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Theorem ivthlem3

Description: Lemma for ivth , the intermediate value theorem. Show that ( FC ) cannot be greater than U , and so establish the existence of a root of the function. (Contributed by Mario Carneiro, 30-Apr-2014) (Revised by Mario Carneiro, 17-Jun-2014)

Ref Expression
Hypotheses ivth.1 φ A
ivth.2 φ B
ivth.3 φ U
ivth.4 φ A < B
ivth.5 φ A B D
ivth.7 φ F : D cn
ivth.8 φ x A B F x
ivth.9 φ F A < U U < F B
ivth.10 S = x A B | F x U
ivth.11 C = sup S <
Assertion ivthlem3 φ C A B F C = U

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ivth.1 φ A
2 ivth.2 φ B
3 ivth.3 φ U
4 ivth.4 φ A < B
5 ivth.5 φ A B D
6 ivth.7 φ F : D cn
7 ivth.8 φ x A B F x
8 ivth.9 φ F A < U U < F B
9 ivth.10 S = x A B | F x U
10 ivth.11 C = sup S <
11 9 ssrab3 S A B
12 iccssre A B A B
13 1 2 12 syl2anc φ A B
14 11 13 sstrid φ S
15 1 2 3 4 5 6 7 8 9 ivthlem1 φ A S z S z B
16 15 simpld φ A S
17 16 ne0d φ S
18 15 simprd φ z S z B
19 brralrspcev B z S z B x z S z x
20 2 18 19 syl2anc φ x z S z x
21 14 17 20 suprcld φ sup S <
22 10 21 eqeltrid φ C
23 8 simpld φ F A < U
24 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ivthlem2 φ ¬ F C < U
25 6 adantr φ U < F C F : D cn
26 14 17 20 16 suprubd φ A sup S <
27 26 10 breqtrrdi φ A C
28 14 17 20 3jca φ S S x z S z x
29 suprleub S S x z S z x B sup S < B z S z B
30 28 2 29 syl2anc φ sup S < B z S z B
31 18 30 mpbird φ sup S < B
32 10 31 eqbrtrid φ C B
33 elicc2 A B C A B C A C C B
34 1 2 33 syl2anc φ C A B C A C C B
35 22 27 32 34 mpbir3and φ C A B
36 5 35 sseldd φ C D
37 36 adantr φ U < F C C D
38 fveq2 x = C F x = F C
39 38 eleq1d x = C F x F C
40 7 ralrimiva φ x A B F x
41 39 40 35 rspcdva φ F C
42 difrp U F C U < F C F C U +
43 3 41 42 syl2anc φ U < F C F C U +
44 43 biimpa φ U < F C F C U +
45 cncfi F : D cn C D F C U + z + y D y C < z F y F C < F C U
46 25 37 44 45 syl3anc φ U < F C z + y D y C < z F y F C < F C U
47 ssralv A B D y D y C < z F y F C < F C U y A B y C < z F y F C < F C U
48 5 47 syl φ y D y C < z F y F C < F C U y A B y C < z F y F C < F C U
49 48 ad2antrr φ U < F C z + y D y C < z F y F C < F C U y A B y C < z F y F C < F C U
50 22 ad2antrr φ U < F C z + C
51 ltsubrp C z + C z < C
52 50 51 sylancom φ U < F C z + C z < C
53 52 10 breqtrdi φ U < F C z + C z < sup S <
54 28 ad2antrr φ U < F C z + S S x z S z x
55 rpre z + z
56 55 adantl φ U < F C z + z
57 50 56 resubcld φ U < F C z + C z
58 suprlub S S x z S z x C z C z < sup S < y S C z < y
59 54 57 58 syl2anc φ U < F C z + C z < sup S < y S C z < y
60 53 59 mpbid φ U < F C z + y S C z < y
61 11 sseli y S y A B
62 61 ad2antrl φ U < F C z + y S C z < y y A B
63 simplll φ U < F C z + y S C z < y φ
64 63 13 syl φ U < F C z + y S C z < y A B
65 64 62 sseldd φ U < F C z + y S C z < y y
66 63 22 syl φ U < F C z + y S C z < y C
67 63 28 syl φ U < F C z + y S C z < y S S x z S z x
68 simprl φ U < F C z + y S C z < y y S
69 suprub S S x z S z x y S y sup S <
70 67 68 69 syl2anc φ U < F C z + y S C z < y y sup S <
71 70 10 breqtrrdi φ U < F C z + y S C z < y y C
72 65 66 71 abssuble0d φ U < F C z + y S C z < y y C = C y
73 56 adantr φ U < F C z + y S C z < y z
74 simprr φ U < F C z + y S C z < y C z < y
75 66 73 65 74 ltsub23d φ U < F C z + y S C z < y C y < z
