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Theorem supxrgelem

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 supxrgelem.xph x φ
supxrgelem.a φ A *
supxrgelem.b φ B *
supxrgelem.y φ x + y A B < y + 𝑒 x
Assertion supxrgelem φ B sup A * <

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 supxrgelem.xph x φ
2 supxrgelem.a φ A *
3 supxrgelem.b φ B *
4 supxrgelem.y φ x + y A B < y + 𝑒 x
5 pnfge B * B +∞
6 3 5 syl φ B +∞
7 6 adantr φ sup A * < = +∞ B +∞
8 id sup A * < = +∞ sup A * < = +∞
9 8 eqcomd sup A * < = +∞ +∞ = sup A * <
10 9 adantl φ sup A * < = +∞ +∞ = sup A * <
11 7 10 breqtrd φ sup A * < = +∞ B sup A * <
12 simpl φ ¬ sup A * < = +∞ φ
13 1rp 1 +
14 nfcv _ x 1
15 nfv x 1 +
16 1 15 nfan x φ 1 +
17 nfv x y A B < y + 𝑒 1
18 16 17 nfim x φ 1 + y A B < y + 𝑒 1
19 eleq1 x = 1 x + 1 +
20 19 anbi2d x = 1 φ x + φ 1 +
21 oveq2 x = 1 y + 𝑒 x = y + 𝑒 1
22 21 breq2d x = 1 B < y + 𝑒 x B < y + 𝑒 1
23 22 rexbidv x = 1 y A B < y + 𝑒 x y A B < y + 𝑒 1
24 20 23 imbi12d x = 1 φ x + y A B < y + 𝑒 x φ 1 + y A B < y + 𝑒 1
25 14 18 24 4 vtoclgf 1 + φ 1 + y A B < y + 𝑒 1
26 13 25 ax-mp φ 1 + y A B < y + 𝑒 1
27 13 26 mpan2 φ y A B < y + 𝑒 1
28 27 adantr φ ¬ sup A * < = +∞ y A B < y + 𝑒 1
29 mnfxr −∞ *
30 29 a1i φ y A B < y + 𝑒 1 −∞ *
31 2 sselda φ y A y *
32 31 3adant3 φ y A B < y + 𝑒 1 y *
33 supxrcl A * sup A * < *
34 2 33 syl φ sup A * < *
35 34 3ad2ant1 φ y A B < y + 𝑒 1 sup A * < *
36 simpl3 φ y A B < y + 𝑒 1 ¬ −∞ < y B < y + 𝑒 1
37 simpr φ y A ¬ −∞ < y ¬ −∞ < y
38 31 adantr φ y A ¬ −∞ < y y *
39 ngtmnft y * y = −∞ ¬ −∞ < y
40 38 39 syl φ y A ¬ −∞ < y y = −∞ ¬ −∞ < y
41 37 40 mpbird φ y A ¬ −∞ < y y = −∞
42 41 oveq1d φ y A ¬ −∞ < y y + 𝑒 1 = −∞ + 𝑒 1
43 1xr 1 *
44 43 a1i φ y A ¬ −∞ < y 1 *
45 1re 1
46 renepnf 1 1 +∞
47 45 46 ax-mp 1 +∞
48 47 a1i φ y A ¬ −∞ < y 1 +∞
49 xaddmnf2 1 * 1 +∞ −∞ + 𝑒 1 = −∞
50 44 48 49 syl2anc φ y A ¬ −∞ < y −∞ + 𝑒 1 = −∞
51 42 50 eqtrd φ y A ¬ −∞ < y y + 𝑒 1 = −∞
52 51 3adantl3 φ y A B < y + 𝑒 1 ¬ −∞ < y y + 𝑒 1 = −∞
53 36 52 breqtrd φ y A B < y + 𝑒 1 ¬ −∞ < y B < −∞
54 nltmnf B * ¬ B < −∞
55 3 54 syl φ ¬ B < −∞
56 55 adantr φ ¬ −∞ < y ¬ B < −∞
57 56 3ad2antl1 φ y A B < y + 𝑒 1 ¬ −∞ < y ¬ B < −∞
58 53 57 condan φ y A B < y + 𝑒 1 −∞ < y
59 2 adantr φ y A A *
60 simpr φ y A y A
61 supxrub A * y A y sup A * <
62 59 60 61 syl2anc φ y A y sup A * <
63 62 3adant3 φ y A B < y + 𝑒 1 y sup A * <
64 30 32 35 58 63 xrltletrd φ y A B < y + 𝑒 1 −∞ < sup A * <
65 64 3exp φ y A B < y + 𝑒 1 −∞ < sup A * <
66 65 adantr φ ¬ sup A * < = +∞ y A B < y + 𝑒 1 −∞ < sup A * <
67 66 rexlimdv φ ¬ sup A * < = +∞ y A B < y + 𝑒 1 −∞ < sup A * <
68 28 67 mpd φ ¬ sup A * < = +∞ −∞ < sup A * <
69 simpr φ ¬ sup A * < = +∞ ¬ sup A * < = +∞
70 nltpnft sup A * < * sup A * < = +∞ ¬ sup A * < < +∞
71 34 70 syl φ sup A * < = +∞ ¬ sup A * < < +∞
72 71 adantr φ ¬ sup A * < = +∞ sup A * < = +∞ ¬ sup A * < < +∞
73 69 72 mtbid φ ¬ sup A * < = +∞ ¬ ¬ sup A * < < +∞
74 73 notnotrd φ ¬ sup A * < = +∞ sup A * < < +∞
75 68 74 jca φ ¬ sup A * < = +∞ −∞ < sup A * < sup A * < < +∞
76 34 adantr φ ¬ sup A * < = +∞ sup A * < *
77 xrrebnd sup A * < * sup A * < −∞ < sup A * < sup A * < < +∞
