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Theorem supsr

Description: A nonempty, bounded set of signed reals has a supremum. (Contributed by NM, 21-May-1996) (Revised by Mario Carneiro, 15-Jun-2013) (New usage is discouraged.)

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

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 n0 ⊢ A ≠ ∅ ↔ ∃ u u ∈ A
2 ltrelsr ⊢ < 𝑹 ⊆ 𝑹 × 𝑹
3 2 brel ⊢ y < 𝑹 x → y ∈ 𝑹 ∧ x ∈ 𝑹
4 3 simpld ⊢ y < 𝑹 x → y ∈ 𝑹
5 4 ralimi ⊢ ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → ∀ y ∈ A y ∈ 𝑹
6 dfss3 ⊢ A ⊆ 𝑹 ↔ ∀ y ∈ A y ∈ 𝑹
7 5 6 sylibr ⊢ ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → A ⊆ 𝑹
8 7 sseld ⊢ ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → u ∈ A → u ∈ 𝑹
9 8 rexlimivw ⊢ ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → u ∈ A → u ∈ 𝑹
10 9 impcom ⊢ u ∈ A ∧ ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → u ∈ 𝑹
11 eleq1 ⊢ u = if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 → u ∈ A ↔ if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 ∈ A
12 11 anbi1d ⊢ u = if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 → u ∈ A ∧ ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x ↔ if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 ∈ A ∧ ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x
13 12 imbi1d ⊢ u = if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 → u ∈ A ∧ ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑹 y ∧ ∀ y ∈ 𝑹 y < 𝑹 x → ∃ z ∈ A y < 𝑹 z ↔ if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 ∈ A ∧ ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑹 y ∧ ∀ y ∈ 𝑹 y < 𝑹 x → ∃ z ∈ A y < 𝑹 z
14 opeq1 ⊢ v = w → v 1 𝑷 = w 1 𝑷
15 14 eceq1d ⊢ v = w → v 1 𝑷 ~ 𝑹 = w 1 𝑷 ~ 𝑹
16 15 oveq2d ⊢ v = w → if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 + 𝑹 v 1 𝑷 ~ 𝑹 = if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 + 𝑹 w 1 𝑷 ~ 𝑹
17 16 eleq1d ⊢ v = w → if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 + 𝑹 v 1 𝑷 ~ 𝑹 ∈ A ↔ if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 + 𝑹 w 1 𝑷 ~ 𝑹 ∈ A
18 17 cbvabv ⊢ v | if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 + 𝑹 v 1 𝑷 ~ 𝑹 ∈ A = w | if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 + 𝑹 w 1 𝑷 ~ 𝑹 ∈ A
19 1sr ⊢ 1 𝑹 ∈ 𝑹
20 19 elimel ⊢ if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 ∈ 𝑹
21 18 20 supsrlem ⊢ if u ∈ 𝑹 u 1 𝑹 ∈ A ∧ ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑹 y ∧ ∀ y ∈ 𝑹 y < 𝑹 x → ∃ z ∈ A y < 𝑹 z
22 13 21 dedth ⊢ u ∈ 𝑹 → u ∈ A ∧ ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑹 y ∧ ∀ y ∈ 𝑹 y < 𝑹 x → ∃ z ∈ A y < 𝑹 z
23 10 22 mpcom ⊢ u ∈ A ∧ ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑹 y ∧ ∀ y ∈ 𝑹 y < 𝑹 x → ∃ z ∈ A y < 𝑹 z
24 23 ex ⊢ u ∈ A → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑹 y ∧ ∀ y ∈ 𝑹 y < 𝑹 x → ∃ z ∈ A y < 𝑹 z
25 24 exlimiv ⊢ ∃ u u ∈ A → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑹 y ∧ ∀ y ∈ 𝑹 y < 𝑹 x → ∃ z ∈ A y < 𝑹 z
26 1 25 sylbi ⊢ A ≠ ∅ → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑹 y ∧ ∀ y ∈ 𝑹 y < 𝑹 x → ∃ z ∈ A y < 𝑹 z
27 26 imp ⊢ A ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A y < 𝑹 x → ∃ x ∈ 𝑹 ∀ y ∈ A ¬ x < 𝑹 y ∧ ∀ y ∈ 𝑹 y < 𝑹 x → ∃ z ∈ A y < 𝑹 z