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Theorem xrofsup

Description: The supremum is preserved by extended addition set operation. (Provided minus infinity is not involved as it does not behave well with addition.) (Contributed by Thierry Arnoux, 20-Mar-2017)

Ref Expression
Hypotheses xrofsup.1 φX*
xrofsup.2 φY*
xrofsup.3 φsupX*<−∞
xrofsup.4 φsupY*<−∞
xrofsup.5 φZ=+𝑒X×Y
Assertion xrofsup φsupZ*<=supX*<+𝑒supY*<

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 xrofsup.1 φX*
2 xrofsup.2 φY*
3 xrofsup.3 φsupX*<−∞
4 xrofsup.4 φsupY*<−∞
5 xrofsup.5 φZ=+𝑒X×Y
6 1 sseld φxXx*
7 2 sseld φyYy*
8 6 7 anim12d φxXyYx*y*
9 8 imp φxXyYx*y*
10 xaddcl x*y*x+𝑒y*
11 9 10 syl φxXyYx+𝑒y*
12 11 ralrimivva φxXyYx+𝑒y*
13 fveq2 u=xy+𝑒u=+𝑒xy
14 df-ov x+𝑒y=+𝑒xy
15 13 14 eqtr4di u=xy+𝑒u=x+𝑒y
16 15 eleq1d u=xy+𝑒u*x+𝑒y*
17 16 ralxp uX×Y+𝑒u*xXyYx+𝑒y*
18 12 17 sylibr φuX×Y+𝑒u*
19 xaddf +𝑒:*×**
20 ffun +𝑒:*×**Fun+𝑒
21 19 20 ax-mp Fun+𝑒
22 xpss12 X*Y*X×Y*×*
23 1 2 22 syl2anc φX×Y*×*
24 19 fdmi dom+𝑒=*×*
25 23 24 sseqtrrdi φX×Ydom+𝑒
26 funimass4 Fun+𝑒X×Ydom+𝑒+𝑒X×Y*uX×Y+𝑒u*
27 21 25 26 sylancr φ+𝑒X×Y*uX×Y+𝑒u*
28 18 27 mpbird φ+𝑒X×Y*
29 5 28 eqsstrd φZ*
30 supxrcl X*supX*<*
31 1 30 syl φsupX*<*
32 supxrcl Y*supY*<*
33 2 32 syl φsupY*<*
34 31 33 xaddcld φsupX*<+𝑒supY*<*
35 5 eleq2d φzZz+𝑒X×Y
36 35 pm5.32i φzZφz+𝑒X×Y
37 nfvd φz+𝑒X×YxzsupX*<+𝑒supY*<
38 nfvd φz+𝑒X×YyzsupX*<+𝑒supY*<
39 1 ad2antrr φz+𝑒X×YxXyYX*
40 simprl φz+𝑒X×YxXyYxX
41 supxrub X*xXxsupX*<
42 39 40 41 syl2anc φz+𝑒X×YxXyYxsupX*<
43 2 ad2antrr φz+𝑒X×YxXyYY*
44 simprr φz+𝑒X×YxXyYyY
45 supxrub Y*yYysupY*<
46 43 44 45 syl2anc φz+𝑒X×YxXyYysupY*<
47 39 40 sseldd φz+𝑒X×YxXyYx*
48 43 44 sseldd φz+𝑒X×YxXyYy*
49 39 30 syl φz+𝑒X×YxXyYsupX*<*
50 43 32 syl φz+𝑒X×YxXyYsupY*<*
51 xle2add x*y*supX*<*supY*<*xsupX*<ysupY*<x+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<
52 47 48 49 50 51 syl22anc φz+𝑒X×YxXyYxsupX*<ysupY*<x+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<
53 42 46 52 mp2and φz+𝑒X×YxXyYx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<
54 53 ralrimivva φz+𝑒X×YxXyYx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<
55 fvelima Fun+𝑒z+𝑒X×YuX×Y+𝑒u=z
56 21 55 mpan z+𝑒X×YuX×Y+𝑒u=z
57 56 adantl φz+𝑒X×YuX×Y+𝑒u=z
58 15 eqeq1d u=xy+𝑒u=zx+𝑒y=z
59 58 rexxp uX×Y+𝑒u=zxXyYx+𝑒y=z
60 57 59 sylib φz+𝑒X×YxXyYx+𝑒y=z
61 54 60 r19.29d2r φz+𝑒X×YxXyYx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<x+𝑒y=z
62 ancom x+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<x+𝑒y=zx+𝑒y=zx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<
63 62 2rexbii xXyYx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<x+𝑒y=zxXyYx+𝑒y=zx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<
64 61 63 sylib φz+𝑒X×YxXyYx+𝑒y=zx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<
65 breq1 x+𝑒y=zx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<zsupX*<+𝑒supY*<
66 65 biimpa x+𝑒y=zx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<zsupX*<+𝑒supY*<
67 66 reximi yYx+𝑒y=zx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<yYzsupX*<+𝑒supY*<
68 67 reximi xXyYx+𝑒y=zx+𝑒ysupX*<+𝑒supY*<xXyYzsupX*<+𝑒supY*<
69 64 68 syl φz+𝑒X×YxXyYzsupX*<+𝑒supY*<
70 37 38 69 19.9d2r φz+𝑒X×YzsupX*<+𝑒supY*<
71 36 70 sylbi φzZzsupX*<+𝑒supY*<
72 71 ralrimiva φzZzsupX*<+𝑒supY*<
73 1 ad2antrr φzz<supX*<+𝑒supY*<X*
74 2 ad2antrr φzz<supX*<+𝑒supY*<Y*
75 simplr φzz<supX*<+𝑒supY*<z
76 31 ad2antrr φzz<supX*<+𝑒supY*<supX*<*
77 33 ad2antrr φzz<supX*<+𝑒supY*<supY*<*
78 3 ad2antrr φzz<supX*<+𝑒supY*<supX*<−∞
79 4 ad2antrr φzz<supX*<+𝑒supY*<supY*<−∞
80 simpr φzz<supX*<+𝑒supY*<z<supX*<+𝑒supY*<
81 75 76 77 78 79 80 xlt2addrd φzz<supX*<+𝑒supY*<a*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<
82 nfv bX*Y*
83 nfcv _b*
84 nfre1 bb*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<
85 83 84 nfrexw ba*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<
86 82 85 nfan bX*Y*a*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<
87 nfvd X*Y*a*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<avXwYz<v+𝑒w