78 76 77 syl φ ¬ sup A * < = +∞ sup A * < −∞ < sup A * < sup A * < < +∞
79 75 78 mpbird φ ¬ sup A * < = +∞ sup A * <
80 simpl φ sup A * < ¬ B sup A * < φ sup A * <
81 simpr φ sup A * < ¬ B sup A * < ¬ B sup A * <
82 34 adantr φ ¬ B sup A * < sup A * < *
83 3 adantr φ ¬ B sup A * < B *
84 xrltnle sup A * < * B * sup A * < < B ¬ B sup A * <
85 82 83 84 syl2anc φ ¬ B sup A * < sup A * < < B ¬ B sup A * <
86 85 adantlr φ sup A * < ¬ B sup A * < sup A * < < B ¬ B sup A * <
87 81 86 mpbird φ sup A * < ¬ B sup A * < sup A * < < B
88 simpll φ sup A * < sup A * < < B φ
89 29 a1i φ sup A * < sup A * < < B −∞ *
90 88 34 syl φ sup A * < sup A * < < B sup A * < *
91 88 3 syl φ sup A * < sup A * < < B B *
92 mnfle sup A * < * −∞ sup A * <
93 34 92 syl φ −∞ sup A * <
94 93 ad2antrr φ sup A * < sup A * < < B −∞ sup A * <
95 simpr φ sup A * < sup A * < < B sup A * < < B
96 89 90 91 94 95 xrlelttrd φ sup A * < sup A * < < B −∞ < B
97 id φ φ
98 13 a1i φ 1 +
99 97 98 26 syl2anc φ y A B < y + 𝑒 1
100 99 ad2antrr φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 1
101 3 3ad2ant1 φ y A B < y + 𝑒 1 B *
102 43 a1i φ y A B < y + 𝑒 1 1 *
103 32 102 jca φ y A B < y + 𝑒 1 y * 1 *
104 xaddcl y * 1 * y + 𝑒 1 *
105 103 104 syl φ y A B < y + 𝑒 1 y + 𝑒 1 *
106 pnfxr +∞ *
107 106 a1i φ y A B < y + 𝑒 1 +∞ *
108 simp3 φ y A B < y + 𝑒 1 B < y + 𝑒 1
109 31 43 104 sylancl φ y A y + 𝑒 1 *
110 pnfge y + 𝑒 1 * y + 𝑒 1 +∞
111 109 110 syl φ y A y + 𝑒 1 +∞
112 111 3adant3 φ y A B < y + 𝑒 1 y + 𝑒 1 +∞
113 101 105 107 108 112 xrltletrd φ y A B < y + 𝑒 1 B < +∞
114 113 3exp φ y A B < y + 𝑒 1 B < +∞
115 114 rexlimdv φ y A B < y + 𝑒 1 B < +∞
116 88 115 syl φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 1 B < +∞
117 100 116 mpd φ sup A * < sup A * < < B B < +∞
118 96 117 jca φ sup A * < sup A * < < B −∞ < B B < +∞
119 xrrebnd B * B −∞ < B B < +∞
120 91 119 syl φ sup A * < sup A * < < B B −∞ < B B < +∞
121 118 120 mpbird φ sup A * < sup A * < < B B
122 simpr φ sup A * < sup A * <
123 122 adantr φ sup A * < sup A * < < B sup A * <
124 121 123 resubcld φ sup A * < sup A * < < B B sup A * <
125 27 115 mpd φ B < +∞
126 125 ad2antrr φ sup A * < sup A * < < B B < +∞
127 96 126 jca φ sup A * < sup A * < < B −∞ < B B < +∞
128 127 120 mpbird φ sup A * < sup A * < < B B
129 123 128 posdifd φ sup A * < sup A * < < B sup A * < < B 0 < B sup A * <
130 95 129 mpbid φ sup A * < sup A * < < B 0 < B sup A * <
131 124 130 elrpd φ sup A * < sup A * < < B B sup A * < +
132 ovex B sup A * < V
133 nfcv _ x B sup A * <
134 nfv x B sup A * < +
135 1 134 nfan x φ B sup A * < +
136 nfv x y A B < y + 𝑒 B sup A * <
137 135 136 nfim x φ B sup A * < + y A B < y + 𝑒 B sup A * <
138 eleq1 x = B sup A * < x + B sup A * < +
139 138 anbi2d x = B sup A * < φ x + φ B sup A * < +
140 oveq2 x = B sup A * < y + 𝑒 x = y + 𝑒 B sup A * <
141 140 breq2d x = B sup A * < B < y + 𝑒 x B < y + 𝑒 B sup A * <
142 141 rexbidv x = B sup A * < y A B < y + 𝑒 x y A B < y + 𝑒 B sup A * <
143 139 142 imbi12d x = B sup A * < φ x + y A B < y + 𝑒 x φ B sup A * < + y A B < y + 𝑒 B sup A * <
