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Theorem supxrgere

Description: If a 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 supxrgere.xph ⊢ Ⅎ x φ
supxrgere.a ⊢ φ → A ⊆ ℝ *
supxrgere.b ⊢ φ → B ∈ ℝ
supxrgere.y ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − x < y
Assertion supxrgere ⊢ φ → B ≤ sup A ℝ * <

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 supxrgere.xph ⊢ Ⅎ x φ
2 supxrgere.a ⊢ φ → A ⊆ ℝ *
3 supxrgere.b ⊢ φ → B ∈ ℝ
4 supxrgere.y ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − x < y
5 rexr ⊢ B ∈ ℝ → B ∈ ℝ *
6 pnfxr ⊢ +∞ ∈ ℝ *
7 6 a1i ⊢ B ∈ ℝ → +∞ ∈ ℝ *
8 ltpnf ⊢ B ∈ ℝ → B < +∞
9 5 7 8 xrltled ⊢ B ∈ ℝ → B ≤ +∞
10 3 9 syl ⊢ φ → B ≤ +∞
11 10 adantr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < = +∞ → B ≤ +∞
12 id ⊢ sup A ℝ * < = +∞ → sup A ℝ * < = +∞
13 12 eqcomd ⊢ sup A ℝ * < = +∞ → +∞ = sup A ℝ * <
14 13 adantl ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < = +∞ → +∞ = sup A ℝ * <
15 11 14 breqtrd ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < = +∞ → B ≤ sup A ℝ * <
16 simpl ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → φ
17 1rp ⊢ 1 ∈ ℝ +
18 nfcv ⊢ Ⅎ _ x 1
19 nfv ⊢ Ⅎ x 1 ∈ ℝ +
20 1 19 nfan ⊢ Ⅎ x φ ∧ 1 ∈ ℝ +
21 nfv ⊢ Ⅎ x ∃ y ∈ A B − 1 < y
22 20 21 nfim ⊢ Ⅎ x φ ∧ 1 ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − 1 < y
23 eleq1 ⊢ x = 1 → x ∈ ℝ + ↔ 1 ∈ ℝ +
24 23 anbi2d ⊢ x = 1 → φ ∧ x ∈ ℝ + ↔ φ ∧ 1 ∈ ℝ +
25 oveq2 ⊢ x = 1 → B − x = B − 1
26 25 breq1d ⊢ x = 1 → B − x < y ↔ B − 1 < y
27 26 rexbidv ⊢ x = 1 → ∃ y ∈ A B − x < y ↔ ∃ y ∈ A B − 1 < y
28 24 27 imbi12d ⊢ x = 1 → φ ∧ x ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − x < y ↔ φ ∧ 1 ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − 1 < y
29 18 22 28 4 vtoclgf ⊢ 1 ∈ ℝ + → φ ∧ 1 ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − 1 < y
30 17 29 ax-mp ⊢ φ ∧ 1 ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − 1 < y
31 17 30 mpan2 ⊢ φ → ∃ y ∈ A B − 1 < y
32 31 adantr ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → ∃ y ∈ A B − 1 < y
33 mnfxr ⊢ −∞ ∈ ℝ *
34 33 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y → −∞ ∈ ℝ *
35 2 sselda ⊢ φ ∧ y ∈ A → y ∈ ℝ *
36 35 3adant3 ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y → y ∈ ℝ *
37 supxrcl ⊢ A ⊆ ℝ * → sup A ℝ * < ∈ ℝ *
38 2 37 syl ⊢ φ → sup A ℝ * < ∈ ℝ *
39 38 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y → sup A ℝ * < ∈ ℝ *
40 peano2rem ⊢ B ∈ ℝ → B − 1 ∈ ℝ
41 3 40 syl ⊢ φ → B − 1 ∈ ℝ
42 41 rexrd ⊢ φ → B − 1 ∈ ℝ *
43 42 adantr ⊢ φ ∧ ¬ −∞ < y → B − 1 ∈ ℝ *
44 43 3ad2antl1 ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y ∧ ¬ −∞ < y → B − 1 ∈ ℝ *
45 36 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y ∧ ¬ −∞ < y → y ∈ ℝ *
46 33 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y ∧ ¬ −∞ < y → −∞ ∈ ℝ *
47 simpl3 ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y ∧ ¬ −∞ < y → B − 1 < y
48 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ ¬ −∞ < y → ¬ −∞ < y
49 35 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ ¬ −∞ < y → y ∈ ℝ *
50 33 a1i ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ ¬ −∞ < y → −∞ ∈ ℝ *
51 xrlenlt ⊢ y ∈ ℝ * ∧ −∞ ∈ ℝ * → y ≤ −∞ ↔ ¬ −∞ < y
52 49 50 51 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ ¬ −∞ < y → y ≤ −∞ ↔ ¬ −∞ < y
53 48 52 mpbird ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ ¬ −∞ < y → y ≤ −∞
54 53 3adantl3 ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y ∧ ¬ −∞ < y → y ≤ −∞
