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Theorem supxrunb1

Description: The supremum of an unbounded-above set of extended reals is plus infinity. (Contributed by NM, 19-Jan-2006)

Ref Expression
Assertion supxrunb1 ⊢ A ⊆ ℝ * → ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y ↔ sup A ℝ * < = +∞

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ssel ⊢ A ⊆ ℝ * → z ∈ A → z ∈ ℝ *
2 pnfnlt ⊢ z ∈ ℝ * → ¬ +∞ < z
3 1 2 syl6 ⊢ A ⊆ ℝ * → z ∈ A → ¬ +∞ < z
4 3 ralrimiv ⊢ A ⊆ ℝ * → ∀ z ∈ A ¬ +∞ < z
5 4 adantr ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → ∀ z ∈ A ¬ +∞ < z
6 peano2re ⊢ z ∈ ℝ → z + 1 ∈ ℝ
7 breq1 ⊢ x = z + 1 → x ≤ y ↔ z + 1 ≤ y
8 7 rexbidv ⊢ x = z + 1 → ∃ y ∈ A x ≤ y ↔ ∃ y ∈ A z + 1 ≤ y
9 8 rspcva ⊢ z + 1 ∈ ℝ ∧ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → ∃ y ∈ A z + 1 ≤ y
10 9 adantrr ⊢ z + 1 ∈ ℝ ∧ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y ∧ A ⊆ ℝ * → ∃ y ∈ A z + 1 ≤ y
11 10 ancoms ⊢ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y ∧ A ⊆ ℝ * ∧ z + 1 ∈ ℝ → ∃ y ∈ A z + 1 ≤ y
12 6 11 sylan2 ⊢ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y ∧ A ⊆ ℝ * ∧ z ∈ ℝ → ∃ y ∈ A z + 1 ≤ y
13 ssel2 ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ y ∈ A → y ∈ ℝ *
14 ltp1 ⊢ z ∈ ℝ → z < z + 1
15 14 adantr ⊢ z ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ * → z < z + 1
16 6 ancli ⊢ z ∈ ℝ → z ∈ ℝ ∧ z + 1 ∈ ℝ
17 rexr ⊢ z ∈ ℝ → z ∈ ℝ *
18 rexr ⊢ z + 1 ∈ ℝ → z + 1 ∈ ℝ *
19 xrltletr ⊢ z ∈ ℝ * ∧ z + 1 ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → z < z + 1 ∧ z + 1 ≤ y → z < y
20 18 19 syl3an2 ⊢ z ∈ ℝ * ∧ z + 1 ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ * → z < z + 1 ∧ z + 1 ≤ y → z < y
21 17 20 syl3an1 ⊢ z ∈ ℝ ∧ z + 1 ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ * → z < z + 1 ∧ z + 1 ≤ y → z < y
22 21 3expa ⊢ z ∈ ℝ ∧ z + 1 ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ * → z < z + 1 ∧ z + 1 ≤ y → z < y
23 16 22 sylan ⊢ z ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ * → z < z + 1 ∧ z + 1 ≤ y → z < y
24 15 23 mpand ⊢ z ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ * → z + 1 ≤ y → z < y
25 24 ancoms ⊢ y ∈ ℝ * ∧ z ∈ ℝ → z + 1 ≤ y → z < y
26 13 25 sylan ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ y ∈ A ∧ z ∈ ℝ → z + 1 ≤ y → z < y
27 26 an32s ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ z ∈ ℝ ∧ y ∈ A → z + 1 ≤ y → z < y
28 27 reximdva ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ z ∈ ℝ → ∃ y ∈ A z + 1 ≤ y → ∃ y ∈ A z < y
29 28 adantll ⊢ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y ∧ A ⊆ ℝ * ∧ z ∈ ℝ → ∃ y ∈ A z + 1 ≤ y → ∃ y ∈ A z < y
30 12 29 mpd ⊢ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y ∧ A ⊆ ℝ * ∧ z ∈ ℝ → ∃ y ∈ A z < y
31 30 exp31 ⊢ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → A ⊆ ℝ * → z ∈ ℝ → ∃ y ∈ A z < y
32 31 a1dd ⊢ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → A ⊆ ℝ * → z < +∞ → z ∈ ℝ → ∃ y ∈ A z < y
