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Theorem supexpr

Description: The union of a nonempty, bounded set of positive reals has a supremum. Part of Proposition 9-3.3 of Gleason p. 122. (Contributed by NM, 19-May-1996) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Assertion supexpr ⊢ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ 𝑷 ∀ y ∈ A y < 𝑷 x → ∃ x ∈ 𝑷 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑷 y ∧ ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 x → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 suplem1pr ⊢ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ 𝑷 ∀ y ∈ A y < 𝑷 x → ⋃ A ∈ 𝑷
2 ltrelpr ⊢ < 𝑷 ⊆ 𝑷 × 𝑷
3 2 brel ⊢ y < 𝑷 x → y ∈ 𝑷 ∧ x ∈ 𝑷
4 3 simpld ⊢ y < 𝑷 x → y ∈ 𝑷
5 4 ralimi ⊢ ∀ y ∈ A y < 𝑷 x → ∀ y ∈ A y ∈ 𝑷
6 dfss3 ⊢ A ⊆ 𝑷 ↔ ∀ y ∈ A y ∈ 𝑷
7 5 6 sylibr ⊢ ∀ y ∈ A y < 𝑷 x → A ⊆ 𝑷
8 7 rexlimivw ⊢ ∃ x ∈ 𝑷 ∀ y ∈ A y < 𝑷 x → A ⊆ 𝑷
9 8 adantl ⊢ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ 𝑷 ∀ y ∈ A y < 𝑷 x → A ⊆ 𝑷
10 suplem2pr ⊢ A ⊆ 𝑷 → y ∈ A → ¬ ⋃ A < 𝑷 y ∧ y < 𝑷 ⋃ A → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z
11 10 simpld ⊢ A ⊆ 𝑷 → y ∈ A → ¬ ⋃ A < 𝑷 y
12 11 ralrimiv ⊢ A ⊆ 𝑷 → ∀ y ∈ A ¬ ⋃ A < 𝑷 y
13 10 simprd ⊢ A ⊆ 𝑷 → y < 𝑷 ⋃ A → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z
14 13 ralrimivw ⊢ A ⊆ 𝑷 → ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 ⋃ A → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z
15 12 14 jca ⊢ A ⊆ 𝑷 → ∀ y ∈ A ¬ ⋃ A < 𝑷 y ∧ ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 ⋃ A → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z
16 9 15 syl ⊢ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ 𝑷 ∀ y ∈ A y < 𝑷 x → ∀ y ∈ A ¬ ⋃ A < 𝑷 y ∧ ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 ⋃ A → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z
17 breq1 ⊢ x = ⋃ A → x < 𝑷 y ↔ ⋃ A < 𝑷 y
18 17 notbid ⊢ x = ⋃ A → ¬ x < 𝑷 y ↔ ¬ ⋃ A < 𝑷 y
19 18 ralbidv ⊢ x = ⋃ A → ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑷 y ↔ ∀ y ∈ A ¬ ⋃ A < 𝑷 y
20 breq2 ⊢ x = ⋃ A → y < 𝑷 x ↔ y < 𝑷 ⋃ A
21 20 imbi1d ⊢ x = ⋃ A → y < 𝑷 x → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z ↔ y < 𝑷 ⋃ A → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z
22 21 ralbidv ⊢ x = ⋃ A → ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 x → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z ↔ ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 ⋃ A → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z
23 19 22 anbi12d ⊢ x = ⋃ A → ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑷 y ∧ ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 x → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z ↔ ∀ y ∈ A ¬ ⋃ A < 𝑷 y ∧ ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 ⋃ A → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z
24 23 rspcev ⊢ ⋃ A ∈ 𝑷 ∧ ∀ y ∈ A ¬ ⋃ A < 𝑷 y ∧ ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 ⋃ A → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z → ∃ x ∈ 𝑷 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑷 y ∧ ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 x → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z
25 1 16 24 syl2anc ⊢ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ 𝑷 ∀ y ∈ A y < 𝑷 x → ∃ x ∈ 𝑷 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑷 y ∧ ∀ y ∈ 𝑷 y < 𝑷 x → ∃ z ∈ A y < 𝑷 z