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Theorem infm3 9713
Description: The completeness axiom for reals in terms of infimum: a non-empty, bounded-below set of reals has a infimum. (This theorem is the dual of sup3 9711.) (Contributed by NM, 14-Jun-2005.)
Assertion
Ref Expression
infm3  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  /\  A. y  e.  RR  ( x  < 
y  ->  E. z  e.  A  z  <  y ) ) )
Distinct variable group:    x, y, z, A

Proof of Theorem infm3
Dummy variables  w  v  u  t are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ssel 3174 . . . . . . . . 9  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( v  e.  A  ->  v  e.  RR ) )
21pm4.71rd 616 . . . . . . . 8  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( v  e.  A  <->  ( v  e.  RR  /\  v  e.  A ) ) )
32exbidv 1612 . . . . . . 7  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. v  v  e.  A  <->  E. v ( v  e.  RR  /\  v  e.  A ) ) )
4 df-rex 2549 . . . . . . . 8  |-  ( E. v  e.  RR  v  e.  A  <->  E. v ( v  e.  RR  /\  v  e.  A ) )
5 renegcl 9110 . . . . . . . . 9  |-  ( w  e.  RR  ->  -u w  e.  RR )
6 infm3lem 9712 . . . . . . . . 9  |-  ( v  e.  RR  ->  E. w  e.  RR  v  =  -u w )
7 eleq1 2343 . . . . . . . . 9  |-  ( v  =  -u w  ->  (
v  e.  A  <->  -u w  e.  A ) )
85, 6, 7rexxfr 4554 . . . . . . . 8  |-  ( E. v  e.  RR  v  e.  A  <->  E. w  e.  RR  -u w  e.  A )
94, 8bitr3i 242 . . . . . . 7  |-  ( E. v ( v  e.  RR  /\  v  e.  A )  <->  E. w  e.  RR  -u w  e.  A
)
103, 9syl6bb 252 . . . . . 6  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. v  v  e.  A  <->  E. w  e.  RR  -u w  e.  A ) )
11 n0 3464 . . . . . 6  |-  ( A  =/=  (/)  <->  E. v  v  e.  A )
12 rabn0 3474 . . . . . 6  |-  ( { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  =/=  (/)  <->  E. w  e.  RR  -u w  e.  A )
1310, 11, 123bitr4g 279 . . . . 5  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( A  =/=  (/)  <->  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  =/=  (/) ) )
14 ssel 3174 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( y  e.  A  ->  y  e.  RR ) )
1514pm4.71rd 616 . . . . . . . . . . 11  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( y  e.  A  <->  ( y  e.  RR  /\  y  e.  A ) ) )
1615imbi1d 308 . . . . . . . . . 10  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( y  e.  A  ->  x  <_  y )  <->  ( (
y  e.  RR  /\  y  e.  A )  ->  x  <_  y )
) )
17 impexp 433 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( y  e.  RR  /\  y  e.  A )  ->  x  <_  y
)  <->  ( y  e.  RR  ->  ( y  e.  A  ->  x  <_ 
y ) ) )
1816, 17syl6bb 252 . . . . . . . . 9  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( y  e.  A  ->  x  <_  y )  <->  ( y  e.  RR  ->  ( y  e.  A  ->  x  <_ 
y ) ) ) )
1918albidv 1611 . . . . . . . 8  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( A. y ( y  e.  A  ->  x  <_  y )  <->  A. y ( y  e.  RR  ->  (
y  e.  A  ->  x  <_  y ) ) ) )
20 df-ral 2548 . . . . . . . 8  |-  ( A. y  e.  A  x  <_  y  <->  A. y ( y  e.  A  ->  x  <_  y ) )
21 renegcl 9110 . . . . . . . . . 10  |-  ( v  e.  RR  ->  -u v  e.  RR )
