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Theorem xlt2add

Description: Extended real version of lt2add . Note that ltleadd , which has weaker assumptions, is not true for the extended reals (since 0 + +oo < 1 + +oo fails). (Contributed by Mario Carneiro, 23-Aug-2015)

Ref Expression
Assertion xlt2add ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * → A < C ∧ B < D → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 xaddcl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * → A + 𝑒 B ∈ ℝ *
2 1 3ad2ant1 ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A + 𝑒 B ∈ ℝ *
3 2 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → A + 𝑒 B ∈ ℝ *
4 simp1l ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A ∈ ℝ *
5 simp2r ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → D ∈ ℝ *
6 xaddcl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * → A + 𝑒 D ∈ ℝ *
7 4 5 6 syl2anc ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A + 𝑒 D ∈ ℝ *
8 7 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → A + 𝑒 D ∈ ℝ *
9 xaddcl ⊢ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * → C + 𝑒 D ∈ ℝ *
10 9 3ad2ant2 ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → C + 𝑒 D ∈ ℝ *
11 10 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → C + 𝑒 D ∈ ℝ *
12 simp3r ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → B < D
13 12 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → B < D
14 simp1r ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → B ∈ ℝ *
15 14 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → B ∈ ℝ *
16 5 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → D ∈ ℝ *
17 simprl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → A ∈ ℝ
18 xltadd2 ⊢ B ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A ∈ ℝ → B < D ↔ A + 𝑒 B < A + 𝑒 D
19 15 16 17 18 syl3anc ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → B < D ↔ A + 𝑒 B < A + 𝑒 D
20 13 19 mpbid ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → A + 𝑒 B < A + 𝑒 D
21 simp3l ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A < C
22 21 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → A < C
23 4 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → A ∈ ℝ *
24 simp2l ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → C ∈ ℝ *
25 24 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → C ∈ ℝ *
26 simprr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → D ∈ ℝ
27 xltadd1 ⊢ A ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ → A < C ↔ A + 𝑒 D < C + 𝑒 D
28 23 25 26 27 syl3anc ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → A < C ↔ A + 𝑒 D < C + 𝑒 D
29 22 28 mpbid ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → A + 𝑒 D < C + 𝑒 D
30 3 8 11 20 29 xrlttrd ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
31 30 anassrs ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D ∈ ℝ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
32 pnfxr ⊢ +∞ ∈ ℝ *
33 32 a1i ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → +∞ ∈ ℝ *
34 pnfge ⊢ C ∈ ℝ * → C ≤ +∞
35 24 34 syl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → C ≤ +∞
36 4 24 33 21 35 xrltletrd ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A < +∞
37 nltpnft ⊢ A ∈ ℝ * → A = +∞ ↔ ¬ A < +∞
38 37 necon2abid ⊢ A ∈ ℝ * → A < +∞ ↔ A ≠ +∞
39 4 38 syl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A < +∞ ↔ A ≠ +∞
40 36 39 mpbid ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A ≠ +∞
41 pnfge ⊢ D ∈ ℝ * → D ≤ +∞
42 5 41 syl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → D ≤ +∞
43 14 5 33 12 42 xrltletrd ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → B < +∞
44 nltpnft ⊢ B ∈ ℝ * → B = +∞ ↔ ¬ B < +∞
45 44 necon2abid ⊢ B ∈ ℝ * → B < +∞ ↔ B ≠ +∞
46 14 45 syl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → B < +∞ ↔ B ≠ +∞
47 43 46 mpbid ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → B ≠ +∞
48 xaddnepnf ⊢ A ∈ ℝ * ∧ A ≠ +∞ ∧ B ∈ ℝ * ∧ B ≠ +∞ → A + 𝑒 B ≠ +∞
49 4 40 14 47 48 syl22anc ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A + 𝑒 B ≠ +∞
50 nltpnft ⊢ A + 𝑒 B ∈ ℝ * → A + 𝑒 B = +∞ ↔ ¬ A + 𝑒 B < +∞
51 50 necon2abid ⊢ A + 𝑒 B ∈ ℝ * → A + 𝑒 B < +∞ ↔ A + 𝑒 B ≠ +∞
52 2 51 syl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A + 𝑒 B < +∞ ↔ A + 𝑒 B ≠ +∞