88 nfvd X*Y*a*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<bvXwYz<v+𝑒w
89 id X*Y*X*Y*
90 89 ralrimivw X*Y*b*X*Y*
91 90 ralrimivw X*Y*a*b*X*Y*
92 91 adantr X*Y*a*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*X*Y*
93 simpr X*Y*a*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<
94 92 93 r19.29d2r X*Y*a*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<
95 simplrr a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wz=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<
96 95 3anassrs a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wz=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<
97 96 simp1d a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wz=a+𝑒b
98 simp-4l a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wa*b*
99 simplrl a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wX*Y*
100 99 3anassrs a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wX*Y*
101 100 simpld a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wX*
102 simpllr a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wvX
103 101 102 sseldd a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wv*
104 100 simprd a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wY*
105 simplr a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wwY
106 104 105 sseldd a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<ww*
107 98 103 106 jca32 a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wa*b*v*w*
108 simpr a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wa<vb<w
109 xlt2add a*b*v*w*a<vb<wa+𝑒b<v+𝑒w
110 109 imp a*b*v*w*a<vb<wa+𝑒b<v+𝑒w
111 breq1 z=a+𝑒bz<v+𝑒wa+𝑒b<v+𝑒w
112 111 biimpar z=a+𝑒ba+𝑒b<v+𝑒wz<v+𝑒w
113 110 112 sylan2 z=a+𝑒ba*b*v*w*a<vb<wz<v+𝑒w
114 97 107 108 113 syl12anc a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<wz<v+𝑒w
115 simplll X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*X*
116 simprl X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*a*
117 simplr2 X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*a<supX*<
118 supxrlub X*a*a<supX*<vXa<v
119 118 biimpa X*a*a<supX*<vXa<v
120 115 116 117 119 syl21anc X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*vXa<v
121 simpllr X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*Y*
122 simprr X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*b*
123 simplr3 X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*b<supY*<
124 supxrlub Y*b*b<supY*<wYb<w
125 124 biimpa Y*b*b<supY*<wYb<w
126 121 122 123 125 syl21anc X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*wYb<w
127 reeanv vXwYa<vb<wvXa<vwYb<w
128 120 126 127 sylanbrc X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*vXwYa<vb<w
129 128 ancoms a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYa<vb<w
130 114 129 reximddv2 a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYz<v+𝑒w
131 130 ex a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYz<v+𝑒w
132 131 reximdva a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<b*vXwYz<v+𝑒w
133 132 reximia a*b*X*Y*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*vXwYz<v+𝑒w
134 94 133 syl X*Y*a*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<a*b*vXwYz<v+𝑒w
135 86 87 88 134 19.9d2rf X*Y*a*b*z=a+𝑒ba<supX*<b<supY*<vXwYz<v+𝑒w
136 73 74 81 135 syl21anc φzz<supX*<+𝑒supY*<vXwYz<v+𝑒w
137 simprl φvXwYvX
138 simprr φvXwYwY
139 21 a1i φvXwYFun+𝑒
140 25 adantr φvXwYX×Ydom+𝑒
141 137 138 139 140 elovimad φvXwYv+𝑒w+𝑒X×Y
142 5 eleq2d φv+𝑒wZv+𝑒w+𝑒X×Y
143 142 adantr φvXwYv+𝑒wZv+𝑒w+𝑒X×Y
144 141 143 mpbird φvXwYv+𝑒wZ
145 simpr φvXwYk=v+𝑒wk=v+𝑒w
146 145 breq2d φvXwYk=v+𝑒wz<kz<v+𝑒w
147 144 146 rspcedv φvXwYz<v+𝑒wkZz<k
148 147 rexlimdvva φvXwYz<v+𝑒wkZz<k
149 148 ad2antrr φzz<supX*<+𝑒supY*<vXwYz<v+𝑒wkZz<k
150 136 149 mpd φzz<supX*<+𝑒supY*<kZz<k
151 150 ex φzz<supX*<+𝑒supY*<kZz<k
152 151 ralrimiva φzz<supX*<+𝑒supY*<kZz<k
153 supxr2 Z*supX*<+𝑒supY*<*zZzsupX*<+𝑒supY*<zz<supX*<+𝑒supY*<kZz<ksupZ*<=supX*<+𝑒supY*<
154 29 34 72 152 153 syl22anc φsupZ*<=supX*<+𝑒supY*<