33 32 com4r ⊢ z ∈ ℝ → ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → A ⊆ ℝ * → z < +∞ → ∃ y ∈ A z < y
34 33 com13 ⊢ A ⊆ ℝ * → ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → z ∈ ℝ → z < +∞ → ∃ y ∈ A z < y
35 34 imp ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → z ∈ ℝ → z < +∞ → ∃ y ∈ A z < y
36 35 ralrimiv ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → ∀ z ∈ ℝ z < +∞ → ∃ y ∈ A z < y
37 5 36 jca ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → ∀ z ∈ A ¬ +∞ < z ∧ ∀ z ∈ ℝ z < +∞ → ∃ y ∈ A z < y
38 pnfxr ⊢ +∞ ∈ ℝ *
39 supxr ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ +∞ ∈ ℝ * ∧ ∀ z ∈ A ¬ +∞ < z ∧ ∀ z ∈ ℝ z < +∞ → ∃ y ∈ A z < y → sup A ℝ * < = +∞
40 38 39 mpanl2 ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ ∀ z ∈ A ¬ +∞ < z ∧ ∀ z ∈ ℝ z < +∞ → ∃ y ∈ A z < y → sup A ℝ * < = +∞
41 37 40 syldan ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → sup A ℝ * < = +∞
42 41 ex ⊢ A ⊆ ℝ * → ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y → sup A ℝ * < = +∞
43 rexr ⊢ x ∈ ℝ → x ∈ ℝ *
44 43 ad2antlr ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < = +∞ → x ∈ ℝ *
45 ltpnf ⊢ x ∈ ℝ → x < +∞
46 breq2 ⊢ sup A ℝ * < = +∞ → x < sup A ℝ * < ↔ x < +∞
47 45 46 imbitrrid ⊢ sup A ℝ * < = +∞ → x ∈ ℝ → x < sup A ℝ * <
48 47 impcom ⊢ x ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < = +∞ → x < sup A ℝ * <
49 48 adantll ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < = +∞ → x < sup A ℝ * <
50 xrltso ⊢ < Or ℝ *
51 50 a1i ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < = +∞ → < Or ℝ *
52 xrsupss ⊢ A ⊆ ℝ * → ∃ z ∈ ℝ * ∀ w ∈ A ¬ z < w ∧ ∀ w ∈ ℝ * w < z → ∃ y ∈ A w < y
53 52 ad2antrr ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < = +∞ → ∃ z ∈ ℝ * ∀ w ∈ A ¬ z < w ∧ ∀ w ∈ ℝ * w < z → ∃ y ∈ A w < y
54 51 53 suplub ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < = +∞ → x ∈ ℝ * ∧ x < sup A ℝ * < → ∃ y ∈ A x < y
55 44 49 54 mp2and ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < = +∞ → ∃ y ∈ A x < y
56 55 ex ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ → sup A ℝ * < = +∞ → ∃ y ∈ A x < y
57 43 ad2antlr ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ ∧ y ∈ A → x ∈ ℝ *
58 13 adantlr ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ ∧ y ∈ A → y ∈ ℝ *
59 xrltle ⊢ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → x < y → x ≤ y
60 57 58 59 syl2anc ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ ∧ y ∈ A → x < y → x ≤ y
61 60 reximdva ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ → ∃ y ∈ A x < y → ∃ y ∈ A x ≤ y
62 56 61 syld ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ x ∈ ℝ → sup A ℝ * < = +∞ → ∃ y ∈ A x ≤ y
63 62 ralrimdva ⊢ A ⊆ ℝ * → sup A ℝ * < = +∞ → ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y
64 42 63 impbid ⊢ A ⊆ ℝ * → ∀ x ∈ ℝ ∃ y ∈ A x ≤ y ↔ sup A ℝ * < = +∞