Theorem cvgratnnlemfm 11298

Description: Lemma for cvgratnn 11300. (Contributed by Jim Kingdon, 23-Nov-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
cvgratnn.3	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
cvgratnn.4	⊢ (𝜑 → 𝐴 < 1)
cvgratnn.gt0	⊢ (𝜑 → 0 < 𝐴)
cvgratnn.6	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
cvgratnn.7	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (abs‘(𝐹‘(𝑘 + 1))) ≤ (𝐴 · (abs‘(𝐹‘𝑘))))
cvgratnnlemfm.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)

Assertion

Ref	Expression
cvgratnnlemfm	⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) < ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝐹   𝜑,𝑘   𝑘,𝑀

Proof of Theorem cvgratnnlemfm

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fveq2 5421	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 𝑀 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑀))
2	1	eleq1d 2208	. . . 4 ⊢ (𝑘 = 𝑀 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑀) ∈ ℂ))
3		cvgratnn.6	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
4	3	ralrimiva 2505	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
5		cvgratnnlemfm.m	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
6	2, 4, 5	rspcdva 2794	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝑀) ∈ ℂ)
7	6	abscld 10953	. 2 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) ∈ ℝ)
8		cvgratnn.3	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
9		cvgratnn.gt0	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 0 < 𝐴)
10	8, 9	gt0ap0d 8391	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 # 0)
11	8, 10	rerecclapd 8593	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (1 / 𝐴) ∈ ℝ)
12		1red 7781	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
13	11, 12	resubcld 8143	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ)
14		cvgratnn.4	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 1)
15	8, 9	elrpd 9481	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
16	15	reclt1d 9497	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐴 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝐴)))
17	14, 16	mpbid 146	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 1 < (1 / 𝐴))
18	12, 11	posdifd 8294	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (1 < (1 / 𝐴) ↔ 0 < ((1 / 𝐴) − 1)))
19	17, 18	mpbid 146	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 0 < ((1 / 𝐴) − 1))
20	13, 19	elrpd 9481	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ+)
21	20	rpreccld 9494	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℝ+)
22	21, 15	rpdivcld 9501	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℝ+)
23	22	rpred 9483	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℝ)
24		fveq2 5421	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 1 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘1))
25	24	eleq1d 2208	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 1 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘1) ∈ ℂ))
26		1nn 8731	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℕ
27	26	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℕ)
28	25, 4, 27	rspcdva 2794	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘1) ∈ ℂ)
29	28	abscld 10953	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℝ)
30	23, 29	remulcld 7796	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) ∈ ℝ)
31	30, 5	nndivred 8770	. 2 ⊢ (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀) ∈ ℝ)
32		peano2re 7898	. . . . 5 ⊢ ((abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℝ → ((abs‘(𝐹‘1)) + 1) ∈ ℝ)
33	29, 32	syl 14	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) + 1) ∈ ℝ)
34	23, 33	remulcld 7796	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) ∈ ℝ)
35	34, 5	nndivred 8770	. 2 ⊢ (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀) ∈ ℝ)
36		nnm1nn0 9018	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀 − 1) ∈ ℕ0)
37	5, 36	syl 14	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑀 − 1) ∈ ℕ0)
38	8, 37	reexpcld 10441	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) ∈ ℝ)
39	29, 38	remulcld 7796	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))) ∈ ℝ)
40		cvgratnn.7	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (abs‘(𝐹‘(𝑘 + 1))) ≤ (𝐴 · (abs‘(𝐹‘𝑘))))
41	8, 14, 9, 3, 40, 5	cvgratnnlemnexp 11293	. . 3 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) ≤ ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))))
42	23, 5	nndivred 8770	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀) ∈ ℝ)
43	28	absge0d 10956	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ (abs‘(𝐹‘1)))
44	8	recnd 7794	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
45	5	nnzd 9172	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
46	44, 10, 45	expm1apd 10434	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) = ((𝐴↑𝑀) / 𝐴))
47	5	nnnn0d 9030	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ0)
48	8, 47	reexpcld 10441	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑀) ∈ ℝ)
49	21	rpred 9483	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℝ)
50	49, 5	nndivred 8770	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) ∈ ℝ)
51	8, 14, 9, 5	cvgratnnlembern 11292	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑀) < ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀))
52	48, 50, 15, 51	ltdiv1dd 9541	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑀) / 𝐴) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) / 𝐴))
53	46, 52	eqbrtrd 3950	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) / 𝐴))
54	49	recnd 7794	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℂ)
55	5	nncnd 8734	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℂ)
56	5	nnap0d 8766	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 # 0)
57	54, 55, 44, 56, 10	divdiv32apd 8576	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) / 𝐴) = (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀))
58	53, 57	breqtrd 3954	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀))
59	38, 42, 58	ltled 7881	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) ≤ (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀))
60	38, 42, 29, 43, 59	lemul2ad 8698	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))) ≤ ((abs‘(𝐹‘1)) · (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀)))
61	29	recnd 7794	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℂ)
62	23	recnd 7794	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℂ)
63	61, 62	mulcomd 7787	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴)) = (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))))
64	63	oveq1d 5789	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((abs‘(𝐹‘1)) · ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴)) / 𝑀) = ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀))
65	61, 62, 55, 56	divassapd 8586	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((abs‘(𝐹‘1)) · ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴)) / 𝑀) = ((abs‘(𝐹‘1)) · (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀)))
66	64, 65	eqtr3d 2174	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀) = ((abs‘(𝐹‘1)) · (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀)))
67	60, 66	breqtrrd 3956	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))) ≤ ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀))
68	7, 39, 31, 41, 67	letrd 7886	. 2 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) ≤ ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀))
69	5	nnrpd 9482	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℝ+)
70	29	ltp1d 8688	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) < ((abs‘(𝐹‘1)) + 1))
71	29, 33, 22, 70	ltmul2dd 9540	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)))
72	30, 34, 69, 71	ltdiv1dd 9541	. 2 ⊢ (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀) < ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀))
73	7, 31, 35, 68, 72	lelttrd 7887	1 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) < ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   = wceq 1331   ∈ wcel 1480   class class class wbr 3929  ‘cfv 5123  (class class class)co 5774  ℂcc 7618  ℝcr 7619  0cc0 7620  1c1 7621   + caddc 7623   · cmul 7625   < clt 7800   ≤ cle 7801   − cmin 7933   / cdiv 8432  ℕcn 8720  ℕ₀cn0 8977  ↑cexp 10292  abscabs 10769

