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Theorem fisupcl

Description: A nonempty finite set contains its supremum. (Contributed by Jeff Madsen, 9-May-2011)

Ref Expression
Assertion fisupcl ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → sup ( 𝐵 , 𝐴 , 𝑅 ) ∈ 𝐵 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simpl ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → 𝑅 Or 𝐴 )
2 1 supval2 ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → sup ( 𝐵 , 𝐴 , 𝑅 ) = ( ℩ 𝑥 ∈ 𝐴 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) )
3 simpr3 ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → 𝐵 ⊆ 𝐴 )
4 breq2 ⊢ ( 𝑧 = 𝑥 → ( 𝑦 𝑅 𝑧 ↔ 𝑦 𝑅 𝑥 ) )
5 4 rspcev ⊢ ( ( 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 𝑅 𝑥 ) → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 )
6 5 ex ⊢ ( 𝑥 ∈ 𝐵 → ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) )
7 6 ralrimivw ⊢ ( 𝑥 ∈ 𝐵 → ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) )
8 7 a1d ⊢ ( 𝑥 ∈ 𝐵 → ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) → ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
9 8 anim2d ⊢ ( 𝑥 ∈ 𝐵 → ( ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) )
10 9 rgen ⊢ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
11 10 a1i ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) )
12 soss ⊢ ( 𝐵 ⊆ 𝐴 → ( 𝑅 Or 𝐴 → 𝑅 Or 𝐵 ) )
13 3 1 12 sylc ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → 𝑅 Or 𝐵 )
14 simpr1 ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → 𝐵 ∈ Fin )
15 simpr2 ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → 𝐵 ≠ ∅ )
16 fisupg ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐵 ∧ 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ) → ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
17 13 14 15 16 syl3anc ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
18 fisup2g ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
19 ssrexv ⊢ ( 𝐵 ⊆ 𝐴 → ( ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → ∃ 𝑥 ∈ 𝐴 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) )
20 3 18 19 sylc ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → ∃ 𝑥 ∈ 𝐴 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
21 1 20 supeu ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → ∃! 𝑥 ∈ 𝐴 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
22 riotass2 ⊢ ( ( ( 𝐵 ⊆ 𝐴 ∧ ∀ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) ) ∧ ( ∃ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ∧ ∃! 𝑥 ∈ 𝐴 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) ) → ( ℩ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) = ( ℩ 𝑥 ∈ 𝐴 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) )
23 3 11 17 21 22 syl22anc ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → ( ℩ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) = ( ℩ 𝑥 ∈ 𝐴 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) )
24 13 17 supeu ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → ∃! 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) )
25 riotacl ⊢ ( ∃! 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) → ( ℩ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) ∈ 𝐵 )
26 24 25 syl ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → ( ℩ 𝑥 ∈ 𝐵 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) ∈ 𝐵 )
27 23 26 eqeltrrd ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → ( ℩ 𝑥 ∈ 𝐴 ( ∀ 𝑦 ∈ 𝐵 ¬ 𝑥 𝑅 𝑦 ∧ ∀ 𝑦 ∈ 𝐴 ( 𝑦 𝑅 𝑥 → ∃ 𝑧 ∈ 𝐵 𝑦 𝑅 𝑧 ) ) ) ∈ 𝐵 )
28 2 27 eqeltrd ⊢ ( ( 𝑅 Or 𝐴 ∧ ( 𝐵 ∈ Fin ∧ 𝐵 ≠ ∅ ∧ 𝐵 ⊆ 𝐴 ) ) → sup ( 𝐵 , 𝐴 , 𝑅 ) ∈ 𝐵 )