2anc φ Y I < X I ran X ran Y
315 227 314 jaodan φ X I < Y I Y I < X I ran X ran Y
316 94 315 mpdan φ ran X ran Y