22 infm3lem 9712 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  e.  RR  ->  E. v  e.  RR  y  =  -u v )
23 eleq1 2343 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  =  -u v  ->  (
y  e.  A  <->  -u v  e.  A ) )
24 breq2 4027 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  =  -u v  ->  (
x  <_  y  <->  x  <_  -u v ) )
2523, 24imbi12d 311 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  =  -u v  ->  (
( y  e.  A  ->  x  <_  y )  <->  (
-u v  e.  A  ->  x  <_  -u v ) ) )
2621, 22, 25ralxfr 4552 . . . . . . . . 9  |-  ( A. y  e.  RR  (
y  e.  A  ->  x  <_  y )  <->  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  x  <_  -u v ) )
27 df-ral 2548 . . . . . . . . 9  |-  ( A. y  e.  RR  (
y  e.  A  ->  x  <_  y )  <->  A. y
( y  e.  RR  ->  ( y  e.  A  ->  x  <_  y )
) )
2826, 27bitr3i 242 . . . . . . . 8  |-  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  x  <_  -u v )  <->  A. y
( y  e.  RR  ->  ( y  e.  A  ->  x  <_  y )
) )
2919, 20, 283bitr4g 279 . . . . . . 7  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( A. y  e.  A  x  <_  y  <->  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  x  <_  -u v ) ) )
3029rexbidv 2564 . . . . . 6  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y  <->  E. x  e.  RR  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  x  <_  -u v ) ) )
31 renegcl 9110 . . . . . . . 8  |-  ( u  e.  RR  ->  -u u  e.  RR )
32 infm3lem 9712 . . . . . . . 8  |-  ( x  e.  RR  ->  E. u  e.  RR  x  =  -u u )
33 breq1 4026 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  -u u  ->  (
x  <_  -u v  <->  -u u  <_  -u v ) )
3433imbi2d 307 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  -u u  ->  (
( -u v  e.  A  ->  x  <_  -u v )  <-> 
( -u v  e.  A  -> 
-u u  <_  -u v
) ) )
3534ralbidv 2563 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  -u u  ->  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  x  <_  -u v )  <->  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  -> 
-u u  <_  -u v
) ) )
3631, 32, 35rexxfr 4554 . . . . . . 7  |-  ( E. x  e.  RR  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  x  <_  -u v )  <->  E. u  e.  RR  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -u u  <_ 
-u v ) )
37 negeq 9044 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( w  =  v  ->  -u w  =  -u v )
3837eleq1d 2349 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( w  =  v  ->  ( -u w  e.  A  <->  -u v  e.  A ) )
3938elrab 2923 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  <->  ( v  e.  RR  /\  -u v  e.  A ) )
4039imbi1i 315 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  ->  v  <_  u )  <->  ( (
v  e.  RR  /\  -u v  e.  A )  ->  v  <_  u
) )
41 impexp 433 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( v  e.  RR  /\  -u v  e.  A
)  ->  v  <_  u )  <->  ( v  e.  RR  ->  ( -u v  e.  A  ->  v  <_  u ) ) )
4240, 41bitri 240 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  ->  v  <_  u )  <->  ( v  e.  RR  ->  ( -u v  e.  A  ->  v  <_  u ) ) )
4342albii 1553 . . . . . . . . . 10  |-  ( A. v ( v  e. 
