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Theorem supinf

Description: The supremum is the infimum of the upper bounds. (Contributed by SN, 29-Jun-2025)

Ref Expression
Hypotheses supinf.1 ⊢ φ → < ˙ Or A
supinf.2 ⊢ φ → ∃ x ∈ A ∀ y ∈ B ¬ x < ˙ y ∧ ∀ y ∈ A y < ˙ x → ∃ z ∈ B y < ˙ z
Assertion supinf ⊢ φ → sup B A < ˙ = inf x ∈ A | ∀ w ∈ B ¬ x < ˙ w A < ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 supinf.1 ⊢ φ → < ˙ Or A
2 supinf.2 ⊢ φ → ∃ x ∈ A ∀ y ∈ B ¬ x < ˙ y ∧ ∀ y ∈ A y < ˙ x → ∃ z ∈ B y < ˙ z
3 1 2 supcl ⊢ φ → sup B A < ˙ ∈ A
4 breq1 ⊢ x = sup B A < ˙ → x < ˙ w ↔ sup B A < ˙ < ˙ w
5 4 notbid ⊢ x = sup B A < ˙ → ¬ x < ˙ w ↔ ¬ sup B A < ˙ < ˙ w
6 5 ralbidv ⊢ x = sup B A < ˙ → ∀ w ∈ B ¬ x < ˙ w ↔ ∀ w ∈ B ¬ sup B A < ˙ < ˙ w
7 1 2 supub ⊢ φ → v ∈ B → ¬ sup B A < ˙ < ˙ v
8 7 ralrimiv ⊢ φ → ∀ v ∈ B ¬ sup B A < ˙ < ˙ v
9 breq2 ⊢ v = w → sup B A < ˙ < ˙ v ↔ sup B A < ˙ < ˙ w
10 9 notbid ⊢ v = w → ¬ sup B A < ˙ < ˙ v ↔ ¬ sup B A < ˙ < ˙ w
11 10 cbvralvw ⊢ ∀ v ∈ B ¬ sup B A < ˙ < ˙ v ↔ ∀ w ∈ B ¬ sup B A < ˙ < ˙ w
12 8 11 sylib ⊢ φ → ∀ w ∈ B ¬ sup B A < ˙ < ˙ w
13 6 3 12 elrabd ⊢ φ → sup B A < ˙ ∈ x ∈ A | ∀ w ∈ B ¬ x < ˙ w
14 breq1 ⊢ x = v → x < ˙ w ↔ v < ˙ w
15 14 notbid ⊢ x = v → ¬ x < ˙ w ↔ ¬ v < ˙ w
16 15 ralbidv ⊢ x = v → ∀ w ∈ B ¬ x < ˙ w ↔ ∀ w ∈ B ¬ v < ˙ w
17 16 elrab ⊢ v ∈ x ∈ A | ∀ w ∈ B ¬ x < ˙ w ↔ v ∈ A ∧ ∀ w ∈ B ¬ v < ˙ w
18 breq2 ⊢ z = w → y < ˙ z ↔ y < ˙ w
19 18 cbvrexvw ⊢ ∃ z ∈ B y < ˙ z ↔ ∃ w ∈ B y < ˙ w
20 19 imbi2i ⊢ y < ˙ x → ∃ z ∈ B y < ˙ z ↔ y < ˙ x → ∃ w ∈ B y < ˙ w
21 20 ralbii ⊢ ∀ y ∈ A y < ˙ x → ∃ z ∈ B y < ˙ z ↔ ∀ y ∈ A y < ˙ x → ∃ w ∈ B y < ˙ w
22 21 anbi2i ⊢ ∀ y ∈ B ¬ x < ˙ y ∧ ∀ y ∈ A y < ˙ x → ∃ z ∈ B y < ˙ z ↔ ∀ y ∈ B ¬ x < ˙ y ∧ ∀ y ∈ A y < ˙ x → ∃ w ∈ B y < ˙ w
23 22 rexbii ⊢ ∃ x ∈ A ∀ y ∈ B ¬ x < ˙ y ∧ ∀ y ∈ A y < ˙ x → ∃ z ∈ B y < ˙ z ↔ ∃ x ∈ A ∀ y ∈ B ¬ x < ˙ y ∧ ∀ y ∈ A y < ˙ x → ∃ w ∈ B y < ˙ w
24 2 23 sylib ⊢ φ → ∃ x ∈ A ∀ y ∈ B ¬ x < ˙ y ∧ ∀ y ∈ A y < ˙ x → ∃ w ∈ B y < ˙ w
25 1 24 supnub ⊢ φ → v ∈ A ∧ ∀ w ∈ B ¬ v < ˙ w → ¬ v < ˙ sup B A < ˙
26 17 25 biimtrid ⊢ φ → v ∈ x ∈ A | ∀ w ∈ B ¬ x < ˙ w → ¬ v < ˙ sup B A < ˙
27 26 imp ⊢ φ ∧ v ∈ x ∈ A | ∀ w ∈ B ¬ x < ˙ w → ¬ v < ˙ sup B A < ˙
28 1 3 13 27 infmin ⊢ φ → inf x ∈ A | ∀ w ∈ B ¬ x < ˙ w A < ˙ = sup B A < ˙
29 28 eqcomd ⊢ φ → sup B A < ˙ = inf x ∈ A | ∀ w ∈ B ¬ x < ˙ w A < ˙