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Theorem nn0seqcvgd 14995
Description: A strictly-decreasing nonnegative integer sequence with initial term 𝑁 reaches zero by the 𝑁 th term. Deduction version. (Contributed by Paul Chapman, 31-Mar-2011.)
Hypotheses
Ref Expression
nn0seqcvgd.1 (𝜑𝐹:ℕ0⟶ℕ0)
nn0seqcvgd.2 (𝜑𝑁 = (𝐹‘0))
nn0seqcvgd.3 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0 → (𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝐹𝑘)))
Assertion
Ref Expression
nn0seqcvgd (𝜑 → (𝐹𝑁) = 0)
Distinct variable groups:   𝑘,𝐹   𝑘,𝑁   𝜑,𝑘

Proof of Theorem nn0seqcvgd
Dummy variable 𝑚 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nn0seqcvgd.2 . . . . . 6 (𝜑𝑁 = (𝐹‘0))
2 nn0seqcvgd.1 . . . . . . 7 (𝜑𝐹:ℕ0⟶ℕ0)
3 0nn0 11061 . . . . . . 7 0 ∈ ℕ0
4 ffvelrn 6148 . . . . . . 7 ((𝐹:ℕ0⟶ℕ0 ∧ 0 ∈ ℕ0) → (𝐹‘0) ∈ ℕ0)
52, 3, 4sylancl 692 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐹‘0) ∈ ℕ0)
61, 5eqeltrd 2592 . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
76nn0red 11106 . . . . . 6 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
87leidd 10342 . . . . 5 (𝜑𝑁𝑁)
9 fveq2 5986 . . . . . . . 8 (𝑚 = 0 → (𝐹𝑚) = (𝐹‘0))
10 oveq2 6433 . . . . . . . 8 (𝑚 = 0 → (𝑁𝑚) = (𝑁 − 0))
119, 10breq12d 4494 . . . . . . 7 (𝑚 = 0 → ((𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚) ↔ (𝐹‘0) ≤ (𝑁 − 0)))
1211imbi2d 328 . . . . . 6 (𝑚 = 0 → ((𝜑 → (𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘0) ≤ (𝑁 − 0))))
13 fveq2 5986 . . . . . . . 8 (𝑚 = 𝑘 → (𝐹𝑚) = (𝐹𝑘))
14 oveq2 6433 . . . . . . . 8 (𝑚 = 𝑘 → (𝑁𝑚) = (𝑁𝑘))
1513, 14breq12d 4494 . . . . . . 7 (𝑚 = 𝑘 → ((𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚) ↔ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)))
1615imbi2d 328 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑘 → ((𝜑 → (𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚)) ↔ (𝜑 → (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘))))
17 fveq2 5986 . . . . . . . 8 (𝑚 = (𝑘 + 1) → (𝐹𝑚) = (𝐹‘(𝑘 + 1)))
18 oveq2 6433 . . . . . . . 8 (𝑚 = (𝑘 + 1) → (𝑁𝑚) = (𝑁 − (𝑘 + 1)))
1917, 18breq12d 4494 . . . . . . 7 (𝑚 = (𝑘 + 1) → ((𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
2019imbi2d 328 . . . . . 6 (𝑚 = (𝑘 + 1) → ((𝜑 → (𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))))
21 fveq2 5986 . . . . . . . 8 (𝑚 = 𝑁 → (𝐹𝑚) = (𝐹𝑁))
22 oveq2 6433 . . . . . . . 8 (𝑚 = 𝑁 → (𝑁𝑚) = (𝑁𝑁))
2321, 22breq12d 4494 . . . . . . 7 (𝑚 = 𝑁 → ((𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚) ↔ (𝐹𝑁) ≤ (𝑁𝑁)))
2423imbi2d 328 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑁 → ((𝜑 → (𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚)) ↔ (𝜑 → (𝐹𝑁) ≤ (𝑁𝑁))))
251, 8eqbrtrrd 4505 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐹‘0) ≤ 𝑁)
267recnd 9822 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
2726subid1d 10131 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑁 − 0) = 𝑁)
2825, 27breqtrrd 4509 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐹‘0) ≤ (𝑁 − 0))
2928a1i 11 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝜑 → (𝐹‘0) ≤ (𝑁 − 0)))
30 nn0re 11055 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℝ)
31 posdif 10269 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑁 ∈ ℝ) → (𝑘 < 𝑁 ↔ 0 < (𝑁𝑘)))
3230, 7, 31syl2anr 493 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 < 𝑁 ↔ 0 < (𝑁𝑘)))
3332adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → (𝑘 < 𝑁 ↔ 0 < (𝑁𝑘)))
34 breq1 4484 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0 → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ 0 < (𝑁𝑘)))
3534adantl 480 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ 0 < (𝑁𝑘)))
36 peano2nn0 11087 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
37 ffvelrn 6148 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝐹:ℕ0⟶ℕ0 ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ0) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℕ0)
382, 36, 37syl2an 492 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℕ0)
3938nn0zd 11219 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℤ)
406nn0zd 11219 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
