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Theorem sup2 9710
Description: A non-empty, bounded-above set of reals has a supremum. Stronger version of completeness axiom (it has a slightly weaker antecedent). (Contributed by NM, 19-Jan-1997.)
Assertion
Ref Expression
sup2  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  ( y  < 
x  \/  y  =  x ) )  ->  E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  x  <  y  /\  A. y  e.  RR  (
y  <  x  ->  E. z  e.  A  y  <  z ) ) )
Distinct variable group:    x, y, z, A

Proof of Theorem sup2
StepHypRef Expression
1 peano2re 8985 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( x  e.  RR  ->  (
x  +  1 )  e.  RR )
21adantr 451 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x ) )  ->  ( x  +  1 )  e.  RR )
32a1i 10 . . . . . . . . . 10  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x ) )  ->  ( x  +  1 )  e.  RR ) )
4 ssel 3174 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( y  e.  A  ->  y  e.  RR ) )
5 ltp1 9594 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( x  e.  RR  ->  x  <  ( x  +  1 ) )
61ancli 534 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24  |-  ( x  e.  RR  ->  (
x  e.  RR  /\  ( x  +  1
)  e.  RR ) )
7 lttr 8899 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25  |-  ( ( y  e.  RR  /\  x  e.  RR  /\  (
x  +  1 )  e.  RR )  -> 
( ( y  < 
x  /\  x  <  ( x  +  1 ) )  ->  y  <  ( x  +  1 ) ) )
873expb 1152 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24  |-  ( ( y  e.  RR  /\  ( x  e.  RR  /\  ( x  +  1 )  e.  RR ) )  ->  ( (
y  <  x  /\  x  <  ( x  + 
1 ) )  -> 
y  <  ( x  +  1 ) ) )
96, 8sylan2 460 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23  |-  ( ( y  e.  RR  /\  x  e.  RR )  ->  ( ( y  < 
x  /\  x  <  ( x  +  1 ) )  ->  y  <  ( x  +  1 ) ) )
105, 9sylan2i 636 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22  |-  ( ( y  e.  RR  /\  x  e.  RR )  ->  ( ( y  < 
x  /\  x  e.  RR )  ->  y  < 
( x  +  1 ) ) )
1110exp4b 590 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21  |-  ( y  e.  RR  ->  (
x  e.  RR  ->  ( y  <  x  -> 
( x  e.  RR  ->  y  <  ( x  +  1 ) ) ) ) )
1211com34 77 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( y  e.  RR  ->  (
x  e.  RR  ->  ( x  e.  RR  ->  ( y  <  x  -> 
y  <  ( x  +  1 ) ) ) ) )
1312pm2.43d 44 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( y  e.  RR  ->  (
x  e.  RR  ->  ( y  <  x  -> 
y  <  ( x  +  1 ) ) ) )
1413imp 418 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( y  e.  RR  /\  x  e.  RR )  ->  ( y  <  x  ->  y  <  ( x  +  1 ) ) )
15 breq1 4026 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20  |-  ( y  =  x  ->  (
y  <  ( x  +  1 )  <->  x  <  ( x  +  1 ) ) )
165, 15syl5ibrcom 213 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19  |-  ( x  e.  RR  ->  (
y  =  x  -> 
y  <  ( x  +  1 ) ) )
1716adantl 452 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18  |-  ( ( y  e.  RR  /\  x  e.  RR )  ->  ( y  =  x  ->  y  <  (
x  +  1 ) ) )
1814, 17jaod 369 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( y  e.  RR  /\  x  e.  RR )  ->  ( ( y  < 
x  \/  y  =  x )  ->  y  <  ( x  +  1 ) ) )
1918ex 423 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( y  e.  RR  ->  (
x  e.  RR  ->  ( ( y  <  x  \/  y  =  x
)  ->  y  <  ( x  +  1 ) ) ) )
204, 19syl6 29 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( y  e.  A  ->  (
x  e.  RR  ->  ( ( y  <  x  \/  y  =  x
)  ->  y  <  ( x  +  1 ) ) ) ) )
2120com23 72 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( x  e.  RR  ->  (
y  e.  A  -> 
( ( y  < 
x  \/  y  =  x )  ->  y  <  ( x  +  1 ) ) ) ) )
2221imp 418 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( A  C_  RR  /\  x  e.  RR )  ->  (
y  e.  A  -> 
( ( y  < 
x  \/  y  =  x )  ->  y  <  ( x  +  1 ) ) ) )
2322a2d 23 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( A  C_  RR  /\  x  e.  RR )  ->  (
( y  e.  A  ->  ( y  <  x  \/  y  =  x
) )  ->  (
y  e.  A  -> 
y  <  ( x  +  1 ) ) ) )
2423ralimdv2 2623 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( A  C_  RR  /\  x  e.  RR )  ->  ( A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x
)  ->  A. y  e.  A  y  <  ( x  +  1 ) ) )
2524expimpd 586 . . . . . . . . . 10  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x ) )  ->  A. y  e.  A  y  <  ( x  +  1 ) ) )
263, 25jcad 519 . . . . . . . . 9  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x ) )  ->  ( (
x  +  1 )  e.  RR  /\  A. y  e.  A  y  <  ( x  +  1 ) ) ) )
27 ovex 5883 . . . . . . . . . 10  |-  ( x  +  1 )  e. 