{ w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  ->  v  <_  u
)  <->  A. v ( v  e.  RR  ->  ( -u v  e.  A  -> 
v  <_  u )
) )
44 df-ral 2548 . . . . . . . . . 10  |-  ( A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <_  u 
<-> 
A. v ( v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  ->  v  <_  u ) )
45 df-ral 2548 . . . . . . . . . 10  |-  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  -> 
v  <_  u )  <->  A. v ( v  e.  RR  ->  ( -u v  e.  A  ->  v  <_  u ) ) )
4643, 44, 453bitr4ri 269 . . . . . . . . 9  |-  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  -> 
v  <_  u )  <->  A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <_  u )
47 leneg 9277 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( v  e.  RR  /\  u  e.  RR )  ->  ( v  <_  u  <->  -u u  <_  -u v ) )
4847ancoms 439 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( u  e.  RR  /\  v  e.  RR )  ->  ( v  <_  u  <->  -u u  <_  -u v ) )
4948imbi2d 307 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( u  e.  RR  /\  v  e.  RR )  ->  ( ( -u v  e.  A  ->  v  <_  u )  <->  ( -u v  e.  A  ->  -u u  <_ 
-u v ) ) )
5049ralbidva 2559 . . . . . . . . 9  |-  ( u  e.  RR  ->  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  v  <_  u )  <->  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -u u  <_  -u v ) ) )
5146, 50syl5bbr 250 . . . . . . . 8  |-  ( u  e.  RR  ->  ( A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <_  u 
<-> 
A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  -> 
-u u  <_  -u v
) ) )
5251rexbiia 2576 . . . . . . 7  |-  ( E. u  e.  RR  A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <_  u 
<->  E. u  e.  RR  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -u u  <_  -u v ) )
5336, 52bitr4i 243 . . . . . 6  |-  ( E. x  e.  RR  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  x  <_  -u v )  <->  E. u  e.  RR  A. v  e. 
{ w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <_  u
)
5430, 53syl6bb 252 . . . . 5  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y  <->  E. u  e.  RR  A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <_  u ) )
5513, 54anbi12d 691 . . . 4  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y )  <->  ( { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  =/=  (/)  /\  E. u  e.  RR  A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <_  u
) ) )
56 ssrab2 3258 . . . . 5  |-  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  C_  RR
57 sup3 9711 . . . . 5  |-  ( ( { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  C_  RR  /\  {
w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  =/=  (/)  /\  E. u  e.  RR  A. v  e. 
{ w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <_  u
)  ->  E. u  e.  RR  ( A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  -.  u  <  v  /\  A. v  e.  RR  ( v  <  u  ->  E. t  e.  {
w  e.  RR  |  -u w  e.  A }
v  <  t )
) )
5856, 57mp3an1 1264 . . . 4  |-  ( ( { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  =/=  (/)  /\  E. u  e.  RR  A. v  e. 
{ w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <_  u
)  ->  E. u  e.  RR  ( A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  -.  u  <  v  /\  A. v  e.  RR  ( v  <  u  ->  E. t  e.  {
w  e.  RR  |  -u w  e.  A }
v  <  t )
) )
5955, 58syl6bi 219 . . 3  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y )  ->  E. u  e.  RR  ( A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  -.  u  <  v  /\  A. v  e.  RR  ( v  <  u  ->  E. t  e.  {
w  e.  RR  |  -u w  e.  A }
v  <  t )
) ) )
6015imbi1d 308 . . . . . . . . 9  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( y  e.  A  ->  -.  y  <  x )  <-> 
( ( y  e.  RR  /\  y  e.  A )  ->  -.  y  <  x ) ) )
61 impexp 433 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( y  e.  RR  /\  y  e.  A )  ->  -.  y  <  x )  <->  ( y  e.  RR  ->  ( y  e.  A  ->  -.  y  <  x ) ) )
