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Theorem supmul1

Description: The supremum function distributes over multiplication, in the sense that A x. ( sup B ) = sup ( A x. B ) , where A x. B is shorthand for { A x. b | b e. B } and is defined as C below. This is the simple version, with only one set argument; see supmul for the more general case with two set arguments. (Contributed by Mario Carneiro, 5-Jul-2013)

Ref Expression
Hypotheses supmul1.1 ⊢ C = z | ∃ v ∈ B z = A ⁢ v
supmul1.2 ⊢ φ ↔ A ∈ ℝ ∧ 0 ≤ A ∧ ∀ x ∈ B 0 ≤ x ∧ B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x
Assertion supmul1 ⊢ φ → A ⁢ sup B ℝ < = sup C ℝ <

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 supmul1.1 ⊢ C = z | ∃ v ∈ B z = A ⁢ v
2 supmul1.2 ⊢ φ ↔ A ∈ ℝ ∧ 0 ≤ A ∧ ∀ x ∈ B 0 ≤ x ∧ B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x
3 vex ⊢ w ∈ V
4 oveq2 ⊢ v = b → A ⁢ v = A ⁢ b
5 4 eqeq2d ⊢ v = b → z = A ⁢ v ↔ z = A ⁢ b
6 5 cbvrexvw ⊢ ∃ v ∈ B z = A ⁢ v ↔ ∃ b ∈ B z = A ⁢ b
7 eqeq1 ⊢ z = w → z = A ⁢ b ↔ w = A ⁢ b
8 7 rexbidv ⊢ z = w → ∃ b ∈ B z = A ⁢ b ↔ ∃ b ∈ B w = A ⁢ b
9 6 8 bitrid ⊢ z = w → ∃ v ∈ B z = A ⁢ v ↔ ∃ b ∈ B w = A ⁢ b
10 3 9 1 elab2 ⊢ w ∈ C ↔ ∃ b ∈ B w = A ⁢ b
11 simpr ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 ≤ A ∧ ∀ x ∈ B 0 ≤ x ∧ B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x → B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x
12 2 11 sylbi ⊢ φ → B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x
13 12 simp1d ⊢ φ → B ⊆ ℝ
14 13 sselda ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ∈ ℝ
15 suprcl ⊢ B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x → sup B ℝ < ∈ ℝ
16 12 15 syl ⊢ φ → sup B ℝ < ∈ ℝ
17 16 adantr ⊢ φ ∧ b ∈ B → sup B ℝ < ∈ ℝ
18 simpl1 ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 ≤ A ∧ ∀ x ∈ B 0 ≤ x ∧ B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x → A ∈ ℝ
19 2 18 sylbi ⊢ φ → A ∈ ℝ
20 simpl2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 ≤ A ∧ ∀ x ∈ B 0 ≤ x ∧ B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x → 0 ≤ A
21 2 20 sylbi ⊢ φ → 0 ≤ A
22 19 21 jca ⊢ φ → A ∈ ℝ ∧ 0 ≤ A
23 22 adantr ⊢ φ ∧ b ∈ B → A ∈ ℝ ∧ 0 ≤ A
24 suprub ⊢ B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x ∧ b ∈ B → b ≤ sup B ℝ <
25 12 24 sylan ⊢ φ ∧ b ∈ B → b ≤ sup B ℝ <
26 lemul2a ⊢ b ∈ ℝ ∧ sup B ℝ < ∈ ℝ ∧ A ∈ ℝ ∧ 0 ≤ A ∧ b ≤ sup B ℝ < → A ⁢ b ≤ A ⁢ sup B ℝ <
27 14 17 23 25 26 syl31anc ⊢ φ ∧ b ∈ B → A ⁢ b ≤ A ⁢ sup B ℝ <
28 breq1 ⊢ w = A ⁢ b → w ≤ A ⁢ sup B ℝ < ↔ A ⁢ b ≤ A ⁢ sup B ℝ <
29 27 28 syl5ibrcom ⊢ φ ∧ b ∈ B → w = A ⁢ b → w ≤ A ⁢ sup B ℝ <
