Theorem exbtwnzlemshrink 10026

Description: Lemma for exbtwnzlemex 10027. Shrinking the range around 𝐴. (Contributed by Jim Kingdon, 10-May-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
exbtwnzlemshrink.j	⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ ℕ)
exbtwnzlemshrink.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
exbtwnzlemshrink.tri	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (𝑛 ≤ 𝐴 ∨ 𝐴 < 𝑛))

Assertion

Ref	Expression
exbtwnzlemshrink	⊢ ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝐽))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1)))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑚,𝑛   𝑥,𝐴,𝑚   𝑚,𝐽   𝜑,𝑚,𝑛

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥)   𝐽(𝑥,𝑛)

Proof of Theorem exbtwnzlemshrink

Dummy variables 𝑘 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		exbtwnzlemshrink.j	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ ℕ)
2	1	adantr 274	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝐽))) → 𝐽 ∈ ℕ)
3		oveq2 5782	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 = 1 → (𝑚 + 𝑤) = (𝑚 + 1))
4	3	breq2d 3941	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = 1 → (𝐴 < (𝑚 + 𝑤) ↔ 𝐴 < (𝑚 + 1)))
5	4	anbi2d 459	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = 1 → ((𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤)) ↔ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 1))))
6	5	rexbidv 2438	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 1 → (∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤)) ↔ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 1))))
7	6	anbi2d 459	. . . 4 ⊢ (𝑤 = 1 → ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤))) ↔ (𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 1)))))
8	7	imbi1d 230	. . 3 ⊢ (𝑤 = 1 → (((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1))) ↔ ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 1))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1)))))
9		oveq2 5782	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → (𝑚 + 𝑤) = (𝑚 + 𝑘))
10	9	breq2d 3941	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → (𝐴 < (𝑚 + 𝑤) ↔ 𝐴 < (𝑚 + 𝑘)))
11	10	anbi2d 459	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → ((𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤)) ↔ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑘))))
12	11	rexbidv 2438	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → (∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤)) ↔ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑘))))
13	12	anbi2d 459	. . . 4 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤))) ↔ (𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑘)))))
14	13	imbi1d 230	. . 3 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → (((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1))) ↔ ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑘))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1)))))
15		oveq2 5782	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → (𝑚 + 𝑤) = (𝑚 + (𝑘 + 1)))
16	15	breq2d 3941	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → (𝐴 < (𝑚 + 𝑤) ↔ 𝐴 < (𝑚 + (𝑘 + 1))))
17	16	anbi2d 459	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → ((𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤)) ↔ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + (𝑘 + 1)))))
18	17	rexbidv 2438	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → (∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤)) ↔ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + (𝑘 + 1)))))
19	18	anbi2d 459	. . . 4 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤))) ↔ (𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + (𝑘 + 1))))))
20	19	imbi1d 230	. . 3 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → (((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1))) ↔ ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + (𝑘 + 1)))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1)))))
21		oveq2 5782	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑤 = 𝐽 → (𝑚 + 𝑤) = (𝑚 + 𝐽))
22	21	breq2d 3941	. . . . . . 7 ⊢ (𝑤 = 𝐽 → (𝐴 < (𝑚 + 𝑤) ↔ 𝐴 < (𝑚 + 𝐽)))
23	22	anbi2d 459	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = 𝐽 → ((𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤)) ↔ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝐽))))
24	23	rexbidv 2438	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 𝐽 → (∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤)) ↔ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝐽))))
25	24	anbi2d 459	. . . 4 ⊢ (𝑤 = 𝐽 → ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤))) ↔ (𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝐽)))))
26	25	imbi1d 230	. . 3 ⊢ (𝑤 = 𝐽 → (((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑤))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1))) ↔ ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝐽))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1)))))
27		breq1 3932	. . . . . . 7 ⊢ (𝑚 = 𝑥 → (𝑚 ≤ 𝐴 ↔ 𝑥 ≤ 𝐴))
28		oveq1 5781	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑚 = 𝑥 → (𝑚 + 1) = (𝑥 + 1))
29	28	breq2d 3941	. . . . . . 7 ⊢ (𝑚 = 𝑥 → (𝐴 < (𝑚 + 1) ↔ 𝐴 < (𝑥 + 1)))
30	27, 29	anbi12d 464	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 = 𝑥 → ((𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 1)) ↔ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1))))
31	30	cbvrexv 2655	. . . . 5 ⊢ (∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 1)) ↔ ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1)))
32	31	biimpi 119	. . . 4 ⊢ (∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 1)) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1)))
33	32	adantl 275	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 1))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1)))
34		simpl 108	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝜑) → 𝑘 ∈ ℕ)
35		exbtwnzlemshrink.a	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
36	35	adantl 275	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝜑) → 𝐴 ∈ ℝ)
37		exbtwnzlemshrink.tri	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (𝑛 ≤ 𝐴 ∨ 𝐴 < 𝑛))
38	37	adantll 467	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝜑) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (𝑛 ≤ 𝐴 ∨ 𝐴 < 𝑛))
39	34, 36, 38	exbtwnzlemstep 10025	. . . . . 6 ⊢ (((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝜑) ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + (𝑘 + 1)))) → ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑘)))
40	39	ex 114	. . . . 5 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝜑) → (∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + (𝑘 + 1))) → ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑘))))
41	40	imdistanda 444	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + (𝑘 + 1)))) → (𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑘)))))
42	41	imim1d 75	. . 3 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝑘))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1))) → ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + (𝑘 + 1)))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1)))))
43	8, 14, 20, 26, 33, 42	nnind 8736	. 2 ⊢ (𝐽 ∈ ℕ → ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝐽))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1))))
44	2, 43	mpcom 36	1 ⊢ ((𝜑 ∧ ∃𝑚 ∈ ℤ (𝑚 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑚 + 𝐽))) → ∃𝑥 ∈ ℤ (𝑥 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 < (𝑥 + 1)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ∨ wo 697   = wceq 1331   ∈ wcel 1480  ∃wrex 2417   class class class wbr 3929  (class class class)co 5774  ℝcr 7619  1c1 7621   + caddc 7623   < clt 7800   ≤ cle 7801  ℕcn 8720  ℤcz 9054

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-sep 4046  ax-pow 4098  ax-pr 4131  ax-un 4355  ax-setind 4452  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-addcom 7720  ax-addass 7722  ax-distr 7724  ax-i2m1 7725  ax-0lt1 7726  ax-0id 7728  ax-rnegex 7729  ax-cnre 7731  ax-pre-ltirr 7732  ax-pre-ltwlin 7733  ax-pre-lttrn 7734  ax-pre-ltadd 7736

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  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-rab 2425  df-v 2688  df-sbc 2910  df-dif 3073  df-un 3075  df-in 3077  df-ss 3084  df-pw 3512  df-sn 3533  df-pr 3534  df-op 3536  df-uni 3737  df-int 3772  df-br 3930  df-opab 3990  df-id 4215  df-xp 4545  df-rel 4546  df-cnv 4547  df-co 4548  df-dm 4549  df-iota 5088  df-fun 5125  df-fv 5131  df-riota 5730  df-ov 5777  df-oprab 5778  df-mpo 5779  df-pnf 7802  df-mnf 7803  df-xr 7804  df-ltxr 7805  df-le 7806  df-sub 7935  df-neg 7936  df-inn 8721  df-n0 8978  df-z 9055

This theorem is referenced by:  exbtwnzlemex  10027