_V
28 eleq1 2343 . . . . . . . . . . 11  |-  ( z  =  ( x  + 
1 )  ->  (
z  e.  RR  <->  ( x  +  1 )  e.  RR ) )
29 breq2 4027 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( z  =  ( x  + 
1 )  ->  (
y  <  z  <->  y  <  ( x  +  1 ) ) )
3029ralbidv 2563 . . . . . . . . . . 11  |-  ( z  =  ( x  + 
1 )  ->  ( A. y  e.  A  y  <  z  <->  A. y  e.  A  y  <  ( x  +  1 ) ) )
3128, 30anbi12d 691 . . . . . . . . . 10  |-  ( z  =  ( x  + 
1 )  ->  (
( z  e.  RR  /\ 
A. y  e.  A  y  <  z )  <->  ( (
x  +  1 )  e.  RR  /\  A. y  e.  A  y  <  ( x  +  1 ) ) ) )
3227, 31spcev 2875 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( x  +  1 )  e.  RR  /\  A. y  e.  A  y  <  ( x  + 
1 ) )  ->  E. z ( z  e.  RR  /\  A. y  e.  A  y  <  z ) )
3326, 32syl6 29 . . . . . . . 8  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x ) )  ->  E. z
( z  e.  RR  /\ 
A. y  e.  A  y  <  z ) ) )
3433exlimdv 1664 . . . . . . 7  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. x ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x ) )  ->  E. z ( z  e.  RR  /\  A. y  e.  A  y  <  z ) ) )
35 eleq1 2343 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  x  ->  (
z  e.  RR  <->  x  e.  RR ) )
36 breq2 4027 . . . . . . . . . 10  |-  ( z  =  x  ->  (
y  <  z  <->  y  <  x ) )
3736ralbidv 2563 . . . . . . . . 9  |-  ( z  =  x  ->  ( A. y  e.  A  y  <  z  <->  A. y  e.  A  y  <  x ) )
3835, 37anbi12d 691 . . . . . . . 8  |-  ( z  =  x  ->  (
( z  e.  RR  /\ 
A. y  e.  A  y  <  z )  <->  ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  y  <  x ) ) )
3938cbvexv 1943 . . . . . . 7  |-  ( E. z ( z  e.  RR  /\  A. y  e.  A  y  <  z )  <->  E. x ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  y  <  x ) )
4034, 39syl6ib 217 . . . . . 6  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. x ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x ) )  ->  E. x ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  y  <  x ) ) )
41 df-rex 2549 . . . . . 6  |-  ( E. x  e.  RR  A. y  e.  A  (
y  <  x  \/  y  =  x )  <->  E. x ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x ) ) )
42 df-rex 2549 . . . . . 6  |-  ( E. x  e.  RR  A. y  e.  A  y  <  x  <->  E. x ( x  e.  RR  /\  A. y  e.  A  y  <  x ) )
4340, 41, 423imtr4g 261 . . . . 5  |-  ( A 
C_  RR  ->  ( E. x  e.  RR  A. y  e.  A  (
y  <  x  \/  y  =  x )  ->  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  y  <  x ) )
4443adantr 451 . . . 4  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/) )  ->  ( E. x  e.  RR  A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x )  ->  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  y  <  x ) )
4544imdistani 671 . . 3  |-  ( ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/) )  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  (
y  <  x  \/  y  =  x )
)  ->  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/) )  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  y  <  x ) )
46 df-3an 936 . . 3  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  ( y  < 
x  \/  y  =  x ) )  <->  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/) )  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  ( y  <  x  \/  y  =  x ) ) )
47 df-3an 936 . . 3  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  y  <  x
)  <->  ( ( A 
C_  RR  /\  A  =/=  (/) )  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  y  <  x
) )
4845, 46, 473imtr4i 257 . 2  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  ( y  < 
x  \/  y  =  x ) )  -> 
( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  y  <  x ) )
49 axsup 8898 . 2  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  y  <  x
)  ->  E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  x  <  y  /\  A. y  e.  RR  ( y  < 
x  ->  E. z  e.  A  y  <  z ) ) )
5048, 49syl 15 1  |-  ( ( A  C_  RR  /\  A  =/=  (/)  /\  E. x  e.  RR  A. y  e.  A  ( y  < 
x  \/  y  =  x ) )  ->  E. x  e.  RR  ( A. y  e.  A  -.  x  <  y  /\  A. y  e.  RR  (
y  <  x  ->  E. z  e.  A  y  <  z ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    \/ wo 357    /\ wa 358    /\ w3a 934   E.wex 1528    = wceq 1623    e. wcel 1684    =/= wne 2446   A.wral 2543   E.wrex 2544    C_ wss 3152   (/)c0 3455   class class class wbr 4023  (class class class)co 5858   RRcr 8736   1c1 8738    + caddc 8740    < clt 8867
This theorem is referenced by:  sup3  9711  nnunb  9961
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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