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 603  ax-in2 604  ax-io 698  ax-5 1423  ax-7 1424  ax-gen 1425  ax-ie1 1469  ax-ie2 1470  ax-8 1482  ax-10 1483  ax-11 1484  ax-i12 1485  ax-bndl 1486  ax-4 1487  ax-13 1491  ax-14 1492  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-ext 2121  ax-coll 4043  ax-sep 4046  ax-nul 4054  ax-pow 4098  ax-pr 4131  ax-un 4355  ax-setind 4452  ax-iinf 4502  ax-cnex 7711  ax-resscn 7712  ax-1cn 7713  ax-1re 7714  ax-icn 7715  ax-addcl 7716  ax-addrcl 7717  ax-mulcl 7718  ax-mulrcl 7719  ax-addcom 7720  ax-mulcom 7721  ax-addass 7722  ax-mulass 7723  ax-distr 7724  ax-i2m1 7725  ax-0lt1 7726  ax-1rid 7727  ax-0id 7728  ax-rnegex 7729  ax-precex 7730  ax-cnre 7731  ax-pre-ltirr 7732  ax-pre-ltwlin 7733  ax-pre-lttrn 7734  ax-pre-apti 7735  ax-pre-ltadd 7736  ax-pre-mulgt0 7737  ax-pre-mulext 7738  ax-arch 7739  ax-caucvg 7740

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 820  df-3or 963  df-3an 964  df-tru 1334  df-fal 1337  df-nf 1437  df-sb 1736  df-eu 2002  df-mo 2003  df-clab 2126  df-cleq 2132  df-clel 2135  df-nfc 2270  df-ne 2309  df-nel 2404  df-ral 2421  df-rex 2422  df-reu 2423  df-rmo 2424  df-rab 2425  df-v 2688  df-sbc 2910  df-csb 3004  df-dif 3073  df-un 3075  df-in 3077  df-ss 3084  df-nul 3364  df-if 3475  df-pw 3512  df-sn 3533  df-pr 3534  df-op 3536  df-uni 3737  df-int 3772  df-iun 3815  df-br 3930  df-opab 3990  df-mpt 3991  df-tr 4027  df-id 4215  df-po 4218  df-iso 4219  df-iord 4288  df-on 4290  df-ilim 4291  df-suc 4293  df-iom 4505  df-xp 4545  df-rel 4546  df-cnv 4547  df-co 4548  df-dm 4549  df-rn 4550  df-res 4551  df-ima 4552  df-iota 5088  df-fun 5125  df-fn 5126  df-f 5127  df-f1 5128  df-fo 5129  df-f1o 5130  df-fv 5131  df-riota 5730  df-ov 5777  df-oprab 5778  df-mpo 5779  df-1st 6038  df-2nd 6039  df-recs 6202  df-frec 6288  df-pnf 7802  df-mnf 7803  df-xr 7804  df-ltxr 7805  df-le 7806  df-sub 7935  df-neg 7936  df-reap 8337  df-ap 8344  df-div 8433  df-inn 8721  df-2 8779  df-3 8780  df-4 8781  df-n0 8978  df-z 9055  df-uz 9327  df-rp 9442  df-seqfrec 10219  df-exp 10293  df-cj 10614  df-re 10615  df-im 10616  df-rsqrt 10770  df-abs 10771

This theorem is referenced by:  cvgratnnlemrate  11299