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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 φ X *
xrofsup.2 φ Y *
xrofsup.3 φ sup X * < −∞
xrofsup.4 φ sup Y * < −∞
xrofsup.5 φ Z = + 𝑒 X × Y
Assertion xrofsup φ sup Z * < = sup X * < + 𝑒 sup Y * <

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 xrofsup.1 φ X *
2 xrofsup.2 φ Y *
3 xrofsup.3 φ sup X * < −∞
4 xrofsup.4 φ sup Y * < −∞
5 xrofsup.5 φ Z = + 𝑒 X × Y
6 1 sseld φ x X x *
7 2 sseld φ y Y y *
8 6 7 anim12d φ x X y Y x * y *
9 8 imp φ x X y Y x * y *
10 xaddcl x * y * x + 𝑒 y *
11 9 10 syl φ x X y Y x + 𝑒 y *
12 11 ralrimivva φ x X y Y x + 𝑒 y *
13 fveq2 u = x y + 𝑒 u = + 𝑒 x y
14 df-ov x + 𝑒 y = + 𝑒 x y
15 13 14 eqtr4di u = x y + 𝑒 u = x + 𝑒 y
16 15 eleq1d u = x y + 𝑒 u * x + 𝑒 y *
17 16 ralxp u X × Y + 𝑒 u * x X y Y x + 𝑒 y *
18 12 17 sylibr φ u X × Y + 𝑒 u *
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 φ X × Y * × *
24 19 fdmi dom + 𝑒 = * × *
25 23 24 sseqtrrdi φ X × Y dom + 𝑒
26 funimass4 Fun + 𝑒 X × Y dom + 𝑒 + 𝑒 X × Y * u X × Y + 𝑒 u *
27 21 25 26 sylancr φ + 𝑒 X × Y * u X × Y + 𝑒 u *
28 18 27 mpbird φ + 𝑒 X × Y *
29 5 28 eqsstrd φ Z *
30 supxrcl X * sup X * < *
31 1 30 syl φ sup X * < *
32 supxrcl Y * sup Y * < *
33 2 32 syl φ sup Y * < *
34 31 33 xaddcld φ sup X * < + 𝑒 sup Y * < *
35 5 eleq2d φ z Z z + 𝑒 X × Y
36 35 pm5.32i φ z Z φ z + 𝑒 X × Y
37 nfvd φ z + 𝑒 X × Y x z sup X * < + 𝑒 sup Y * <
38 nfvd φ z + 𝑒 X × Y y z sup X * < + 𝑒 sup Y * <
39 1 ad2antrr φ z + 𝑒 X × Y x X y Y X *
40 simprl φ z + 𝑒 X × Y x X y Y x X
41 supxrub X * x X x sup X * <
42 39 40 41 syl2anc φ z + 𝑒 X × Y x X y Y x sup X * <
43 2 ad2antrr φ z + 𝑒 X × Y x X y Y Y *
44 simprr φ z + 𝑒 X × Y x X y Y y Y
45 supxrub Y * y Y y sup Y * <
46 43 44 45 syl2anc φ z + 𝑒 X × Y x X y Y y sup Y * <
47 39 40 sseldd φ z + 𝑒 X × Y x X y Y x *
48 43 44 sseldd φ z + 𝑒 X × Y x X y Y y *
49 39 30 syl φ z + 𝑒 X × Y x X y Y sup X * < *
50 43 32 syl φ z + 𝑒 X × Y x X y Y sup Y * < *
51 xle2add x * y * sup X * < * sup Y * < * x sup X * < y sup Y * < x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * <
52 47 48 49 50 51 syl22anc φ z + 𝑒 X × Y x X y Y x sup X * < y sup Y * < x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * <
53 42 46 52 mp2and φ z + 𝑒 X × Y x X y Y x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * <
54 53 ralrimivva φ z + 𝑒 X × Y x X y Y x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * <
55 fvelima Fun + 𝑒 z + 𝑒 X × Y u X × Y + 𝑒 u = z
56 21 55 mpan z + 𝑒 X × Y u X × Y + 𝑒 u = z
57 56 adantl φ z + 𝑒 X × Y u X × Y + 𝑒 u = z
58 15 eqeq1d u = x y + 𝑒 u = z x + 𝑒 y = z
59 58 rexxp u X × Y + 𝑒 u = z x X y Y x + 𝑒 y = z
60 57 59 sylib φ z + 𝑒 X × Y x X y Y x + 𝑒 y = z
61 54 60 r19.29d2r φ z + 𝑒 X × Y x X y Y x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * < x + 𝑒 y = z
62 ancom x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * < x + 𝑒 y = z x + 𝑒 y = z x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * <
63 62 2rexbii x X y Y x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * < x + 𝑒 y = z x X y Y x + 𝑒 y = z x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * <
64 61 63 sylib φ z + 𝑒 X × Y x X y Y x + 𝑒 y = z x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * <
65 breq1 x + 𝑒 y = z x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * < z sup X * < + 𝑒 sup Y * <
66 65 biimpa x + 𝑒 y = z x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * < z sup X * < + 𝑒 sup Y * <
67 66 reximi y Y x + 𝑒 y = z x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * < y Y z sup X * < + 𝑒 sup Y * <
68 67 reximi x X y Y x + 𝑒 y = z x + 𝑒 y sup X * < + 𝑒 sup Y * < x X y Y z sup X * < + 𝑒 sup Y * <
69 64 68 syl φ z + 𝑒 X × Y x X y Y z sup X * < + 𝑒 sup Y * <
70 37 38 69 19.9d2r φ z + 𝑒 X × Y z sup X * < + 𝑒 sup Y * <
71 36 70 sylbi φ z Z z sup X * < + 𝑒 sup Y * <
72 71 ralrimiva φ z Z z sup X * < + 𝑒 sup Y * <
73 1 ad2antrr φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < X *
74 2 ad2antrr φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < Y *
75 simplr φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < z
76 31 ad2antrr φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < sup X * < *
77 33 ad2antrr φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < sup Y * < *
78 3 ad2antrr φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < sup X * < −∞
79 4 ad2antrr φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < sup Y * < −∞
80 simpr φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < z < sup X * < + 𝑒 sup Y * <
81 75 76 77 78 79 80 xlt2addrd φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < a * b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * <
82 nfv b X * Y *
83 nfcv _ b *
84 nfre1 b b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * <
85 83 84 nfrex b a * b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * <
