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Theorem xrge0iifcnv

Description: Define a bijection from [ 0 , 1 ] onto [ 0 , +oo ] . (Contributed by Thierry Arnoux, 29-Mar-2017)

Ref Expression
Hypothesis xrge0iifhmeo.1 ⊢ F = x ∈ 0 1 ⟼ if x = 0 +∞ − log ⁡ x
Assertion xrge0iifcnv ⊢ F : 0 1 ⟶ 1-1 onto 0 +∞ ∧ F -1 = y ∈ 0 +∞ ⟼ if y = +∞ 0 e − y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 xrge0iifhmeo.1 ⊢ F = x ∈ 0 1 ⟼ if x = 0 +∞ − log ⁡ x
2 0xr ⊢ 0 ∈ ℝ *
3 pnfxr ⊢ +∞ ∈ ℝ *
4 0lepnf ⊢ 0 ≤ +∞
5 ubicc2 ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ +∞ ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ +∞ → +∞ ∈ 0 +∞
6 2 3 4 5 mp3an ⊢ +∞ ∈ 0 +∞
7 6 a1i ⊢ x ∈ 0 1 ∧ x = 0 → +∞ ∈ 0 +∞
8 icossicc ⊢ 0 +∞ ⊆ 0 +∞
9 uncom ⊢ 0 ∪ 0 1 = 0 1 ∪ 0
10 1xr ⊢ 1 ∈ ℝ *
11 0le1 ⊢ 0 ≤ 1
12 snunioc ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ 1 ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ 1 → 0 ∪ 0 1 = 0 1
13 2 10 11 12 mp3an ⊢ 0 ∪ 0 1 = 0 1
14 9 13 eqtr3i ⊢ 0 1 ∪ 0 = 0 1
15 14 eleq2i ⊢ x ∈ 0 1 ∪ 0 ↔ x ∈ 0 1
16 elun ⊢ x ∈ 0 1 ∪ 0 ↔ x ∈ 0 1 ∨ x ∈ 0
17 15 16 bitr3i ⊢ x ∈ 0 1 ↔ x ∈ 0 1 ∨ x ∈ 0
18 pm2.53 ⊢ x ∈ 0 1 ∨ x ∈ 0 → ¬ x ∈ 0 1 → x ∈ 0
19 17 18 sylbi ⊢ x ∈ 0 1 → ¬ x ∈ 0 1 → x ∈ 0
20 elsni ⊢ x ∈ 0 → x = 0
21 19 20 syl6 ⊢ x ∈ 0 1 → ¬ x ∈ 0 1 → x = 0
22 21 con1d ⊢ x ∈ 0 1 → ¬ x = 0 → x ∈ 0 1
23 22 imp ⊢ x ∈ 0 1 ∧ ¬ x = 0 → x ∈ 0 1
24 0le0 ⊢ 0 ≤ 0
25 1re ⊢ 1 ∈ ℝ
26 ltpnf ⊢ 1 ∈ ℝ → 1 < +∞
27 25 26 ax-mp ⊢ 1 < +∞
28 iocssioo ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ +∞ ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ 0 ∧ 1 < +∞ → 0 1 ⊆ 0 +∞
29 2 3 24 27 28 mp4an ⊢ 0 1 ⊆ 0 +∞
30 ioorp ⊢ 0 +∞ = ℝ +
31 29 30 sseqtri ⊢ 0 1 ⊆ ℝ +
32 31 sseli ⊢ x ∈ 0 1 → x ∈ ℝ +
33 32 relogcld ⊢ x ∈ 0 1 → log ⁡ x ∈ ℝ
34 33 renegcld ⊢ x ∈ 0 1 → − log ⁡ x ∈ ℝ
35 34 rexrd ⊢ x ∈ 0 1 → − log ⁡ x ∈ ℝ *
36 elioc1 ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ 1 ∈ ℝ * → x ∈ 0 1 ↔ x ∈ ℝ * ∧ 0 < x ∧ x ≤ 1
37 2 10 36 mp2an ⊢ x ∈ 0 1 ↔ x ∈ ℝ * ∧ 0 < x ∧ x ≤ 1
38 37 simp3bi ⊢ x ∈ 0 1 → x ≤ 1
39 1rp ⊢ 1 ∈ ℝ +
40 39 a1i ⊢ x ∈ 0 1 → 1 ∈ ℝ +
41 32 40 logled ⊢ x ∈ 0 1 → x ≤ 1 ↔ log ⁡ x ≤ log ⁡ 1
42 38 41 mpbid ⊢ x ∈ 0 1 → log ⁡ x ≤ log ⁡ 1
43 log1 ⊢ log ⁡ 1 = 0
44 42 43 breqtrdi ⊢ x ∈ 0 1 → log ⁡ x ≤ 0
45 33 le0neg1d ⊢ x ∈ 0 1 → log ⁡ x ≤ 0 ↔ 0 ≤ − log ⁡ x
46 44 45 mpbid ⊢ x ∈ 0 1 → 0 ≤ − log ⁡ x
47 ltpnf ⊢ − log ⁡ x ∈ ℝ → − log ⁡ x < +∞
48 34 47 syl ⊢ x ∈ 0 1 → − log ⁡ x < +∞
49 elico1 ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ +∞ ∈ ℝ * → − log ⁡ x ∈ 0 +∞ ↔ − log ⁡ x ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ − log ⁡ x ∧ − log ⁡ x < +∞
50 2 3 49 mp2an ⊢ − log ⁡ x ∈ 0 +∞ ↔ − log ⁡ x ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ − log ⁡ x ∧ − log ⁡ x < +∞
