Theorem cauappcvgprlemcl 6808

Description: Lemma for cauappcvgpr 6817. The putative limit is a positive real. (Contributed by Jim Kingdon, 20-Jun-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
cauappcvgpr.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:Q⟶Q)
cauappcvgpr.app	⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q ∀𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑝) <Q ((𝐹‘𝑞) +Q (𝑝 +Q 𝑞)) ∧ (𝐹‘𝑞) <Q ((𝐹‘𝑝) +Q (𝑝 +Q 𝑞))))
cauappcvgpr.bnd	⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝))
cauappcvgpr.lim	⊢ 𝐿 = ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩

Assertion

Ref	Expression
cauappcvgprlemcl	⊢ (𝜑 → 𝐿 ∈ P)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑝   𝐿,𝑝,𝑞   𝜑,𝑝,𝑞   𝐹,𝑙,𝑢,𝑝,𝑞

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑢,𝑙)   𝐴(𝑢,𝑞,𝑙)   𝐿(𝑢,𝑙)

Proof of Theorem cauappcvgprlemcl

Dummy variables 𝑟 𝑠 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cauappcvgpr.f	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:Q⟶Q)
2		cauappcvgpr.app	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q ∀𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑝) <Q ((𝐹‘𝑞) +Q (𝑝 +Q 𝑞)) ∧ (𝐹‘𝑞) <Q ((𝐹‘𝑝) +Q (𝑝 +Q 𝑞))))
3		cauappcvgpr.bnd	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝))
4		cauappcvgpr.lim	. . . 4 ⊢ 𝐿 = ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩
5	1, 2, 3, 4	cauappcvgprlemm 6800	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)))
6		ssrab2 3052	. . . . . 6 ⊢ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ⊆ Q
7		nqex 6518	. . . . . . 7 ⊢ Q ∈ V
8	7	elpw2 3938	. . . . . 6 ⊢ ({𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ∈ 𝒫 Q ↔ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ⊆ Q)
9	6, 8	mpbir 138	. . . . 5 ⊢ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ∈ 𝒫 Q
10		ssrab2 3052	. . . . . 6 ⊢ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ⊆ Q
11	7	elpw2 3938	. . . . . 6 ⊢ ({𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ∈ 𝒫 Q ↔ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ⊆ Q)
12	10, 11	mpbir 138	. . . . 5 ⊢ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ∈ 𝒫 Q
13		opelxpi 4403	. . . . 5 ⊢ (({𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ∈ 𝒫 Q ∧ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ∈ 𝒫 Q) → ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩ ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q))
14	9, 12, 13	mp2an 410	. . . 4 ⊢ ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩ ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q)
15	4, 14	eqeltri 2126	. . 3 ⊢ 𝐿 ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q)
16	5, 15	jctil 299	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐿 ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q) ∧ (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))))
17	1, 2, 3, 4	cauappcvgprlemrnd 6805	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∀𝑠 ∈ Q (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ↔ ∃𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑟 ∈ (1st ‘𝐿))) ∧ ∀𝑟 ∈ Q (𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))))
18	1, 2, 3, 4	cauappcvgprlemdisj 6806	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑠 ∈ Q ¬ (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))
19	1, 2, 3, 4	cauappcvgprlemloc 6807	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑠 ∈ Q ∀𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 → (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∨ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))))
20	17, 18, 19	3jca 1095	. 2 ⊢ (𝜑 → ((∀𝑠 ∈ Q (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ↔ ∃𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑟 ∈ (1st ‘𝐿))) ∧ ∀𝑟 ∈ Q (𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))) ∧ ∀𝑠 ∈ Q ¬ (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ ∀𝑠 ∈ Q ∀𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 → (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∨ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)))))
21		elnp1st2nd 6631	. 2 ⊢ (𝐿 ∈ P ↔ ((𝐿 ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q) ∧ (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))) ∧ ((∀𝑠 ∈ Q (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ↔ ∃𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑟 ∈ (1st ‘𝐿))) ∧ ∀𝑟 ∈ Q (𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))) ∧ ∀𝑠 ∈ Q ¬ (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ ∀𝑠 ∈ Q ∀𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 → (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∨ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))))))
22	16, 20, 21	sylanbrc 402	1 ⊢ (𝜑 → 𝐿 ∈ P)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 101   ↔ wb 102   ∨ wo 639   ∧ w3a 896   = wceq 1259   ∈ wcel 1409  ∀wral 2323  ∃wrex 2324  {crab 2327   ⊆ wss 2944  𝒫 cpw 3386  ⟨cop 3405   class class class wbr 3791   × cxp 4370  ⟶wf 4925  ‘cfv 4929  (class class class)co 5539  1^st c1st 5792  2^nd c2nd 5793  Qcnq 6435   +_Q cplq 6437   <_Q cltq 6440  Pcnp 6446

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 103  ax-ia2 104  ax-ia3 105  ax-in1 554  ax-in2 555  ax-io 640  ax-5 1352  ax-7 1353  ax-gen 1354  ax-ie1 1398  ax-ie2 1399  ax-8 1411  ax-10 1412  ax-11 1413  ax-i12 1414  ax-bndl 1415  ax-4 1416  ax-13 1420  ax-14 1421  ax-17 1435  ax-i9 1439  ax-ial 1443  ax-i5r 1444  ax-ext 2038  ax-coll 3899  ax-sep 3902  ax-nul 3910  ax-pow 3954  ax-pr 3971  ax-un 4197  ax-setind 4289  ax-iinf 4338

This theorem depends on definitions:  df-bi 114  df-dc 754  df-3or 897  df-3an 898  df-tru 1262  df-fal 1265  df-nf 1366  df-sb 1662  df-eu 1919  df-mo 1920  df-clab 2043  df-cleq 2049  df-clel 2052  df-nfc 2183  df-ne 2221  df-ral 2328  df-rex 2329  df-reu 2330  df-rab 2332  df-v 2576  df-sbc 2787  df-csb 2880  df-dif 2947  df-un 2949  df-in 2951  df-ss 2958  df-nul 3252  df-pw 3388  df-sn 3408  df-pr 3409  df-op 3411  df-uni 3608  df-int 3643  df-iun 3686  df-br 3792  df-opab 3846  df-mpt 3847  df-tr 3882  df-eprel 4053  df-id 4057  df-po 4060  df-iso 4061  df-iord 4130  df-on 4132  df-suc 4135  df-iom 4341  df-xp 4378  df-rel 4379  df-cnv 4380  df-co 4381  df-dm 4382  df-rn 4383  df-res 4384  df-ima 4385  df-iota 4894  df-fun 4931  df-fn 4932  df-f 4933  df-f1 4934  df-fo 4935  df-f1o 4936  df-fv 4937  df-ov 5542  df-oprab 5543  df-mpt2 5544  df-1st 5794  df-2nd 5795  df-recs 5950  df-irdg 5987  df-1o 6031  df-oadd 6035  df-omul 6036  df-er 6136  df-ec 6138  df-qs 6142  df-ni 6459  df-pli 6460  df-mi 6461  df-lti 6462  df-plpq 6499  df-mpq 6500  df-enq 6502  df-nqqs 6503  df-plqqs 6504  df-mqqs 6505  df-1nqqs 6506  df-rq 6507  df-ltnqqs 6508  df-inp 6621

This theorem is referenced by:  cauappcvgprlemladdfu  6809  cauappcvgprlemladdfl  6810  cauappcvgprlemladdru  6811  cauappcvgprlemladdrl  6812  cauappcvgprlemladd  6813  cauappcvgprlem1  6814  cauappcvgprlem2  6815  cauappcvgpr  6817