Metamath Proof Explorer


Theorem dvlt0

Description: A function on a closed interval with negative derivative is decreasing. (Contributed by Mario Carneiro, 19-Feb-2015)

Ref Expression
Hypotheses dvgt0.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
dvgt0.b โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ )
dvgt0.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ( ( ๐ด [,] ๐ต ) โ€“cnโ†’ โ„ ) )
dvlt0.d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„ D ๐น ) : ( ๐ด (,) ๐ต ) โŸถ ( -โˆž (,) 0 ) )
Assertion dvlt0 ( ๐œ‘ โ†’ ๐น Isom < , โ—ก < ( ( ๐ด [,] ๐ต ) , ran ๐น ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvgt0.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
2 dvgt0.b โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ )
3 dvgt0.f โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ( ( ๐ด [,] ๐ต ) โ€“cnโ†’ โ„ ) )
4 dvlt0.d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„ D ๐น ) : ( ๐ด (,) ๐ต ) โŸถ ( -โˆž (,) 0 ) )
5 gtso โŠข โ—ก < Or โ„
6 1 2 3 4 dvgt0lem1 โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) / ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( -โˆž (,) 0 ) )
7 eliooord โŠข ( ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) / ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ ( -โˆž (,) 0 ) โ†’ ( -โˆž < ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) / ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) / ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) < 0 ) )
8 6 7 syl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( -โˆž < ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) / ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) โˆง ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) / ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) < 0 ) )
9 8 simprd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) / ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) < 0 )
10 cncff โŠข ( ๐น โˆˆ ( ( ๐ด [,] ๐ต ) โ€“cnโ†’ โ„ ) โ†’ ๐น : ( ๐ด [,] ๐ต ) โŸถ โ„ )
11 3 10 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : ( ๐ด [,] ๐ต ) โŸถ โ„ )
12 11 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ๐น : ( ๐ด [,] ๐ต ) โŸถ โ„ )
13 simplrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) )
14 12 13 ffvelcdmd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆˆ โ„ )
15 simplrl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) )
16 12 15 ffvelcdmd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
17 14 16 resubcld โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ )
18 0red โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ 0 โˆˆ โ„ )
19 iccssre โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐ต โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐ด [,] ๐ต ) โŠ† โ„ )
20 1 2 19 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด [,] ๐ต ) โŠ† โ„ )
21 20 ad2antrr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐ด [,] ๐ต ) โŠ† โ„ )
22 21 13 sseldd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ )
23 21 15 sseldd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ )
24 22 23 resubcld โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
25 simpr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ๐‘ฅ < ๐‘ฆ )
26 23 22 posdifd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐‘ฅ < ๐‘ฆ โ†” 0 < ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) )
27 25 26 mpbid โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ 0 < ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) )
28 ltdivmul โŠข ( ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) โˆˆ โ„ โˆง 0 โˆˆ โ„ โˆง ( ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โˆง 0 < ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) ) โ†’ ( ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) / ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) < 0 โ†” ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) < ( ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ยท 0 ) ) )
29 17 18 24 27 28 syl112anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) / ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ) < 0 โ†” ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) < ( ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ยท 0 ) ) )
30 9 29 mpbid โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) < ( ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ยท 0 ) )
31 24 recnd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
32 31 mul01d โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ๐‘ฆ โˆ’ ๐‘ฅ ) ยท 0 ) = 0 )
33 30 32 breqtrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) < 0 )
34 14 16 18 ltsubaddd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆ’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) < 0 โ†” ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) < ( 0 + ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ) )
35 33 34 mpbid โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) < ( 0 + ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
36 16 recnd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
37 36 addlidd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( 0 + ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) )
38 35 37 breqtrd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) < ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) )
39 fvex โŠข ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ V
40 fvex โŠข ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โˆˆ V
41 39 40 brcnv โŠข ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ—ก < ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) โ†” ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) < ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) )
42 38 41 sylibr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ( ๐ด [,] ๐ต ) ) ) โˆง ๐‘ฅ < ๐‘ฆ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ—ก < ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) )
43 1 2 3 4 5 42 dvgt0lem2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น Isom < , โ—ก < ( ( ๐ด [,] ๐ต ) , ran ๐น ) )