6260, 61syl6bb 252 . . . . . . . 8  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( y  e.  A  ->  -.  y  <  x )  <-> 
( y  e.  RR  ->  ( y  e.  A  ->  -.  y  <  x
) ) ) )
6362albidv 1611 . . . . . . 7  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( A. y ( y  e.  A  ->  -.  y  <  x )  <->  A. y
( y  e.  RR  ->  ( y  e.  A  ->  -.  y  <  x
) ) ) )
64 df-ral 2548 . . . . . . 7  |-  ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  <->  A. y
( y  e.  A  ->  -.  y  <  x
) )
65 breq1 4026 . . . . . . . . . . 11  |-  ( y  =  -u v  ->  (
y  <  x  <->  -u v  < 
x ) )
6665notbid 285 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  =  -u v  ->  ( -.  y  <  x  <->  -.  -u v  <  x ) )
6723, 66imbi12d 311 . . . . . . . . 9  |-  ( y  =  -u v  ->  (
( y  e.  A  ->  -.  y  <  x
)  <->  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x ) ) )
6821, 22, 67ralxfr 4552 . . . . . . . 8  |-  ( A. y  e.  RR  (
y  e.  A  ->  -.  y  <  x )  <->  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x
) )
69 df-ral 2548 . . . . . . . 8  |-  ( A. y  e.  RR  (
y  e.  A  ->  -.  y  <  x )  <->  A. y ( y  e.  RR  ->  ( y  e.  A  ->  -.  y  <  x ) ) )
7068, 69bitr3i 242 . . . . . . 7  |-  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x
)  <->  A. y ( y  e.  RR  ->  (
y  e.  A  ->  -.  y  <  x ) ) )
7163, 64, 703bitr4g 279 . . . . . 6  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  <->  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x ) ) )
72 breq2 4027 . . . . . . . . 9  |-  ( y  =  -u v  ->  (
x  <  y  <->  x  <  -u v ) )
73 breq2 4027 . . . . . . . . . 10  |-  ( y  =  -u v  ->  (
z  <  y  <->  z  <  -u v ) )
7473rexbidv 2564 . . . . . . . . 9  |-  ( y  =  -u v  ->  ( E. z  e.  A  z  <  y  <->  E. z  e.  A  z  <  -u v ) )
7572, 74imbi12d 311 . . . . . . . 8  |-  ( y  =  -u v  ->  (
( x  <  y  ->  E. z  e.  A  z  <  y )  <->  ( x  <  -u v  ->  E. z  e.  A  z  <  -u v ) ) )
7621, 22, 75ralxfr 4552 . . . . . . 7  |-  ( A. y  e.  RR  (
x  <  y  ->  E. z  e.  A  z  <  y )  <->  A. v  e.  RR  ( x  <  -u v  ->  E. z  e.  A  z  <  -u v ) )
77 ssel 3174 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( z  e.  A  ->  z  e.  RR ) )
7877adantrd 454 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( z  e.  A  /\  z  <  -u v )  -> 
z  e.  RR ) )
7978pm4.71rd 616 . . . . . . . . . . 11  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( z  e.  A  /\  z  <  -u v )  <->  ( z  e.  RR  /\  ( z  e.  A  /\  z  <  -u v ) ) ) )
8079exbidv 1612 . . . . . . . . . 10  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. z ( z  e.  A  /\  z  <  -u v )  <->  E. z
( z  e.  RR  /\  ( z  e.  A  /\  z  <  -u v
) ) ) )
81 df-rex 2549 . . . . . . . . . 10  |-  ( E. z  e.  A  z  <  -u v  <->  E. z
( z  e.  A  /\  z  <  -u v
) )
82 renegcl 9110 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( t  e.  RR  ->  -u t  e.  RR )
83 infm3lem 9712 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( z  e.  RR  ->  E. t  e.  RR  z  =  -u t )
84 eleq1 2343 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( z  =  -u t  ->  (
z  e.  A  <->  -u t  e.  A ) )
85 breq1 4026 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( z  =  -u t  ->  (
z  <  -u v  <->  -u t  <  -u v ) )
8684, 85anbi12d 691 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( z  =  -u t  ->  (
( z  e.  A  /\  z  <  -u v
)  <->  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) )
8782, 83, 86rexxfr 4554 . . . . . . . . . . 11  |-  ( E. z  e.  RR  (
z  e.  A  /\  z  <  -u v )  <->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) )
88 df-rex 2549 . . . . . . . . . . 11  |-  ( E. z  e.  RR  (
z  e.  A  /\  z  <  -u v )  <->  E. z
( z  e.  RR  /\  ( z  e.  A  /\  z  <  -u v
) ) )
8987, 88bitr3i 242 . . . . . . . . . 10  |-  ( E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
)  <->  E. z ( z  e.  RR  /\  (
z  e.  A  /\  z  <  -u v ) ) )
