Theorem cauappcvgprlemcl 6982

Description: Lemma for cauappcvgpr 6991. 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 6974	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)))
6		ssrab2 3089	. . . . . 6 ⊢ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ⊆ Q
7		nqex 6692	. . . . . . 7 ⊢ Q ∈ V
8	7	elpw2 3953	. . . . . 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 144	. . . . 5 ⊢ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ∈ 𝒫 Q
10		ssrab2 3089	. . . . . 6 ⊢ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ⊆ Q
11	7	elpw2 3953	. . . . . 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 144	. . . . 5 ⊢ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ∈ 𝒫 Q
13		opelxpi 4423	. . . . 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 417	. . . 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 2155	. . 3 ⊢ 𝐿 ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q)
16	5, 15	jctil 305	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐿 ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q) ∧ (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))))
17	1, 2, 3, 4	cauappcvgprlemrnd 6979	. . 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 6980	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑠 ∈ Q ¬ (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))
19	1, 2, 3, 4	cauappcvgprlemloc 6981	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑠 ∈ Q ∀𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 → (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∨ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))))
20	17, 18, 19	3jca 1119	. 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 6805	. 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 408	1 ⊢ (𝜑 → 𝐿 ∈ P)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 102   ↔ wb 103   ∨ wo 662   ∧ w3a 920   = wceq 1285   ∈ wcel 1434  ∀wral 2353  ∃wrex 2354  {crab 2357   ⊆ wss 2983  𝒫 cpw 3401  ⟨cop 3420   class class class wbr 3806   × cxp 4390  ⟶wf 4949  ‘cfv 4953  (class class class)co 5565  1^st c1st 5818  2^nd c2nd 5819  Qcnq 6609   +_Q cplq 6611   <_Q cltq 6614  Pcnp 6620

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 577  ax-in2 578  ax-io 663  ax-5 1377  ax-7 1378  ax-gen 1379  ax-ie1 1423  ax-ie2 1424  ax-8 1436  ax-10 1437  ax-11 1438  ax-i12 1439  ax-bndl 1440  ax-4 1441  ax-13 1445  ax-14 1446  ax-17 1460  ax-i9 1464  ax-ial 1468  ax-i5r 1469  ax-ext 2065  ax-coll 3914  ax-sep 3917  ax-nul 3925  ax-pow 3969  ax-pr 3993  ax-un 4217  ax-setind 4309  ax-iinf 4358

This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 777  df-3or 921  df-3an 922  df-tru 1288  df-fal 1291  df-nf 1391  df-sb 1688  df-eu 1946  df-mo 1947  df-clab 2070  df-cleq 2076  df-clel 2079  df-nfc 2212  df-ne 2250  df-ral 2358  df-rex 2359  df-reu 2360  df-rab 2362  df-v 2613  df-sbc 2826  df-csb 2919  df-dif 2985  df-un 2987  df-in 2989  df-ss 2996  df-nul 3269  df-pw 3403  df-sn 3423  df-pr 3424  df-op 3426  df-uni 3623  df-int 3658  df-iun 3701  df-br 3807  df-opab 3861  df-mpt 3862  df-tr 3897  df-eprel 4073  df-id 4077  df-po 4080  df-iso 4081  df-iord 4150  df-on 4152  df-suc 4155  df-iom 4361  df-xp 4398  df-rel 4399  df-cnv 4400  df-co 4401  df-dm 4402  df-rn 4403  df-res 4404  df-ima 4405  df-iota 4918  df-fun 4955  df-fn 4956  df-f 4957  df-f1 4958  df-fo 4959  df-f1o 4960  df-fv 4961  df-ov 5568  df-oprab 5569  df-mpt2 5570  df-1st 5820  df-2nd 5821  df-recs 5976  df-irdg 6041  df-1o 6087  df-oadd 6091  df-omul 6092  df-er 6195  df-ec 6197  df-qs 6201  df-ni 6633  df-pli 6634  df-mi 6635  df-lti 6636  df-plpq 6673  df-mpq 6674  df-enq 6676  df-nqqs 6677  df-plqqs 6678  df-mqqs 6679  df-1nqqs 6680  df-rq 6681  df-ltnqqs 6682  df-inp 6795

This theorem is referenced by:  cauappcvgprlemladdfu  6983  cauappcvgprlemladdfl  6984  cauappcvgprlemladdru  6985  cauappcvgprlemladdrl  6986  cauappcvgprlemladd  6987  cauappcvgprlem1  6988  cauappcvgprlem2  6989  cauappcvgpr  6991