30 29 rexlimdva ⊢ φ → ∃ b ∈ B w = A ⁢ b → w ≤ A ⁢ sup B ℝ <
31 10 30 biimtrid ⊢ φ → w ∈ C → w ≤ A ⁢ sup B ℝ <
32 31 ralrimiv ⊢ φ → ∀ w ∈ C w ≤ A ⁢ sup B ℝ <
33 19 adantr ⊢ φ ∧ b ∈ B → A ∈ ℝ
34 33 14 remulcld ⊢ φ ∧ b ∈ B → A ⁢ b ∈ ℝ
35 eleq1a ⊢ A ⁢ b ∈ ℝ → w = A ⁢ b → w ∈ ℝ
36 34 35 syl ⊢ φ ∧ b ∈ B → w = A ⁢ b → w ∈ ℝ
37 36 rexlimdva ⊢ φ → ∃ b ∈ B w = A ⁢ b → w ∈ ℝ
38 10 37 biimtrid ⊢ φ → w ∈ C → w ∈ ℝ
39 38 ssrdv ⊢ φ → C ⊆ ℝ
40 simpr2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 ≤ A ∧ ∀ x ∈ B 0 ≤ x ∧ B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x → B ≠ ∅
41 2 40 sylbi ⊢ φ → B ≠ ∅
42 ovex ⊢ A ⁢ b ∈ V
43 42 isseti ⊢ ∃ w w = A ⁢ b
44 43 rgenw ⊢ ∀ b ∈ B ∃ w w = A ⁢ b
45 r19.2z ⊢ B ≠ ∅ ∧ ∀ b ∈ B ∃ w w = A ⁢ b → ∃ b ∈ B ∃ w w = A ⁢ b
46 41 44 45 sylancl ⊢ φ → ∃ b ∈ B ∃ w w = A ⁢ b
47 10 exbii ⊢ ∃ w w ∈ C ↔ ∃ w ∃ b ∈ B w = A ⁢ b
48 n0 ⊢ C ≠ ∅ ↔ ∃ w w ∈ C
49 rexcom4 ⊢ ∃ b ∈ B ∃ w w = A ⁢ b ↔ ∃ w ∃ b ∈ B w = A ⁢ b
50 47 48 49 3bitr4i ⊢ C ≠ ∅ ↔ ∃ b ∈ B ∃ w w = A ⁢ b
51 46 50 sylibr ⊢ φ → C ≠ ∅
52 19 16 remulcld ⊢ φ → A ⁢ sup B ℝ < ∈ ℝ
53 brralrspcev ⊢ A ⁢ sup B ℝ < ∈ ℝ ∧ ∀ w ∈ C w ≤ A ⁢ sup B ℝ < → ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ C w ≤ x
54 52 32 53 syl2anc ⊢ φ → ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ C w ≤ x
55 39 51 54 3jca ⊢ φ → C ⊆ ℝ ∧ C ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ C w ≤ x
56 suprleub ⊢ C ⊆ ℝ ∧ C ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ C w ≤ x ∧ A ⁢ sup B ℝ < ∈ ℝ → sup C ℝ < ≤ A ⁢ sup B ℝ < ↔ ∀ w ∈ C w ≤ A ⁢ sup B ℝ <
57 55 52 56 syl2anc ⊢ φ → sup C ℝ < ≤ A ⁢ sup B ℝ < ↔ ∀ w ∈ C w ≤ A ⁢ sup B ℝ <
58 32 57 mpbird ⊢ φ → sup C ℝ < ≤ A ⁢ sup B ℝ <
59 simpr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ <
60 suprcl ⊢ C ⊆ ℝ ∧ C ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ C w ≤ x → sup C ℝ < ∈ ℝ
61 55 60 syl ⊢ φ → sup C ℝ < ∈ ℝ
62 61 adantr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → sup C ℝ < ∈ ℝ
63 16 adantr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → sup B ℝ < ∈ ℝ
64 19 adantr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → A ∈ ℝ
65 n0 ⊢ B ≠ ∅ ↔ ∃ b b ∈ B
66 0red ⊢ φ ∧ b ∈ B → 0 ∈ ℝ
67 simpl3 ⊢ A ∈ ℝ ∧ 0 ≤ A ∧ ∀ x ∈ B 0 ≤ x ∧ B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x → ∀ x ∈ B 0 ≤ x
68 2 67 sylbi ⊢ φ → ∀ x ∈ B 0 ≤ x
69 breq2 ⊢ x = b → 0 ≤ x ↔ 0 ≤ b
70 69 rspccva ⊢ ∀ x ∈ B 0 ≤ x ∧ b ∈ B → 0 ≤ b
71 68 70 sylan ⊢ φ ∧ b ∈ B → 0 ≤ b
72 66 14 17 71 25 letrd ⊢ φ ∧ b ∈ B → 0 ≤ sup B ℝ <
73 72 ex ⊢ φ → b ∈ B → 0 ≤ sup B ℝ <