9080, 81, 893bitr4g 279 . . . . . . . . 9  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. z  e.  A  z  <  -u v  <->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) )
9190imbi2d 307 . . . . . . . 8  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( x  <  -u v  ->  E. z  e.  A  z  <  -u v )  <->  ( x  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) ) )
9291ralbidv 2563 . . . . . . 7  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( A. v  e.  RR  (
x  <  -u v  ->  E. z  e.  A  z  <  -u v )  <->  A. v  e.  RR  ( x  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) ) )
9376, 92syl5bb 248 . . . . . 6  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( A. y  e.  RR  (
x  <  y  ->  E. z  e.  A  z  <  y )  <->  A. v  e.  RR  ( x  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) ) )
9471, 93anbi12d 691 . . . . 5  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  /\  A. y  e.  RR  (
x  <  y  ->  E. z  e.  A  z  <  y ) )  <-> 
( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x )  /\  A. v  e.  RR  (
x  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
) ) ) ) )
9594rexbidv 2564 . . . 4  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  /\  A. y  e.  RR  (
x  <  y  ->  E. z  e.  A  z  <  y ) )  <->  E. x  e.  RR  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x
)  /\  A. v  e.  RR  ( x  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) ) ) )
96 breq2 4027 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  =  -u u  ->  ( -u v  <  x  <->  -u v  <  -u u ) )
9796notbid 285 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  -u u  ->  ( -.  -u v  <  x  <->  -.  -u v  <  -u u
) )
9897imbi2d 307 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  -u u  ->  (
( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x
)  <->  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  -u u ) ) )
9998ralbidv 2563 . . . . . . 7  |-  ( x  =  -u u  ->  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x
)  <->  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  -u u
) ) )
100 breq1 4026 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  -u u  ->  (
x  <  -u v  <->  -u u  <  -u v ) )
101100imbi1d 308 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  -u u  ->  (
( x  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
) )  <->  ( -u u  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) ) )
102101ralbidv 2563 . . . . . . 7  |-  ( x  =  -u u  ->  ( A. v  e.  RR  ( x  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
) )  <->  A. v  e.  RR  ( -u u  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) ) )
10399, 102anbi12d 691 . . . . . 6  |-  ( x  =  -u u  ->  (
( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x )  /\  A. v  e.  RR  (
x  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
) ) )  <->  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  -u u
)  /\  A. v  e.  RR  ( -u u  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) ) ) )
10431, 32, 103rexxfr 4554 . . . . 5  |-  ( E. x  e.  RR  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x
)  /\  A. v  e.  RR  ( x  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) )  <->  E. u  e.  RR  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  -u u
)  /\  A. v  e.  RR  ( -u u  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) ) )
10539imbi1i 315 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  ->  -.  u  <  v )  <->  ( (
v  e.  RR  /\  -u v  e.  A )  ->  -.  u  <  v ) )
106 impexp 433 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( v  e.  RR  /\  -u v  e.  A
)  ->  -.  u  <  v )  <->  ( v  e.  RR  ->  ( -u v  e.  A  ->  -.  u  <  v ) ) )
107105, 106bitri 240 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  ->  -.  u  <  v )  <->  ( v  e.  RR  ->  ( -u v  e.  A  ->  -.  u  <  v ) ) )
108107albii 1553 . . . . . . . . 9  |-  ( A. v ( v  e. 
