Metamath Proof Explorer


Theorem lbzbi

Description: If a set of reals is bounded below, it is bounded below by an integer. (Contributed by Paul Chapman, 21-Mar-2011)

Ref Expression
Assertion lbzbi ( 𝐴 ⊆ ℝ → ( ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ↔ ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 nfv 𝑥 𝐴 ⊆ ℝ
2 nfre1 𝑥𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦
3 btwnz ( 𝑥 ∈ ℝ → ( ∃ 𝑧 ∈ ℤ 𝑧 < 𝑥 ∧ ∃ 𝑧 ∈ ℤ 𝑥 < 𝑧 ) )
4 3 simpld ( 𝑥 ∈ ℝ → ∃ 𝑧 ∈ ℤ 𝑧 < 𝑥 )
5 ssel2 ( ( 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦𝐴 ) → 𝑦 ∈ ℝ )
6 zre ( 𝑧 ∈ ℤ → 𝑧 ∈ ℝ )
7 ltleletr ( ( 𝑧 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( 𝑧 < 𝑥𝑥𝑦 ) → 𝑧𝑦 ) )
8 6 7 syl3an1 ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( ( 𝑧 < 𝑥𝑥𝑦 ) → 𝑧𝑦 ) )
9 8 expd ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑦 ∈ ℝ ) → ( 𝑧 < 𝑥 → ( 𝑥𝑦𝑧𝑦 ) ) )
10 9 3expia ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ) → ( 𝑦 ∈ ℝ → ( 𝑧 < 𝑥 → ( 𝑥𝑦𝑧𝑦 ) ) ) )
11 5 10 syl5 ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ) → ( ( 𝐴 ⊆ ℝ ∧ 𝑦𝐴 ) → ( 𝑧 < 𝑥 → ( 𝑥𝑦𝑧𝑦 ) ) ) )
12 11 expdimp ( ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) → ( 𝑦𝐴 → ( 𝑧 < 𝑥 → ( 𝑥𝑦𝑧𝑦 ) ) ) )
13 12 com23 ( ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) → ( 𝑧 < 𝑥 → ( 𝑦𝐴 → ( 𝑥𝑦𝑧𝑦 ) ) ) )
14 13 imp ( ( ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) ∧ 𝑧 < 𝑥 ) → ( 𝑦𝐴 → ( 𝑥𝑦𝑧𝑦 ) ) )
15 14 ralrimiv ( ( ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) ∧ 𝑧 < 𝑥 ) → ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑥𝑦𝑧𝑦 ) )
16 ralim ( ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑥𝑦𝑧𝑦 ) → ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∀ 𝑦𝐴 𝑧𝑦 ) )
17 15 16 syl ( ( ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) ∧ 𝑧 < 𝑥 ) → ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∀ 𝑦𝐴 𝑧𝑦 ) )
18 17 ex ( ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) → ( 𝑧 < 𝑥 → ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∀ 𝑦𝐴 𝑧𝑦 ) ) )
19 18 anasss ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) ) → ( 𝑧 < 𝑥 → ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∀ 𝑦𝐴 𝑧𝑦 ) ) )
20 19 expcom ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) → ( 𝑧 ∈ ℤ → ( 𝑧 < 𝑥 → ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∀ 𝑦𝐴 𝑧𝑦 ) ) ) )
21 20 com23 ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) → ( 𝑧 < 𝑥 → ( 𝑧 ∈ ℤ → ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∀ 𝑦𝐴 𝑧𝑦 ) ) ) )
22 21 imp ( ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) ∧ 𝑧 < 𝑥 ) → ( 𝑧 ∈ ℤ → ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∀ 𝑦𝐴 𝑧𝑦 ) ) )
23 22 imdistand ( ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) ∧ 𝑧 < 𝑥 ) → ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) → ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑧𝑦 ) ) )
24 breq1 ( 𝑥 = 𝑧 → ( 𝑥𝑦𝑧𝑦 ) )
25 24 ralbidv ( 𝑥 = 𝑧 → ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ↔ ∀ 𝑦𝐴 𝑧𝑦 ) )
26 25 rspcev ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑧𝑦 ) → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 )
27 23 26 syl6 ( ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) ∧ 𝑧 < 𝑥 ) → ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) )
28 27 ex ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) → ( 𝑧 < 𝑥 → ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) ) )
29 28 com23 ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) → ( ( 𝑧 ∈ ℤ ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) → ( 𝑧 < 𝑥 → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) ) )
30 29 ancomsd ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) → ( ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦𝑧 ∈ ℤ ) → ( 𝑧 < 𝑥 → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) ) )
31 30 expdimp ( ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) → ( 𝑧 ∈ ℤ → ( 𝑧 < 𝑥 → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) ) )
32 31 rexlimdv ( ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ ) ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) → ( ∃ 𝑧 ∈ ℤ 𝑧 < 𝑥 → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) )
33 32 anasss ( ( 𝑥 ∈ ℝ ∧ ( 𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) ) → ( ∃ 𝑧 ∈ ℤ 𝑧 < 𝑥 → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) )
34 33 expcom ( ( 𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) → ( 𝑥 ∈ ℝ → ( ∃ 𝑧 ∈ ℤ 𝑧 < 𝑥 → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) ) )
35 4 34 mpdi ( ( 𝐴 ⊆ ℝ ∧ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) → ( 𝑥 ∈ ℝ → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) )
36 35 ex ( 𝐴 ⊆ ℝ → ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ( 𝑥 ∈ ℝ → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) ) )
37 36 com23 ( 𝐴 ⊆ ℝ → ( 𝑥 ∈ ℝ → ( ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) ) )
38 1 2 37 rexlimd ( 𝐴 ⊆ ℝ → ( ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) )
39 zssre ℤ ⊆ ℝ
40 ssrexv ( ℤ ⊆ ℝ → ( ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) )
41 39 40 ax-mp ( ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 → ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 )
42 38 41 impbid1 ( 𝐴 ⊆ ℝ → ( ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ↔ ∃ 𝑥 ∈ ℤ ∀ 𝑦𝐴 𝑥𝑦 ) )