51 35 46 48 50 syl3anbrc ⊢ x ∈ 0 1 → − log ⁡ x ∈ 0 +∞
52 23 51 syl ⊢ x ∈ 0 1 ∧ ¬ x = 0 → − log ⁡ x ∈ 0 +∞
53 8 52 sselid ⊢ x ∈ 0 1 ∧ ¬ x = 0 → − log ⁡ x ∈ 0 +∞
54 7 53 ifclda ⊢ x ∈ 0 1 → if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∈ 0 +∞
55 54 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 0 1 → if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∈ 0 +∞
56 0elunit ⊢ 0 ∈ 0 1
57 56 a1i ⊢ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → 0 ∈ 0 1
58 iocssicc ⊢ 0 1 ⊆ 0 1
59 snunico ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ +∞ ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ +∞ → 0 +∞ ∪ +∞ = 0 +∞
60 2 3 4 59 mp3an ⊢ 0 +∞ ∪ +∞ = 0 +∞
61 60 eleq2i ⊢ y ∈ 0 +∞ ∪ +∞ ↔ y ∈ 0 +∞
62 elun ⊢ y ∈ 0 +∞ ∪ +∞ ↔ y ∈ 0 +∞ ∨ y ∈ +∞
63 61 62 bitr3i ⊢ y ∈ 0 +∞ ↔ y ∈ 0 +∞ ∨ y ∈ +∞
64 pm2.53 ⊢ y ∈ 0 +∞ ∨ y ∈ +∞ → ¬ y ∈ 0 +∞ → y ∈ +∞
65 63 64 sylbi ⊢ y ∈ 0 +∞ → ¬ y ∈ 0 +∞ → y ∈ +∞
66 elsni ⊢ y ∈ +∞ → y = +∞
67 65 66 syl6 ⊢ y ∈ 0 +∞ → ¬ y ∈ 0 +∞ → y = +∞
68 67 con1d ⊢ y ∈ 0 +∞ → ¬ y = +∞ → y ∈ 0 +∞
69 68 imp ⊢ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → y ∈ 0 +∞
70 rge0ssre ⊢ 0 +∞ ⊆ ℝ
71 70 sseli ⊢ y ∈ 0 +∞ → y ∈ ℝ
72 71 renegcld ⊢ y ∈ 0 +∞ → − y ∈ ℝ
73 72 reefcld ⊢ y ∈ 0 +∞ → e − y ∈ ℝ
74 73 rexrd ⊢ y ∈ 0 +∞ → e − y ∈ ℝ *
75 efgt0 ⊢ − y ∈ ℝ → 0 < e − y
76 72 75 syl ⊢ y ∈ 0 +∞ → 0 < e − y
77 elico1 ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ +∞ ∈ ℝ * → y ∈ 0 +∞ ↔ y ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ y ∧ y < +∞
78 2 3 77 mp2an ⊢ y ∈ 0 +∞ ↔ y ∈ ℝ * ∧ 0 ≤ y ∧ y < +∞
79 78 simp2bi ⊢ y ∈ 0 +∞ → 0 ≤ y
80 71 le0neg2d ⊢ y ∈ 0 +∞ → 0 ≤ y ↔ − y ≤ 0
81 79 80 mpbid ⊢ y ∈ 0 +∞ → − y ≤ 0
82 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
83 efle ⊢ − y ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ → − y ≤ 0 ↔ e − y ≤ e 0
84 72 82 83 sylancl ⊢ y ∈ 0 +∞ → − y ≤ 0 ↔ e − y ≤ e 0
85 81 84 mpbid ⊢ y ∈ 0 +∞ → e − y ≤ e 0
86 ef0 ⊢ e 0 = 1
87 85 86 breqtrdi ⊢ y ∈ 0 +∞ → e − y ≤ 1
88 elioc1 ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ 1 ∈ ℝ * → e − y ∈ 0 1 ↔ e − y ∈ ℝ * ∧ 0 < e − y ∧ e − y ≤ 1
89 2 10 88 mp2an ⊢ e − y ∈ 0 1 ↔ e − y ∈ ℝ * ∧ 0 < e − y ∧ e − y ≤ 1
90 74 76 87 89 syl3anbrc ⊢ y ∈ 0 +∞ → e − y ∈ 0 1
91 69 90 syl ⊢ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → e − y ∈ 0 1
92 58 91 sselid ⊢ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → e − y ∈ 0 1
93 57 92 ifclda ⊢ y ∈ 0 +∞ → if y = +∞ 0 e − y ∈ 0 1
94 93 adantl ⊢ ⊤ ∧ y ∈ 0 +∞ → if y = +∞ 0 e − y ∈ 0 1
95 eqeq2 ⊢ 0 = if y = +∞ 0 e − y → x = 0 ↔ x = if y = +∞ 0 e − y
96 95 bibi1d ⊢ 0 = if y = +∞ 0 e − y → x = 0 ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x ↔ x = if y = +∞ 0 e − y ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