{ w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  ->  -.  u  <  v )  <->  A. v ( v  e.  RR  ->  ( -u v  e.  A  ->  -.  u  <  v ) ) )
109 df-ral 2548 . . . . . . . . 9  |-  ( A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  -.  u  <  v  <->  A. v ( v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  ->  -.  u  <  v ) )
110 df-ral 2548 . . . . . . . . 9  |-  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  u  <  v )  <->  A. v ( v  e.  RR  ->  ( -u v  e.  A  ->  -.  u  <  v ) ) )
111108, 109, 1103bitr4ri 269 . . . . . . . 8  |-  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  u  <  v )  <->  A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  -.  u  <  v )
112 ltneg 9274 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( u  e.  RR  /\  v  e.  RR )  ->  ( u  <  v  <->  -u v  <  -u u
) )
113112notbid 285 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( u  e.  RR  /\  v  e.  RR )  ->  ( -.  u  < 
v  <->  -.  -u v  <  -u u ) )
114113imbi2d 307 . . . . . . . . 9  |-  ( ( u  e.  RR  /\  v  e.  RR )  ->  ( ( -u v  e.  A  ->  -.  u  <  v )  <->  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  -u u ) ) )
115114ralbidva 2559 . . . . . . . 8  |-  ( u  e.  RR  ->  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  u  <  v
)  <->  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  -u u
) ) )
116111, 115syl5bbr 250 . . . . . . 7  |-  ( u  e.  RR  ->  ( A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  -.  u  <  v  <->  A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  -u u
) ) )
117 ltneg 9274 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( v  e.  RR  /\  u  e.  RR )  ->  ( v  <  u  <->  -u u  <  -u v
) )
118117ancoms 439 . . . . . . . . 9  |-  ( ( u  e.  RR  /\  v  e.  RR )  ->  ( v  <  u  <->  -u u  <  -u v
) )
119 negeq 9044 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( w  =  t  ->  -u w  =  -u t )
120119eleq1d 2349 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( w  =  t  ->  ( -u w  e.  A  <->  -u t  e.  A ) )
121120rexrab 2929 . . . . . . . . . . 11  |-  ( E. t  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  < 
t  <->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  v  <  t ) )
122 ltneg 9274 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( v  e.  RR  /\  t  e.  RR )  ->  ( v  <  t  <->  -u t  <  -u v
) )
123122anbi2d 684 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( v  e.  RR  /\  t  e.  RR )  ->  ( ( -u t  e.  A  /\  v  <  t )  <->  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) )
124123rexbidva 2560 . . . . . . . . . . 11  |-  ( v  e.  RR  ->  ( E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  v  <  t )  <->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
) ) )
125121, 124syl5bb 248 . . . . . . . . . 10  |-  ( v  e.  RR  ->  ( E. t  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  < 
t  <->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
) ) )
126125adantl 452 . . . . . . . . 9  |-  ( ( u  e.  RR  /\  v  e.  RR )  ->  ( E. t  e. 
{ w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <  t  <->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
) ) )
127118, 126imbi12d 311 . . . . . . . 8  |-  ( ( u  e.  RR  /\  v  e.  RR )  ->  ( ( v  < 
u  ->  E. t  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <  t
)  <->  ( -u u  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) ) )
128127ralbidva 2559 . . . . . . 7  |-  ( u  e.  RR  ->  ( A. v  e.  RR  ( v  <  u  ->  E. t  e.  {
w  e.  RR  |  -u w  e.  A }
v  <  t )  <->  A. v  e.  RR  ( -u u  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
) ) ) )
129116, 128anbi12d 691 . . . . . 6  |-  ( u  e.  RR  ->  (
( A. v  e. 