76 72 75 eqbrtrd φ U < F C z + y S C z < y y C < z
77 62 76 68 jca32 φ U < F C z + y S C z < y y A B y C < z y S
78 77 ex φ U < F C z + y S C z < y y A B y C < z y S
79 78 reximdv2 φ U < F C z + y S C z < y y A B y C < z y S
80 60 79 mpd φ U < F C z + y A B y C < z y S
81 r19.29 y A B y C < z F y F C < F C U y A B y C < z y S y A B y C < z F y F C < F C U y C < z y S
82 pm3.45 y C < z F y F C < F C U y C < z y S F y F C < F C U y S
83 82 imp y C < z F y F C < F C U y C < z y S F y F C < F C U y S
84 fveq2 x = y F x = F y
85 84 eleq1d x = y F x F y
86 40 ad2antrr φ U < F C z + y S x A B F x
87 61 ad2antll φ U < F C z + y S y A B
88 85 86 87 rspcdva φ U < F C z + y S F y
89 41 ad2antrr φ U < F C z + y S F C
90 3 ad2antrr φ U < F C z + y S U
91 89 90 resubcld φ U < F C z + y S F C U
92 88 89 91 absdifltd φ U < F C z + y S F y F C < F C U F C F C U < F y F y < F C + F C - U
93 89 recnd φ U < F C z + y S F C
94 90 recnd φ U < F C z + y S U
95 93 94 nncand φ U < F C z + y S F C F C U = U
96 95 breq1d φ U < F C z + y S F C F C U < F y U < F y
97 84 breq1d x = y F x U F y U
98 97 9 elrab2 y S y A B F y U
99 98 simprbi y S F y U
100 99 ad2antll φ U < F C z + y S F y U
101 88 90 100 lensymd φ U < F C z + y S ¬ U < F y
102 101 pm2.21d φ U < F C z + y S U < F y ¬ U < F C
103 96 102 sylbid φ U < F C z + y S F C F C U < F y ¬ U < F C
104 103 adantrd φ U < F C z + y S F C F C U < F y F y < F C + F C - U ¬ U < F C
105 92 104 sylbid φ U < F C z + y S F y F C < F C U ¬ U < F C
106 105 expr φ U < F C z + y S F y F C < F C U ¬ U < F C
107 106 impcomd φ U < F C z + F y F C < F C U y S ¬ U < F C
108 107 adantr φ U < F C z + y A B F y F C < F C U y S ¬ U < F C
109 83 108 syl5 φ U < F C z + y A B y C < z F y F C < F C U y C < z y S ¬ U < F C
110 109 rexlimdva φ U < F C z + y A B y C < z F y F C < F C U y C < z y S ¬ U < F C
111 81 110 syl5 φ U < F C z + y A B y C < z F y F C < F C U y A B y C < z y S ¬ U < F C
112 80 111 mpan2d φ U < F C z + y A B y C < z F y F C < F C U ¬ U < F C
113 49 112 syld φ U < F C z + y D y C < z F y F C < F C U ¬ U < F C
114 113 rexlimdva φ U < F C z + y D y C < z F y F C < F C U ¬ U < F C
115 46 114 mpd φ U < F C ¬ U < F C
116 115 pm2.01da φ ¬ U < F C
117 41 3 lttri3d φ F C = U ¬ F C < U ¬ U < F C
118 24 116 117 mpbir2and φ F C = U
119 23 118 breqtrrd φ F A < F C
120 41 ltnrd φ ¬ F C < F C
121 fveq2 C = A F C = F A
122 121 breq1d C = A F C < F C F A < F C
123 122 notbid C = A ¬ F C < F C ¬ F A < F C
124 120 123 syl5ibcom φ C = A ¬ F A < F C
125 124 necon2ad φ F A < F C C A
126 125 27 jctild φ F A < F C A C C A
127 1 22 ltlend φ A < C A C C A
128 126 127 sylibrd φ F A < F C A < C
129 119 128 mpd φ A < C
130 8 simprd φ U < F B
131 118 130 eqbrtrd φ F C < F B
132 fveq2 B = C F B = F C
133 132 breq2d B = C F C < F B F C < F C
134 133 notbid B = C ¬ F C < F B ¬ F C < F C
135 120 134 syl5ibrcom φ B = C ¬ F C < F B
136 135 necon2ad φ F C < F B B C
137 136 32 jctild φ F C < F B C B B C
138 22 2 ltlend φ C < B C B B C
139 137 138 sylibrd φ F C < F B C < B
140 131 139 mpd φ C < B
141 1 rexrd φ A *
142 2 rexrd φ B *
143 elioo2 A * B * C A B C A < C C < B
144 141 142 143 syl2anc φ C A B C A < C C < B
145 22 129 140 144 mpbir3and φ C A B
146 145 118 jca φ C A B F C = U