74 73 exlimdv ⊢ φ → ∃ b b ∈ B → 0 ≤ sup B ℝ <
75 65 74 biimtrid ⊢ φ → B ≠ ∅ → 0 ≤ sup B ℝ <
76 41 75 mpd ⊢ φ → 0 ≤ sup B ℝ <
77 76 adantr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → 0 ≤ sup B ℝ <
78 0red ⊢ φ ∧ w ∈ C → 0 ∈ ℝ
79 38 imp ⊢ φ ∧ w ∈ C → w ∈ ℝ
80 61 adantr ⊢ φ ∧ w ∈ C → sup C ℝ < ∈ ℝ
81 21 adantr ⊢ φ ∧ b ∈ B → 0 ≤ A
82 33 14 81 71 mulge0d ⊢ φ ∧ b ∈ B → 0 ≤ A ⁢ b
83 breq2 ⊢ w = A ⁢ b → 0 ≤ w ↔ 0 ≤ A ⁢ b
84 82 83 syl5ibrcom ⊢ φ ∧ b ∈ B → w = A ⁢ b → 0 ≤ w
85 84 rexlimdva ⊢ φ → ∃ b ∈ B w = A ⁢ b → 0 ≤ w
86 10 85 biimtrid ⊢ φ → w ∈ C → 0 ≤ w
87 86 imp ⊢ φ ∧ w ∈ C → 0 ≤ w
88 suprub ⊢ C ⊆ ℝ ∧ C ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ C w ≤ x ∧ w ∈ C → w ≤ sup C ℝ <
89 55 88 sylan ⊢ φ ∧ w ∈ C → w ≤ sup C ℝ <
90 78 79 80 87 89 letrd ⊢ φ ∧ w ∈ C → 0 ≤ sup C ℝ <
91 90 ex ⊢ φ → w ∈ C → 0 ≤ sup C ℝ <
92 91 exlimdv ⊢ φ → ∃ w w ∈ C → 0 ≤ sup C ℝ <
93 48 92 biimtrid ⊢ φ → C ≠ ∅ → 0 ≤ sup C ℝ <
94 51 93 mpd ⊢ φ → 0 ≤ sup C ℝ <
95 94 anim1i ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → 0 ≤ sup C ℝ < ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ <
96 0red ⊢ φ → 0 ∈ ℝ
97 lelttr ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ sup C ℝ < ∈ ℝ ∧ A ⁢ sup B ℝ < ∈ ℝ → 0 ≤ sup C ℝ < ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → 0 < A ⁢ sup B ℝ <
98 96 61 52 97 syl3anc ⊢ φ → 0 ≤ sup C ℝ < ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → 0 < A ⁢ sup B ℝ <
99 98 adantr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → 0 ≤ sup C ℝ < ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → 0 < A ⁢ sup B ℝ <
100 95 99 mpd ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → 0 < A ⁢ sup B ℝ <
101 prodgt02 ⊢ A ∈ ℝ ∧ sup B ℝ < ∈ ℝ ∧ 0 ≤ sup B ℝ < ∧ 0 < A ⁢ sup B ℝ < → 0 < A
102 64 63 77 100 101 syl22anc ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → 0 < A
103 ltdivmul ⊢ sup C ℝ < ∈ ℝ ∧ sup B ℝ < ∈ ℝ ∧ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → sup C ℝ < A < sup B ℝ < ↔ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ <
104 62 63 64 102 103 syl112anc ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → sup C ℝ < A < sup B ℝ < ↔ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ <
105 59 104 mpbird ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → sup C ℝ < A < sup B ℝ <
106 12 adantr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x
107 102 gt0ne0d ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → A ≠ 0
108 62 64 107 redivcld ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → sup C ℝ < A ∈ ℝ