{ w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  -.  u  <  v  /\  A. v  e.  RR  ( v  <  u  ->  E. t  e.  {
w  e.  RR  |  -u w  e.  A }
v  <  t )
)  <->  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  -u u )  /\  A. v  e.  RR  ( -u u  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
) ) ) ) )
130129rexbiia 2576 . . . . 5  |-  ( E. u  e.  RR  ( A. v  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  -.  u  <  v  /\  A. v  e.  RR  ( v  < 
u  ->  E. t  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  <  t
) )  <->  E. u  e.  RR  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  -u u )  /\  A. v  e.  RR  ( -u u  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v
) ) ) )
131104, 130bitr4i 243 . . . 4  |-  ( E. x  e.  RR  ( A. v  e.  RR  ( -u v  e.  A  ->  -.  -u v  <  x
)  /\  A. v  e.  RR  ( x  <  -u v  ->  E. t  e.  RR  ( -u t  e.  A  /\  -u t  <  -u v ) ) )  <->  E. u  e.  RR  ( A. v  e.  {
w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  -.  u  <  v  /\  A. v  e.  RR  (
v  <  u  ->  E. t  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  < 
t ) ) )
13295, 131syl6bb 252 . . 3  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  /\  A. y  e.  RR  (
x  <  y  ->  E. z  e.  A  z  <  y ) )  <->  E. u  e.  RR  ( A. v  e.  {
w  e.  RR  |  -u w  e.  A }  -.  u  <  v  /\  A. v  e.  RR  (
v  <  u  ->  E. t  e.  { w  e.  RR  |  -u w  e.  A } v  < 
t ) ) ) )
13359, 132sylibrd 225 . 2  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y )  ->  E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  /\  A. y  e.  RR  ( x  < 
y  ->  E. z  e.  A  z  <  y ) ) ) )
1341333impib 1149 1  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  x  <_  y
)  ->  E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  y  <  x  /\  A. y  e.  RR  ( x  < 
y  ->  E. z  e.  A  z  <  y ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 176    /\ wa 358    /\ w3a 934   A.wal 1527   E.wex 1528    = wceq 1623    e. wcel 1684    =/= wne 2446   A.wral 2543   E.wrex 2544   {crab 2547    C_ wss 3152   (/)c0 3455   class class class wbr 4023   RRcr 8736    < clt 8867    <_ cle 8868   -ucneg 9038
This theorem is referenced by:  infmsup  9732  infmrgelb  9734  infmrlb  9735  xrinfmsslem  10626  gtinf  26234  infrglb  27722
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1533  ax-5 1544  ax-17 1603  ax-9 1635  ax-8 1643  ax-13 1686  ax-14 1688  ax-6 1703  ax-7 1708  ax-11 1715  ax-12 1866  ax-ext 2264  ax-sep 4141  ax-nul 4149  ax-pow 4188  ax-pr 4214  ax-un 4512  ax-resscn 8794  ax-1cn 8795  ax-icn 8796  ax-addcl 8797  ax-addrcl 8798  ax-mulcl 8799  ax-mulrcl 8800  ax-mulcom 8801  ax-addass 8802  ax-mulass 8803  ax-distr 8804  ax-i2m1 8805  ax-1ne0 8806  ax-1rid 8807  ax-rnegex 8808  ax-rrecex 8809  ax-cnre 8810  ax-pre-lttri 8811  ax-pre-lttrn 8812  ax-pre-ltadd 8813  ax-pre-mulgt0 8814  ax-pre-sup 8815
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1529  df-nf 1532  df-sb 1630  df-eu 2147  df-mo 2148  df-clab 2270  df-cleq 2276  df-clel 2279  df-nfc 2408  df-ne 2448  df-nel 2449  df-ral 2548  df-rex 2549  df-reu 2550  df-rab 2552  df-v 2790  df-sbc 2992  df-csb 3082  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-nul 3456  df-if 3566  df-pw 3627  df-sn 3646  df-pr 3647  df-op 3649  df-uni 3828  df-br 4024  df-opab 4078  df-mpt 4079  df-id 4309  df-po 4314  df-so 4315  df-xp 4695  df-rel 4696  df-cnv 4697  df-co 4698  df-dm 4699  df-rn 4700  df-res 4701  df-ima 4702  df-iota 5219  df-fun 5257  df-fn 5258  df-f 5259  df-f1 5260  df-fo 5261  df-f1o 5262  df-fv 5263  df-ov 5861  df-oprab 5862  df-mpt2 5863  df-riota 6304  df-er 6660  df-en 6864  df-dom 6865  df-sdom 6866  df-pnf 8869  df-mnf 8870  df-xr 8871  df-ltxr 8872  df-le 8873  df-sub 9039  df-neg 9040
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