97 eqeq2 ⊢ e − y = if y = +∞ 0 e − y → x = e − y ↔ x = if y = +∞ 0 e − y
98 97 bibi1d ⊢ e − y = if y = +∞ 0 e − y → x = e − y ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x ↔ x = if y = +∞ 0 e − y ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
99 simpr ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → y = +∞
100 iftrue ⊢ x = 0 → if x = 0 +∞ − log ⁡ x = +∞
101 100 eqeq2d ⊢ x = 0 → y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x ↔ y = +∞
102 99 101 syl5ibrcom ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → x = 0 → y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
103 ubico ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ +∞ ∈ ℝ * → ¬ +∞ ∈ 0 +∞
104 82 3 103 mp2an ⊢ ¬ +∞ ∈ 0 +∞
105 104 nelir ⊢ +∞ ∉ 0 +∞
106 neleq1 ⊢ y = +∞ → y ∉ 0 +∞ ↔ +∞ ∉ 0 +∞
107 106 adantl ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → y ∉ 0 +∞ ↔ +∞ ∉ 0 +∞
108 105 107 mpbiri ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → y ∉ 0 +∞
109 neleq1 ⊢ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x → y ∉ 0 +∞ ↔ if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∉ 0 +∞
110 108 109 syl5ibcom ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x → if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∉ 0 +∞
111 df-nel ⊢ if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∉ 0 +∞ ↔ ¬ if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∈ 0 +∞
112 iffalse ⊢ ¬ x = 0 → if x = 0 +∞ − log ⁡ x = − log ⁡ x
113 112 adantl ⊢ x ∈ 0 1 ∧ ¬ x = 0 → if x = 0 +∞ − log ⁡ x = − log ⁡ x
114 113 52 eqeltrd ⊢ x ∈ 0 1 ∧ ¬ x = 0 → if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∈ 0 +∞
115 114 ex ⊢ x ∈ 0 1 → ¬ x = 0 → if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∈ 0 +∞
116 115 ad2antrr ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → ¬ x = 0 → if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∈ 0 +∞
117 116 con1d ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → ¬ if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∈ 0 +∞ → x = 0
118 111 117 biimtrid ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → if x = 0 +∞ − log ⁡ x ∉ 0 +∞ → x = 0
119 110 118 syld ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x → x = 0
120 102 119 impbid ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ y = +∞ → x = 0 ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
121 eqeq2 ⊢ +∞ = if x = 0 +∞ − log ⁡ x → y = +∞ ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
122 121 bibi2d ⊢ +∞ = if x = 0 +∞ − log ⁡ x → x = e − y ↔ y = +∞ ↔ x = e − y ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
