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Theorem supminfxr2

Description: The extended real suprema of a set of extended reals is the extended real negative of the extended real infima of that set's image under extended real negation. (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022)

Ref Expression
Hypothesis supminfxr2.1 ⊢ φ → A ⊆ ℝ *
Assertion supminfxr2 ⊢ φ → sup A ℝ * < = − inf x ∈ ℝ * | − x ∈ A ℝ * <

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 supminfxr2.1 ⊢ φ → A ⊆ ℝ *
2 xnegmnf ⊢ − −∞ = +∞
3 2 eqcomi ⊢ +∞ = − −∞
4 3 a1i ⊢ φ ∧ +∞ ∈ A → +∞ = − −∞
5 supxrpnf ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ +∞ ∈ A → sup A ℝ * < = +∞
6 1 5 sylan ⊢ φ ∧ +∞ ∈ A → sup A ℝ * < = +∞
7 ssrab2 ⊢ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ⊆ ℝ *
8 7 a1i ⊢ +∞ ∈ A → y ∈ ℝ * | − y ∈ A ⊆ ℝ *
9 xnegeq ⊢ y = −∞ → − y = − −∞
10 2 a1i ⊢ y = −∞ → − −∞ = +∞
11 9 10 eqtrd ⊢ y = −∞ → − y = +∞
12 11 eleq1d ⊢ y = −∞ → − y ∈ A ↔ +∞ ∈ A
13 mnfxr ⊢ −∞ ∈ ℝ *
14 13 a1i ⊢ +∞ ∈ A → −∞ ∈ ℝ *
15 id ⊢ +∞ ∈ A → +∞ ∈ A
16 12 14 15 elrabd ⊢ +∞ ∈ A → −∞ ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A
17 infxrmnf ⊢ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ⊆ ℝ * ∧ −∞ ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A → inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * < = −∞
18 8 16 17 syl2anc ⊢ +∞ ∈ A → inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * < = −∞
19 18 adantl ⊢ φ ∧ +∞ ∈ A → inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * < = −∞
20 19 xnegeqd ⊢ φ ∧ +∞ ∈ A → − inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * < = − −∞
21 4 6 20 3eqtr4d ⊢ φ ∧ +∞ ∈ A → sup A ℝ * < = − inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * <
22 1 ssdifssd ⊢ φ → A ∖ −∞ ⊆ ℝ *
23 22 adantr ⊢ φ ∧ ¬ +∞ ∈ A → A ∖ −∞ ⊆ ℝ *
24 difssd ⊢ ¬ +∞ ∈ A → A ∖ −∞ ⊆ A
25 id ⊢ ¬ +∞ ∈ A → ¬ +∞ ∈ A
26 ssnel ⊢ A ∖ −∞ ⊆ A ∧ ¬ +∞ ∈ A → ¬ +∞ ∈ A ∖ −∞
27 24 25 26 syl2anc ⊢ ¬ +∞ ∈ A → ¬ +∞ ∈ A ∖ −∞
28 27 adantl ⊢ φ ∧ ¬ +∞ ∈ A → ¬ +∞ ∈ A ∖ −∞
29 neldifsnd ⊢ φ ∧ ¬ +∞ ∈ A → ¬ −∞ ∈ A ∖ −∞
30 23 28 29 xrssre ⊢ φ ∧ ¬ +∞ ∈ A → A ∖ −∞ ⊆ ℝ
31 30 supminfxr ⊢ φ ∧ ¬ +∞ ∈ A → sup A ∖ −∞ ℝ * < = − inf y ∈ ℝ | − y ∈ A ∖ −∞ ℝ * <
32 supxrmnf2 ⊢ A ⊆ ℝ * → sup A ∖ −∞ ℝ * < = sup A ℝ * <
33 1 32 syl ⊢ φ → sup A ∖ −∞ ℝ * < = sup A ℝ * <
34 33 eqcomd ⊢ φ → sup A ℝ * < = sup A ∖ −∞ ℝ * <
35 34 adantr ⊢ φ ∧ ¬ +∞ ∈ A → sup A ℝ * < = sup A ∖ −∞ ℝ * <
36 rexr ⊢ y ∈ ℝ → y ∈ ℝ *
37 36 adantr ⊢ y ∈ ℝ ∧ − y ∈ A ∖ −∞ → y ∈ ℝ *
38 simpl ⊢ y ∈ ℝ ∧ − y ∈ A ∖ −∞ → y ∈ ℝ
39 38 rexnegd ⊢ y ∈ ℝ ∧ − y ∈ A ∖ −∞ → − y = − y
40 eldifi ⊢ − y ∈ A ∖ −∞ → − y ∈ A
41 40 adantl ⊢ y ∈ ℝ ∧ − y ∈ A ∖ −∞ → − y ∈ A
42 39 41 eqeltrd ⊢ y ∈ ℝ ∧ − y ∈ A ∖ −∞ → − y ∈ A
43 37 42 jca ⊢ y ∈ ℝ ∧ − y ∈ A ∖ −∞ → y ∈ ℝ * ∧ − y ∈ A
44 rabid ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ↔ y ∈ ℝ * ∧ − y ∈ A
45 43 44 sylibr ⊢ y ∈ ℝ ∧ − y ∈ A ∖ −∞ → y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A