144 133 137 143 4 vtoclgf B sup A * < V φ B sup A * < + y A B < y + 𝑒 B sup A * <
145 132 144 ax-mp φ B sup A * < + y A B < y + 𝑒 B sup A * <
146 88 131 145 syl2anc φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * <
147 ltpnf sup A * < sup A * < < +∞
148 147 adantr sup A * < y = +∞ sup A * < < +∞
149 id y = +∞ y = +∞
150 149 eqcomd y = +∞ +∞ = y
151 150 adantl sup A * < y = +∞ +∞ = y
152 148 151 breqtrd sup A * < y = +∞ sup A * < < y
153 152 adantll φ sup A * < y = +∞ sup A * < < y
154 153 ad5ant15 φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < y = +∞ sup A * < < y
155 simplll φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ y = +∞ φ sup A * < sup A * < < B
156 simpl φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ −∞ < y φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * <
157 88 41 sylanl1 φ sup A * < sup A * < < B y A ¬ −∞ < y y = −∞
158 157 adantlr φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ −∞ < y y = −∞
159 simplr φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < y = −∞ B < y + 𝑒 B sup A * <
160 oveq1 y = −∞ y + 𝑒 B sup A * < = −∞ + 𝑒 B sup A * <
161 160 adantl φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < y = −∞ y + 𝑒 B sup A * < = −∞ + 𝑒 B sup A * <
162 128 123 resubcld φ sup A * < sup A * < < B B sup A * <
163 162 rexrd φ sup A * < sup A * < < B B sup A * < *
164 163 ad3antrrr φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < y = −∞ B sup A * < *
165 renepnf B sup A * < B sup A * < +∞
166 124 165 syl φ sup A * < sup A * < < B B sup A * < +∞
167 166 ad3antrrr φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < y = −∞ B sup A * < +∞
168 xaddmnf2 B sup A * < * B sup A * < +∞ −∞ + 𝑒 B sup A * < = −∞
169 164 167 168 syl2anc φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < y = −∞ −∞ + 𝑒 B sup A * < = −∞
170 161 169 eqtrd φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < y = −∞ y + 𝑒 B sup A * < = −∞
171 159 170 breqtrd φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < y = −∞ B < −∞
172 156 158 171 syl2anc φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ −∞ < y B < −∞
173 55 ad5antr φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ −∞ < y ¬ B < −∞
174 172 173 condan φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < −∞ < y
175 174 adantr φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ y = +∞ −∞ < y
176 simp3 φ y A ¬ y = +∞ ¬ y = +∞
177 31 3adant3 φ y A ¬ y = +∞ y *
178 nltpnft y * y = +∞ ¬ y < +∞
179 177 178 syl φ y A ¬ y = +∞ y = +∞ ¬ y < +∞
180 176 179 mtbid φ y A ¬ y = +∞ ¬ ¬ y < +∞
181 180 notnotrd φ y A ¬ y = +∞ y < +∞
182 181 3adant1r φ sup A * < y A ¬ y = +∞ y < +∞
183 182 ad5ant135 φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ y = +∞ y < +∞
184 175 183 jca φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ y = +∞ −∞ < y y < +∞
185 31 adantlr φ sup A * < y A y *
186 185 ad5ant13 φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ y = +∞ y *
187 xrrebnd y * y −∞ < y y < +∞
188 186 187 syl φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ y = +∞ y −∞ < y y < +∞
189 184 188 mpbird φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ y = +∞ y