86 82 85 nfan b X * Y * a * b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * <
87 nfvd X * Y * a * b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a v X w Y z < v + 𝑒 w
88 nfvd X * Y * a * b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < b v X w Y z < v + 𝑒 w
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 + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * X * Y *
93 simpr X * Y * a * b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * <
94 92 93 r19.29d2r X * Y * a * b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * <
95 simplrr a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * <
96 95 3anassrs a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * <
97 96 simp1d a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w z = a + 𝑒 b
98 simp-4l a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w a * b *
99 simplrl a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w X * Y *
100 99 3anassrs a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w X * Y *
101 100 simpld a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w X *
102 simpllr a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w v X
103 101 102 sseldd a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w v *
104 100 simprd a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w Y *
105 simplr a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w w Y
106 104 105 sseldd a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w w *
107 98 103 106 jca32 a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w a * b * v * w *
108 simpr a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w a < v b < w
109 xlt2add a * b * v * w * a < v b < w a + 𝑒 b < v + 𝑒 w
110 109 imp a * b * v * w * a < v b < w a + 𝑒 b < v + 𝑒 w
111 breq1 z = a + 𝑒 b z < v + 𝑒 w a + 𝑒 b < v + 𝑒 w
112 111 biimpar z = a + 𝑒 b a + 𝑒 b < v + 𝑒 w z < v + 𝑒 w
113 110 112 sylan2 z = a + 𝑒 b a * b * v * w * a < v b < w z < v + 𝑒 w
114 97 107 108 113 syl12anc a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w z < v + 𝑒 w
115 simplll X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * X *
116 simprl X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * a *
117 simplr2 X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * a < sup X * <
118 supxrlub X * a * a < sup X * < v X a < v
119 118 biimpa X * a * a < sup X * < v X a < v
120 115 116 117 119 syl21anc X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * v X a < v
121 simpllr X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * Y *
122 simprr X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * b *
123 simplr3 X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * b < sup Y * <
124 supxrlub Y * b * b < sup Y * < w Y b < w
125 124 biimpa Y * b * b < sup Y * < w Y b < w
126 121 122 123 125 syl21anc X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * w Y b < w
127 reeanv v X w Y a < v b < w v X a < v w Y b < w
128 120 126 127 sylanbrc X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * v X w Y a < v b < w
129 128 ancoms a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y a < v b < w
130 114 129 reximddv2 a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y z < v + 𝑒 w
131 130 ex a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y z < v + 𝑒 w
132 131 reximdva a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < b * v X w Y z < v + 𝑒 w
133 132 reximia a * b * X * Y * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * v X w Y z < v + 𝑒 w
134 94 133 syl X * Y * a * b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < a * b * v X w Y z < v + 𝑒 w
135 86 87 88 134 19.9d2rf X * Y * a * b * z = a + 𝑒 b a < sup X * < b < sup Y * < v X w Y z < v + 𝑒 w
136 73 74 81 135 syl21anc φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < v X w Y z < v + 𝑒 w
137 simprl φ v X w Y v X
138 simprr φ v X w Y w Y
139 21 a1i φ v X w Y Fun + 𝑒
140 25 adantr φ v X w Y X × Y dom + 𝑒
141 137 138 139 140 elovimad φ v X w Y v + 𝑒 w + 𝑒 X × Y
142 5 eleq2d φ v + 𝑒 w Z v + 𝑒 w + 𝑒 X × Y
143 142 adantr φ v X w Y v + 𝑒 w Z v + 𝑒 w + 𝑒 X × Y
144 141 143 mpbird φ v X w Y v + 𝑒 w Z
145 simpr φ v X w Y k = v + 𝑒 w k = v + 𝑒 w
146 145 breq2d φ v X w Y k = v + 𝑒 w z < k z < v + 𝑒 w
147 144 146 rspcedv φ v X w Y z < v + 𝑒 w k Z z < k
148 147 rexlimdvva φ v X w Y z < v + 𝑒 w k Z z < k
149 148 ad2antrr φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < v X w Y z < v + 𝑒 w k Z z < k
150 136 149 mpd φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < k Z z < k
151 150 ex φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < k Z z < k
152 151 ralrimiva φ z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < k Z z < k
153 supxr2 Z * sup X * < + 𝑒 sup Y * < * z Z z sup X * < + 𝑒 sup Y * < z z < sup X * < + 𝑒 sup Y * < k Z z < k sup Z * < = sup X * < + 𝑒 sup Y * <
154 29 34 72 152 153 syl22anc φ sup Z * < = sup X * < + 𝑒 sup Y * <