123 eqeq2 ⊢ − log ⁡ x = if x = 0 +∞ − log ⁡ x → y = − log ⁡ x ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
124 123 bibi2d ⊢ − log ⁡ x = if x = 0 +∞ − log ⁡ x → x = e − y ↔ y = − log ⁡ x ↔ x = e − y ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
125 82 a1i ⊢ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → 0 ∈ ℝ
126 69 76 syl ⊢ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → 0 < e − y
127 125 126 ltned ⊢ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → 0 ≠ e − y
128 127 adantll ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → 0 ≠ e − y
129 128 neneqd ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → ¬ 0 = e − y
130 eqeq1 ⊢ x = 0 → x = e − y ↔ 0 = e − y
131 130 notbid ⊢ x = 0 → ¬ x = e − y ↔ ¬ 0 = e − y
132 129 131 syl5ibrcom ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → x = 0 → ¬ x = e − y
133 132 imp ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ ∧ x = 0 → ¬ x = e − y
134 simplr ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ ∧ x = 0 → ¬ y = +∞
135 133 134 2falsed ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ ∧ x = 0 → x = e − y ↔ y = +∞
136 eqcom ⊢ x = e − y ↔ e − y = x
137 136 a1i ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ → x = e − y ↔ e − y = x
138 relogeftb ⊢ x ∈ ℝ + ∧ − y ∈ ℝ → log ⁡ x = − y ↔ e − y = x
139 32 72 138 syl2an ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ → log ⁡ x = − y ↔ e − y = x
140 33 recnd ⊢ x ∈ 0 1 → log ⁡ x ∈ ℂ
141 71 recnd ⊢ y ∈ 0 +∞ → y ∈ ℂ
142 negcon2 ⊢ log ⁡ x ∈ ℂ ∧ y ∈ ℂ → log ⁡ x = − y ↔ y = − log ⁡ x
143 140 141 142 syl2an ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ → log ⁡ x = − y ↔ y = − log ⁡ x
144 137 139 143 3bitr2d ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ → x = e − y ↔ y = − log ⁡ x
145 23 69 144 syl2an ⊢ x ∈ 0 1 ∧ ¬ x = 0 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → x = e − y ↔ y = − log ⁡ x
146 145 an4s ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ x = 0 ∧ ¬ y = +∞ → x = e − y ↔ y = − log ⁡ x
147 146 anass1rs ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ ∧ ¬ x = 0 → x = e − y ↔ y = − log ⁡ x
148 122 124 135 147 ifbothda ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ ∧ ¬ y = +∞ → x = e − y ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
149 96 98 120 148 ifbothda ⊢ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ → x = if y = +∞ 0 e − y ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
150 149 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 0 1 ∧ y ∈ 0 +∞ → x = if y = +∞ 0 e − y ↔ y = if x = 0 +∞ − log ⁡ x
151 1 55 94 150 f1ocnv2d ⊢ ⊤ → F : 0 1 ⟶ 1-1 onto 0 +∞ ∧ F -1 = y ∈ 0 +∞ ⟼ if y = +∞ 0 e − y
152 151 mptru ⊢ F : 0 1 ⟶ 1-1 onto 0 +∞ ∧ F -1 = y ∈ 0 +∞ ⟼ if y = +∞ 0 e − y