190 simplr φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ y = +∞ B < y + 𝑒 B sup A * <
191 121 ad2antrr φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < B
192 simpr φ sup A * < sup A * < < B y y
193 124 adantr φ sup A * < sup A * < < B y B sup A * <
194 rexadd y B sup A * < y + 𝑒 B sup A * < = y + B - sup A * <
195 192 193 194 syl2anc φ sup A * < sup A * < < B y y + 𝑒 B sup A * < = y + B - sup A * <
196 192 193 readdcld φ sup A * < sup A * < < B y y + B - sup A * <
197 195 196 eqeltrd φ sup A * < sup A * < < B y y + 𝑒 B sup A * <
198 197 adantr φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < y + 𝑒 B sup A * <
199 simpr φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < B < y + 𝑒 B sup A * <
200 191 198 191 199 ltsub1dd φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < B B < y + 𝑒 B sup A * < B
201 121 recnd φ sup A * < sup A * < < B B
202 201 subidd φ sup A * < sup A * < < B B B = 0
203 202 ad2antrr φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < B B = 0
204 201 adantr φ sup A * < sup A * < < B y B
205 192 recnd φ sup A * < sup A * < < B y y
206 122 recnd φ sup A * < sup A * <
207 206 ad2antrr φ sup A * < sup A * < < B y sup A * <
208 205 207 subcld φ sup A * < sup A * < < B y y sup A * <
209 205 204 207 addsub12d φ sup A * < sup A * < < B y y + B - sup A * < = B + y - sup A * <
210 195 209 eqtrd φ sup A * < sup A * < < B y y + 𝑒 B sup A * < = B + y - sup A * <
211 204 208 210 mvrladdd φ sup A * < sup A * < < B y y + 𝑒 B sup A * < B = y sup A * <
212 211 adantr φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < y + 𝑒 B sup A * < B = y sup A * <
213 203 212 breq12d φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < B B < y + 𝑒 B sup A * < B 0 < y sup A * <
214 200 213 mpbid φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < 0 < y sup A * <
215 123 ad2antrr φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < sup A * <
216 simplr φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < y
217 215 216 posdifd φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < sup A * < < y 0 < y sup A * <
218 214 217 mpbird φ sup A * < sup A * < < B y B < y + 𝑒 B sup A * < sup A * < < y
219 155 189 190 218 syl21anc φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < ¬ y = +∞ sup A * < < y
220 154 219 pm2.61dan φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < sup A * < < y
221 220 ex φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < sup A * < < y
222 221 reximdva φ sup A * < sup A * < < B y A B < y + 𝑒 B sup A * < y A sup A * < < y
223 146 222 mpd φ sup A * < sup A * < < B y A sup A * < < y
224 80 87 223 syl2anc φ sup A * < ¬ B sup A * < y A sup A * < < y
225 59 33 syl φ y A sup A * < *
226 31 225 xrlenltd φ y A y sup A * < ¬ sup A * < < y
227 62 226 mpbid φ y A ¬ sup A * < < y
228 227 ralrimiva φ y A ¬ sup A * < < y
229 ralnex y A ¬ sup A * < < y ¬ y A sup A * < < y
230 228 229 sylib φ ¬ y A sup A * < < y
231 230 ad2antrr φ sup A * < ¬ B sup A * < ¬ y A sup A * < < y
232 224 231 condan φ sup A * < B sup A * <
233 12 79 232 syl2anc φ ¬ sup A * < = +∞ B sup A * <
234 11 233 pm2.61dan φ B sup A * <