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Theorem supxrge

Description: If an extended real number can be approximated from below by members of a set, then it is less than or equal to the supremum of the set. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses supxrge.xph x φ
supxrge.a φ A *
supxrge.b φ B *
supxrge.y φ x + y A B y + 𝑒 x
Assertion supxrge φ B sup A * <

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 supxrge.xph x φ
2 supxrge.a φ A *
3 supxrge.b φ B *
4 supxrge.y φ x + y A B y + 𝑒 x
5 pnfge B * B +∞
6 3 5 syl φ B +∞
7 6 adantr φ +∞ A B +∞
8 2 adantr φ +∞ A A *
9 simpr φ +∞ A +∞ A
10 supxrpnf A * +∞ A sup A * < = +∞
11 8 9 10 syl2anc φ +∞ A sup A * < = +∞
12 11 eqcomd φ +∞ A +∞ = sup A * <
13 7 12 breqtrd φ +∞ A B sup A * <
14 simpr φ B = −∞ B = −∞
15 supxrcl A * sup A * < *
16 2 15 syl φ sup A * < *
17 mnfle sup A * < * −∞ sup A * <
18 16 17 syl φ −∞ sup A * <
19 18 adantr φ B = −∞ −∞ sup A * <
20 14 19 eqbrtrd φ B = −∞ B sup A * <
21 20 adantlr φ ¬ +∞ A B = −∞ B sup A * <
22 simpl φ ¬ +∞ A ¬ B = −∞ φ ¬ +∞ A
23 neqne ¬ B = −∞ B −∞
24 23 adantl φ ¬ +∞ A ¬ B = −∞ B −∞
25 nfv w φ ¬ +∞ A B −∞
26 2 adantr φ ¬ +∞ A A *
27 26 adantr φ ¬ +∞ A B −∞ A *
28 3 adantr φ ¬ +∞ A B *
29 28 adantr φ ¬ +∞ A B −∞ B *
30 simpl φ w + φ
31 rphalfcl w + w 2 +
32 31 adantl φ w + w 2 +
33 ovex w 2 V
34 nfcv _ x w 2
35 nfv x w 2 +
36 1 35 nfan x φ w 2 +
37 nfv x y A B y + 𝑒 w 2
38 36 37 nfim x φ w 2 + y A B y + 𝑒 w 2
39 eleq1 x = w 2 x + w 2 +
40 39 anbi2d x = w 2 φ x + φ w 2 +
41 oveq2 x = w 2 y + 𝑒 x = y + 𝑒 w 2
42 41 breq2d x = w 2 B y + 𝑒 x B y + 𝑒 w 2
43 42 rexbidv x = w 2 y A B y + 𝑒 x y A B y + 𝑒 w 2
44 40 43 imbi12d x = w 2 φ x + y A B y + 𝑒 x φ w 2 + y A B y + 𝑒 w 2
45 34 38 44 4 vtoclgf w 2 V φ w 2 + y A B y + 𝑒 w 2
46 33 45 ax-mp φ w 2 + y A B y + 𝑒 w 2
47 30 32 46 syl2anc φ w + y A B y + 𝑒 w 2
48 47 adantlr φ ¬ +∞ A w + y A B y + 𝑒 w 2
49 48 adantlr φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2
50 nfv y φ ¬ +∞ A B −∞ w +
51 neneq B −∞ ¬ B = −∞
52 51 adantl φ B −∞ ¬ B = −∞
53 3 adantr φ B −∞ B *
54 ngtmnft B * B = −∞ ¬ −∞ < B
55 53 54 syl φ B −∞ B = −∞ ¬ −∞ < B
56 52 55 mtbid φ B −∞ ¬ ¬ −∞ < B
57 56 notnotrd φ B −∞ −∞ < B
58 57 ad4ant13 φ ¬ +∞ A B −∞ w + −∞ < B
59 58 3ad2ant1 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 −∞ < B
60 29 adantr φ ¬ +∞ A B −∞ w + B *
61 60 3ad2ant1 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 B *
62 61 adantr φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 ¬ −∞ < y B *
63 mnfxr −∞ *
64 63 a1i φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 ¬ −∞ < y −∞ *
65 simpl3 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 ¬ −∞ < y B y + 𝑒 w 2
66 simpr φ y A ¬ −∞ < y ¬ −∞ < y
67 2 sselda φ y A y *
68 67 adantr φ y A ¬ −∞ < y y *
69 ngtmnft y * y = −∞ ¬ −∞ < y
70 68 69 syl φ y A ¬ −∞ < y y = −∞ ¬ −∞ < y
71 66 70 mpbird φ y A ¬ −∞ < y y = −∞
72 71 oveq1d φ y A ¬ −∞ < y y + 𝑒 w 2 = −∞ + 𝑒 w 2
73 72 adantllr φ w + y A ¬ −∞ < y y + 𝑒 w 2 = −∞ + 𝑒 w 2
74 31 rpxrd w + w 2 *
75 31 rpred w + w 2
76 renepnf w 2 w 2 +∞
77 75 76 syl w + w 2 +∞
78 xaddmnf2 w 2 * w 2 +∞ −∞ + 𝑒 w 2 = −∞
79 74 77 78 syl2anc w + −∞ + 𝑒 w 2 = −∞
80 79 adantl φ w + −∞ + 𝑒 w 2 = −∞
81 80 ad2antrr φ w + y A ¬ −∞ < y −∞ + 𝑒 w 2 = −∞
82 73 81 eqtrd φ w + y A ¬ −∞ < y y + 𝑒 w 2 = −∞
83 82 adantl3r φ ¬ +∞ A w + y A ¬ −∞ < y y + 𝑒 w 2 = −∞
84 83 adantl3r φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A ¬ −∞ < y y + 𝑒 w 2 = −∞
85 84 3adantl3 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 ¬ −∞ < y y + 𝑒 w 2 = −∞
86 65 85 breqtrd φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 ¬ −∞ < y B −∞
87 mnfle B * −∞ B
88 3 87 syl φ −∞ B
89 88 adantr φ ¬ +∞ A −∞ B
90 89 ad3antrrr φ ¬ +∞ A B −∞ w + ¬ −∞ < y −∞ B
91 90 3ad2antl1 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 ¬ −∞ < y −∞ B