55 44 45 46 47 54 xrltletrd ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y ∧ ¬ −∞ < y → B − 1 < −∞
56 nltmnf ⊢ B − 1 ∈ ℝ * → ¬ B − 1 < −∞
57 42 56 syl ⊢ φ → ¬ B − 1 < −∞
58 57 adantr ⊢ φ ∧ ¬ −∞ < y → ¬ B − 1 < −∞
59 58 3ad2antl1 ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y ∧ ¬ −∞ < y → ¬ B − 1 < −∞
60 55 59 condan ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y → −∞ < y
61 2 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A → A ⊆ ℝ *
62 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ A → y ∈ A
63 supxrub ⊢ A ⊆ ℝ * ∧ y ∈ A → y ≤ sup A ℝ * <
64 61 62 63 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ A → y ≤ sup A ℝ * <
65 64 3adant3 ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y → y ≤ sup A ℝ * <
66 34 36 39 60 65 xrltletrd ⊢ φ ∧ y ∈ A ∧ B − 1 < y → −∞ < sup A ℝ * <
67 66 3exp ⊢ φ → y ∈ A → B − 1 < y → −∞ < sup A ℝ * <
68 67 adantr ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → y ∈ A → B − 1 < y → −∞ < sup A ℝ * <
69 68 rexlimdv ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → ∃ y ∈ A B − 1 < y → −∞ < sup A ℝ * <
70 32 69 mpd ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → −∞ < sup A ℝ * <
71 simpr ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → ¬ sup A ℝ * < = +∞
72 nltpnft ⊢ sup A ℝ * < ∈ ℝ * → sup A ℝ * < = +∞ ↔ ¬ sup A ℝ * < < +∞
73 38 72 syl ⊢ φ → sup A ℝ * < = +∞ ↔ ¬ sup A ℝ * < < +∞
74 73 adantr ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → sup A ℝ * < = +∞ ↔ ¬ sup A ℝ * < < +∞
75 71 74 mtbid ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → ¬ ¬ sup A ℝ * < < +∞
76 75 notnotrd ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → sup A ℝ * < < +∞
77 70 76 jca ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → −∞ < sup A ℝ * < ∧ sup A ℝ * < < +∞
78 38 adantr ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → sup A ℝ * < ∈ ℝ *
79 xrrebnd ⊢ sup A ℝ * < ∈ ℝ * → sup A ℝ * < ∈ ℝ ↔ −∞ < sup A ℝ * < ∧ sup A ℝ * < < +∞
80 78 79 syl ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → sup A ℝ * < ∈ ℝ ↔ −∞ < sup A ℝ * < ∧ sup A ℝ * < < +∞
81 77 80 mpbird ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → sup A ℝ * < ∈ ℝ
82 simpl ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ ¬ B ≤ sup A ℝ * < → φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ
83 simpr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ ¬ B ≤ sup A ℝ * < → ¬ B ≤ sup A ℝ * <
84 82 simprd ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ ¬ B ≤ sup A ℝ * < → sup A ℝ * < ∈ ℝ
85 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ ¬ B ≤ sup A ℝ * < → B ∈ ℝ
86 84 85 ltnled ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ ¬ B ≤ sup A ℝ * < → sup A ℝ * < < B ↔ ¬ B ≤ sup A ℝ * <
87 83 86 mpbird ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ ¬ B ≤ sup A ℝ * < → sup A ℝ * < < B
88 simpll ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → φ
89 3 adantr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ → B ∈ ℝ
90 simpr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ → sup A ℝ * < ∈ ℝ
91 89 90 resubcld ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ → B − sup A ℝ * < ∈ ℝ
92 91 adantr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → B − sup A ℝ * < ∈ ℝ
93 simpr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → sup A ℝ * < < B
94 90 adantr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → sup A ℝ * < ∈ ℝ
95 88 3 syl ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → B ∈ ℝ
96 94 95 posdifd ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → sup A ℝ * < < B ↔ 0 < B − sup A ℝ * <