46 renepnf ⊢ y ∈ ℝ → y ≠ +∞
47 elsni ⊢ y ∈ +∞ → y = +∞
48 47 necon3ai ⊢ y ≠ +∞ → ¬ y ∈ +∞
49 46 48 syl ⊢ y ∈ ℝ → ¬ y ∈ +∞
50 38 49 syl ⊢ y ∈ ℝ ∧ − y ∈ A ∖ −∞ → ¬ y ∈ +∞
51 45 50 eldifd ⊢ y ∈ ℝ ∧ − y ∈ A ∖ −∞ → y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞
52 51 ex ⊢ y ∈ ℝ → − y ∈ A ∖ −∞ → y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞
53 52 rgen ⊢ ∀ y ∈ ℝ − y ∈ A ∖ −∞ → y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞
54 53 a1i ⊢ ¬ +∞ ∈ A → ∀ y ∈ ℝ − y ∈ A ∖ −∞ → y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞
55 nfrab1 ⊢ Ⅎ _ y y ∈ ℝ * | − y ∈ A
56 nfcv ⊢ Ⅎ _ y +∞
57 55 56 nfdif ⊢ Ⅎ _ y y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞
58 57 rabssf ⊢ y ∈ ℝ | − y ∈ A ∖ −∞ ⊆ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ↔ ∀ y ∈ ℝ − y ∈ A ∖ −∞ → y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞
59 54 58 sylibr ⊢ ¬ +∞ ∈ A → y ∈ ℝ | − y ∈ A ∖ −∞ ⊆ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞
60 nfv ⊢ Ⅎ y ¬ +∞ ∈ A
61 nfcv ⊢ Ⅎ _ y ℝ
62 eldifi ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A
63 7 62 sselid ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → y ∈ ℝ *
64 63 adantl ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → y ∈ ℝ *
65 44 simprbi ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A → − y ∈ A
66 62 65 syl ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → − y ∈ A
67 12 biimpac ⊢ − y ∈ A ∧ y = −∞ → +∞ ∈ A
68 67 adantll ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ − y ∈ A ∧ y = −∞ → +∞ ∈ A
69 simpll ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ − y ∈ A ∧ y = −∞ → ¬ +∞ ∈ A
70 68 69 pm2.65da ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ − y ∈ A → ¬ y = −∞
71 70 neqned ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ − y ∈ A → y ≠ −∞
72 66 71 sylan2 ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → y ≠ −∞
73 eldifsni ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → y ≠ +∞
74 73 adantl ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → y ≠ +∞
75 64 72 74 xrred ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → y ∈ ℝ
76 60 57 61 75 ssdf2 ⊢ ¬ +∞ ∈ A → y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ⊆ ℝ
77 75 rexnegd ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → − y = − y
78 66 adantl ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → − y ∈ A
79 63 adantr ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ∧ − y ∈ −∞ → y ∈ ℝ *
80 elsni ⊢ − y ∈ −∞ → − y = −∞
81 80 adantl ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ∧ − y ∈ −∞ → − y = −∞
82 xnegeq ⊢ − y = −∞ → − − y = − −∞
83 2 a1i ⊢ − y = −∞ → − −∞ = +∞
84 82 83 eqtr2d ⊢ − y = −∞ → +∞ = − − y
85 84 adantl ⊢ y ∈ ℝ * ∧ − y = −∞ → +∞ = − − y
86 xnegneg ⊢ y ∈ ℝ * → − − y = y
87 86 adantr ⊢ y ∈ ℝ * ∧ − y = −∞ → − − y = y
88 85 87 eqtr2d ⊢ y ∈ ℝ * ∧ − y = −∞ → y = +∞
89 79 81 88 syl2anc ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ∧ − y ∈ −∞ → y = +∞