92 62 64 86 91 xrletrid φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 ¬ −∞ < y B = −∞
93 simpllr φ ¬ +∞ A B −∞ w + ¬ −∞ < y B −∞
94 93 3ad2antl1 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 ¬ −∞ < y B −∞
95 94 neneqd φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 ¬ −∞ < y ¬ B = −∞
96 92 95 condan φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 −∞ < y
97 simpr φ y A ¬ y < +∞ ¬ y < +∞
98 67 adantr φ y A ¬ y < +∞ y *
99 nltpnft y * y = +∞ ¬ y < +∞
100 98 99 syl φ y A ¬ y < +∞ y = +∞ ¬ y < +∞
101 97 100 mpbird φ y A ¬ y < +∞ y = +∞
102 101 eqcomd φ y A ¬ y < +∞ +∞ = y
103 simpr φ y A y A
104 103 adantr φ y A ¬ y < +∞ y A
105 102 104 eqeltrd φ y A ¬ y < +∞ +∞ A
106 105 3adantl2 φ ¬ +∞ A y A ¬ y < +∞ +∞ A
107 simpl2 φ ¬ +∞ A y A ¬ y < +∞ ¬ +∞ A
108 106 107 condan φ ¬ +∞ A y A y < +∞
109 108 ad5ant125 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A y < +∞
110 109 3adant3 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y < +∞
111 96 110 jca φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 −∞ < y y < +∞
112 67 ad5ant15 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A y *
113 112 3adant3 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y *
114 xrrebnd y * y −∞ < y y < +∞
115 113 114 syl φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y −∞ < y y < +∞
116 111 115 mpbird φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y
117 75 adantl φ ¬ +∞ A B −∞ w + w 2
118 117 3ad2ant1 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 w 2
119 rexadd y w 2 y + 𝑒 w 2 = y + w 2
120 116 118 119 syl2anc φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + 𝑒 w 2 = y + w 2
121 116 118 readdcld φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + w 2
122 120 121 eqeltrd φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + 𝑒 w 2
123 122 rexrd φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + 𝑒 w 2 *
124 pnfxr +∞ *
125 124 a1i φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 +∞ *
126 simp3 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 B y + 𝑒 w 2
127 122 ltpnfd φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + 𝑒 w 2 < +∞
128 61 123 125 126 127 xrlelttrd φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 B < +∞
129 59 128 jca φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 −∞ < B B < +∞
130 xrrebnd B * B −∞ < B B < +∞
131 61 130 syl φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 B −∞ < B B < +∞
132 129 131 mpbird φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 B
133 rpre w + w
134 133 adantl φ ¬ +∞ A B −∞ w + w
135 134 3ad2ant1 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 w
136 rexadd y w y + 𝑒 w = y + w
137 116 135 136 syl2anc φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + 𝑒 w = y + w
138 116 135 readdcld φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + w
139 137 138 eqeltrd φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + 𝑒 w
140 rphalflt w + w 2 < w
141 140 adantl φ ¬ +∞ A B −∞ w + w 2 < w
142 141 3ad2ant1 φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 w 2 < w
143 118 135 116 142 ltadd2dd φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + w 2 < y + w
144 120 137 breq12d φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + 𝑒 w 2 < y + 𝑒 w y + w 2 < y + w
145 143 144 mpbird φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y + 𝑒 w 2 < y + 𝑒 w
146 132 122 139 126 145 lelttrd φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 B < y + 𝑒 w
147 146 3exp φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 B < y + 𝑒 w
148 50 147 reximdai φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B y + 𝑒 w 2 y A B < y + 𝑒 w
149 49 148 mpd φ ¬ +∞ A B −∞ w + y A B < y + 𝑒 w
150 25 27 29 149 supxrgelem φ ¬ +∞ A B −∞ B sup A * <
151 22 24 150 syl2anc φ ¬ +∞ A ¬ B = −∞ B sup A * <
152 21 151 pm2.61dan φ ¬ +∞ A B sup A * <
153 13 152 pm2.61dan φ B sup A * <