97 93 96 mpbid ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → 0 < B − sup A ℝ * <
98 92 97 elrpd ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → B − sup A ℝ * < ∈ ℝ +
99 ovex ⊢ B − sup A ℝ * < ∈ V
100 nfcv ⊢ Ⅎ _ x B − sup A ℝ * <
101 nfv ⊢ Ⅎ x B − sup A ℝ * < ∈ ℝ +
102 1 101 nfan ⊢ Ⅎ x φ ∧ B − sup A ℝ * < ∈ ℝ +
103 nfv ⊢ Ⅎ x ∃ y ∈ A B − B − sup A ℝ * < < y
104 102 103 nfim ⊢ Ⅎ x φ ∧ B − sup A ℝ * < ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − B − sup A ℝ * < < y
105 eleq1 ⊢ x = B − sup A ℝ * < → x ∈ ℝ + ↔ B − sup A ℝ * < ∈ ℝ +
106 105 anbi2d ⊢ x = B − sup A ℝ * < → φ ∧ x ∈ ℝ + ↔ φ ∧ B − sup A ℝ * < ∈ ℝ +
107 oveq2 ⊢ x = B − sup A ℝ * < → B − x = B − B − sup A ℝ * <
108 107 breq1d ⊢ x = B − sup A ℝ * < → B − x < y ↔ B − B − sup A ℝ * < < y
109 108 rexbidv ⊢ x = B − sup A ℝ * < → ∃ y ∈ A B − x < y ↔ ∃ y ∈ A B − B − sup A ℝ * < < y
110 106 109 imbi12d ⊢ x = B − sup A ℝ * < → φ ∧ x ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − x < y ↔ φ ∧ B − sup A ℝ * < ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − B − sup A ℝ * < < y
111 100 104 110 4 vtoclgf ⊢ B − sup A ℝ * < ∈ V → φ ∧ B − sup A ℝ * < ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − B − sup A ℝ * < < y
112 99 111 ax-mp ⊢ φ ∧ B − sup A ℝ * < ∈ ℝ + → ∃ y ∈ A B − B − sup A ℝ * < < y
113 88 98 112 syl2anc ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → ∃ y ∈ A B − B − sup A ℝ * < < y
114 3 recnd ⊢ φ → B ∈ ℂ
115 114 ad3antrrr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B ∧ B − B − sup A ℝ * < < y → B ∈ ℂ
116 90 recnd ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ → sup A ℝ * < ∈ ℂ
117 116 ad2antrr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B ∧ B − B − sup A ℝ * < < y → sup A ℝ * < ∈ ℂ
118 115 117 nncand ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B ∧ B − B − sup A ℝ * < < y → B − B − sup A ℝ * < = sup A ℝ * <
119 118 eqcomd ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B ∧ B − B − sup A ℝ * < < y → sup A ℝ * < = B − B − sup A ℝ * <
120 simpr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B ∧ B − B − sup A ℝ * < < y → B − B − sup A ℝ * < < y
121 119 120 eqbrtrd ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B ∧ B − B − sup A ℝ * < < y → sup A ℝ * < < y
122 121 ex ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → B − B − sup A ℝ * < < y → sup A ℝ * < < y
123 122 adantr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B ∧ y ∈ A → B − B − sup A ℝ * < < y → sup A ℝ * < < y
124 123 reximdva ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → ∃ y ∈ A B − B − sup A ℝ * < < y → ∃ y ∈ A sup A ℝ * < < y
125 113 124 mpd ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ sup A ℝ * < < B → ∃ y ∈ A sup A ℝ * < < y
126 82 87 125 syl2anc ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ ¬ B ≤ sup A ℝ * < → ∃ y ∈ A sup A ℝ * < < y
127 61 37 syl ⊢ φ ∧ y ∈ A → sup A ℝ * < ∈ ℝ *
128 35 127 xrlenltd ⊢ φ ∧ y ∈ A → y ≤ sup A ℝ * < ↔ ¬ sup A ℝ * < < y
129 64 128 mpbid ⊢ φ ∧ y ∈ A → ¬ sup A ℝ * < < y
130 129 ralrimiva ⊢ φ → ∀ y ∈ A ¬ sup A ℝ * < < y
131 ralnex ⊢ ∀ y ∈ A ¬ sup A ℝ * < < y ↔ ¬ ∃ y ∈ A sup A ℝ * < < y
132 130 131 sylib ⊢ φ → ¬ ∃ y ∈ A sup A ℝ * < < y
133 132 ad2antrr ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ ∧ ¬ B ≤ sup A ℝ * < → ¬ ∃ y ∈ A sup A ℝ * < < y
134 126 133 condan ⊢ φ ∧ sup A ℝ * < ∈ ℝ → B ≤ sup A ℝ * <
135 16 81 134 syl2anc ⊢ φ ∧ ¬ sup A ℝ * < = +∞ → B ≤ sup A ℝ * <
136 15 135 pm2.61dan ⊢ φ → B ≤ sup A ℝ * <