53 49 52 mpbird ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A + 𝑒 B < +∞
54 53 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ D = +∞ → A + 𝑒 B < +∞
55 oveq2 ⊢ D = +∞ → C + 𝑒 D = C + 𝑒 +∞
56 mnfxr ⊢ −∞ ∈ ℝ *
57 56 a1i ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → −∞ ∈ ℝ *
58 mnfle ⊢ A ∈ ℝ * → −∞ ≤ A
59 4 58 syl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → −∞ ≤ A
60 57 4 24 59 21 xrlelttrd ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → −∞ < C
61 ngtmnft ⊢ C ∈ ℝ * → C = −∞ ↔ ¬ −∞ < C
62 61 necon2abid ⊢ C ∈ ℝ * → −∞ < C ↔ C ≠ −∞
63 24 62 syl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → −∞ < C ↔ C ≠ −∞
64 60 63 mpbid ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → C ≠ −∞
65 xaddpnf1 ⊢ C ∈ ℝ * ∧ C ≠ −∞ → C + 𝑒 +∞ = +∞
66 24 64 65 syl2anc ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → C + 𝑒 +∞ = +∞
67 55 66 sylan9eqr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ D = +∞ → C + 𝑒 D = +∞
68 54 67 breqtrrd ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ D = +∞ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
69 68 adantlr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D = +∞ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
70 mnfle ⊢ B ∈ ℝ * → −∞ ≤ B
71 14 70 syl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → −∞ ≤ B
72 57 14 5 71 12 xrlelttrd ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → −∞ < D
73 ngtmnft ⊢ D ∈ ℝ * → D = −∞ ↔ ¬ −∞ < D
74 73 necon2abid ⊢ D ∈ ℝ * → −∞ < D ↔ D ≠ −∞
75 5 74 syl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → −∞ < D ↔ D ≠ −∞
76 72 75 mpbid ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → D ≠ −∞
77 76 a1d ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → ¬ A + 𝑒 B < C + 𝑒 D → D ≠ −∞
78 77 necon4bd ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → D = −∞ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
79 78 imp ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ D = −∞ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
80 79 adantlr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ ∧ D = −∞ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
81 elxr ⊢ D ∈ ℝ * ↔ D ∈ ℝ ∨ D = +∞ ∨ D = −∞
82 5 81 sylib ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → D ∈ ℝ ∨ D = +∞ ∨ D = −∞
83 82 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ → D ∈ ℝ ∨ D = +∞ ∨ D = −∞
84 31 69 80 83 mpjao3dan ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A ∈ ℝ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
85 40 a1d ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → ¬ A + 𝑒 B < C + 𝑒 D → A ≠ +∞
86 85 necon4bd ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A = +∞ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
87 86 imp ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A = +∞ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
88 oveq1 ⊢ A = −∞ → A + 𝑒 B = −∞ + 𝑒 B
89 xaddmnf2 ⊢ B ∈ ℝ * ∧ B ≠ +∞ → −∞ + 𝑒 B = −∞
90 14 47 89 syl2anc ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → −∞ + 𝑒 B = −∞
91 88 90 sylan9eqr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A = −∞ → A + 𝑒 B = −∞
92 xaddnemnf ⊢ C ∈ ℝ * ∧ C ≠ −∞ ∧ D ∈ ℝ * ∧ D ≠ −∞ → C + 𝑒 D ≠ −∞
93 24 64 5 76 92 syl22anc ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → C + 𝑒 D ≠ −∞
94 ngtmnft ⊢ C + 𝑒 D ∈ ℝ * → C + 𝑒 D = −∞ ↔ ¬ −∞ < C + 𝑒 D
95 94 necon2abid ⊢ C + 𝑒 D ∈ ℝ * → −∞ < C + 𝑒 D ↔ C + 𝑒 D ≠ −∞
96 10 95 syl ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → −∞ < C + 𝑒 D ↔ C + 𝑒 D ≠ −∞
97 93 96 mpbird ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → −∞ < C + 𝑒 D
98 97 adantr ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A = −∞ → −∞ < C + 𝑒 D
99 91 98 eqbrtrd ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D ∧ A = −∞ → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
100 elxr ⊢ A ∈ ℝ * ↔ A ∈ ℝ ∨ A = +∞ ∨ A = −∞
101 4 100 sylib ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A ∈ ℝ ∨ A = +∞ ∨ A = −∞
102 84 87 99 101 mpjao3dan ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * ∧ A < C ∧ B < D → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D
103 102 3expia ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ C ∈ ℝ * ∧ D ∈ ℝ * → A < C ∧ B < D → A + 𝑒 B < C + 𝑒 D