90 73 neneqd ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → ¬ y = +∞
91 90 adantr ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ∧ − y ∈ −∞ → ¬ y = +∞
92 89 91 pm2.65da ⊢ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → ¬ − y ∈ −∞
93 92 adantl ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → ¬ − y ∈ −∞
94 78 93 eldifd ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → − y ∈ A ∖ −∞
95 77 94 eqeltrrd ⊢ ¬ +∞ ∈ A ∧ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ → − y ∈ A ∖ −∞
96 95 ralrimiva ⊢ ¬ +∞ ∈ A → ∀ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ − y ∈ A ∖ −∞
97 76 96 jca ⊢ ¬ +∞ ∈ A → y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ⊆ ℝ ∧ ∀ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ − y ∈ A ∖ −∞
98 57 61 ssrabf ⊢ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ⊆ y ∈ ℝ | − y ∈ A ∖ −∞ ↔ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ⊆ ℝ ∧ ∀ y ∈ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ − y ∈ A ∖ −∞
99 97 98 sylibr ⊢ ¬ +∞ ∈ A → y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ⊆ y ∈ ℝ | − y ∈ A ∖ −∞
100 59 99 eqssd ⊢ ¬ +∞ ∈ A → y ∈ ℝ | − y ∈ A ∖ −∞ = y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞
101 100 infeq1d ⊢ ¬ +∞ ∈ A → inf y ∈ ℝ | − y ∈ A ∖ −∞ ℝ * < = inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ℝ * <
102 infxrpnf2 ⊢ y ∈ ℝ * | − y ∈ A ⊆ ℝ * → inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ℝ * < = inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * <
103 7 102 ax-mp ⊢ inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ℝ * < = inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * <
104 103 a1i ⊢ ¬ +∞ ∈ A → inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ∖ +∞ ℝ * < = inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * <
105 101 104 eqtr2d ⊢ ¬ +∞ ∈ A → inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * < = inf y ∈ ℝ | − y ∈ A ∖ −∞ ℝ * <
106 105 xnegeqd ⊢ ¬ +∞ ∈ A → − inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * < = − inf y ∈ ℝ | − y ∈ A ∖ −∞ ℝ * <
107 106 adantl ⊢ φ ∧ ¬ +∞ ∈ A → − inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * < = − inf y ∈ ℝ | − y ∈ A ∖ −∞ ℝ * <
108 31 35 107 3eqtr4d ⊢ φ ∧ ¬ +∞ ∈ A → sup A ℝ * < = − inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * <
109 21 108 pm2.61dan ⊢ φ → sup A ℝ * < = − inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * <
110 xnegeq ⊢ y = x → − y = − x
111 110 eleq1d ⊢ y = x → − y ∈ A ↔ − x ∈ A
112 111 cbvrabv ⊢ y ∈ ℝ * | − y ∈ A = x ∈ ℝ * | − x ∈ A
113 112 infeq1i ⊢ inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * < = inf x ∈ ℝ * | − x ∈ A ℝ * <
114 113 xnegeqi ⊢ − inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * < = − inf x ∈ ℝ * | − x ∈ A ℝ * <
115 114 a1i ⊢ φ → − inf y ∈ ℝ * | − y ∈ A ℝ * < = − inf x ∈ ℝ * | − x ∈ A ℝ * <
116 109 115 eqtrd ⊢ φ → sup A ℝ * < = − inf x ∈ ℝ * | − x ∈ A ℝ * <