109 suprlub ⊢ B ⊆ ℝ ∧ B ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ B y ≤ x ∧ sup C ℝ < A ∈ ℝ → sup C ℝ < A < sup B ℝ < ↔ ∃ b ∈ B sup C ℝ < A < b
110 106 108 109 syl2anc ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → sup C ℝ < A < sup B ℝ < ↔ ∃ b ∈ B sup C ℝ < A < b
111 105 110 mpbid ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → ∃ b ∈ B sup C ℝ < A < b
112 34 adantlr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < ∧ b ∈ B → A ⁢ b ∈ ℝ
113 61 ad2antrr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < ∧ b ∈ B → sup C ℝ < ∈ ℝ
114 rspe ⊢ b ∈ B ∧ w = A ⁢ b → ∃ b ∈ B w = A ⁢ b
115 114 10 sylibr ⊢ b ∈ B ∧ w = A ⁢ b → w ∈ C
116 115 adantl ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ w = A ⁢ b → w ∈ C
117 simplrr ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ w = A ⁢ b ∧ w ∈ C → w = A ⁢ b
118 89 adantlr ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ w = A ⁢ b ∧ w ∈ C → w ≤ sup C ℝ <
119 117 118 eqbrtrrd ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ w = A ⁢ b ∧ w ∈ C → A ⁢ b ≤ sup C ℝ <
120 116 119 mpdan ⊢ φ ∧ b ∈ B ∧ w = A ⁢ b → A ⁢ b ≤ sup C ℝ <
121 120 expr ⊢ φ ∧ b ∈ B → w = A ⁢ b → A ⁢ b ≤ sup C ℝ <
122 121 exlimdv ⊢ φ ∧ b ∈ B → ∃ w w = A ⁢ b → A ⁢ b ≤ sup C ℝ <
123 43 122 mpi ⊢ φ ∧ b ∈ B → A ⁢ b ≤ sup C ℝ <
124 123 adantlr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < ∧ b ∈ B → A ⁢ b ≤ sup C ℝ <
125 112 113 124 lensymd ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < ∧ b ∈ B → ¬ sup C ℝ < < A ⁢ b
126 14 adantlr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < ∧ b ∈ B → b ∈ ℝ
127 19 ad2antrr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < ∧ b ∈ B → A ∈ ℝ
128 102 adantr ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < ∧ b ∈ B → 0 < A
129 ltdivmul ⊢ sup C ℝ < ∈ ℝ ∧ b ∈ ℝ ∧ A ∈ ℝ ∧ 0 < A → sup C ℝ < A < b ↔ sup C ℝ < < A ⁢ b
130 113 126 127 128 129 syl112anc ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < ∧ b ∈ B → sup C ℝ < A < b ↔ sup C ℝ < < A ⁢ b
131 125 130 mtbird ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < ∧ b ∈ B → ¬ sup C ℝ < A < b
132 131 nrexdv ⊢ φ ∧ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ < → ¬ ∃ b ∈ B sup C ℝ < A < b
133 111 132 pm2.65da ⊢ φ → ¬ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ <
134 58 133 jca ⊢ φ → sup C ℝ < ≤ A ⁢ sup B ℝ < ∧ ¬ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ <
135 61 52 eqleltd ⊢ φ → sup C ℝ < = A ⁢ sup B ℝ < ↔ sup C ℝ < ≤ A ⁢ sup B ℝ < ∧ ¬ sup C ℝ < < A ⁢ sup B ℝ <
136 134 135 mpbird ⊢ φ → sup C ℝ < = A ⁢ sup B ℝ <
137 136 eqcomd ⊢ φ → A ⁢ sup B ℝ < = sup C ℝ <