41 nn0z 11140 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ)
42 zsubcl 11159 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑁𝑘) ∈ ℤ)
4340, 41, 42syl2an 492 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑁𝑘) ∈ ℤ)
44 zltlem1 11170 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℤ ∧ (𝑁𝑘) ∈ ℤ) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑁𝑘) − 1)))
4539, 43, 44syl2anc 690 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑁𝑘) − 1)))
46 nn0cn 11056 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℂ)
47 ax-1cn 9748 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1 ∈ ℂ
48 subsub4 10064 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → ((𝑁𝑘) − 1) = (𝑁 − (𝑘 + 1)))
4947, 48mp3an3 1404 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ) → ((𝑁𝑘) − 1) = (𝑁 − (𝑘 + 1)))
5026, 46, 49syl2an 492 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑁𝑘) − 1) = (𝑁 − (𝑘 + 1)))
5150breq2d 4493 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑁𝑘) − 1) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
5245, 51bitrd 266 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
5352adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
5433, 35, 533bitr2d 294 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → (𝑘 < 𝑁 ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
5554biimpa 499 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) ∧ 𝑘 < 𝑁) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))
5655an32s 841 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))
5756a1d 25 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → ((𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
58 nn0seqcvgd.3 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0 → (𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝐹𝑘)))
5938nn0red 11106 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ)
602ffvelrnda 6150 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹𝑘) ∈ ℕ0)
6160nn0red 11106 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
6243zred 11221 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑁𝑘) ∈ ℝ)
63 ltletr 9878 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℝ ∧ (𝑁𝑘) ∈ ℝ) → (((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝐹𝑘) ∧ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘)))
6459, 61, 62, 63syl3anc 1317 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝐹𝑘) ∧ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘)))
6564, 52sylibd 227 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝐹𝑘) ∧ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
6658, 65syland 496 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0 ∧ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
6766adantr 479 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) → (((𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0 ∧ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
6867expdimp 451 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0) → ((𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
6957, 68pm2.61dane 2773 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) → ((𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
7069anasss 676 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 < 𝑁)) → ((𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
7170expcom 449 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑘 < 𝑁) → (𝜑 → ((𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))))
7271a2d 29 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑘 < 𝑁) → ((𝜑 → (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝜑 → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))))
73723adant1 1071 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℕ0𝑘 < 𝑁) → ((𝜑 → (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝜑 → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))))
7412, 16, 20, 24, 29, 73fnn0ind 11215 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0𝑁𝑁) → (𝜑 → (𝐹𝑁) ≤ (𝑁𝑁)))
756, 6, 8, 74syl3anc 1317 . . . 4 (𝜑 → (𝜑 → (𝐹𝑁) ≤ (𝑁𝑁)))
7675pm2.43i 49 . . 3 (𝜑 → (𝐹𝑁) ≤ (𝑁𝑁))
7726subidd 10130 . . 3 (𝜑 → (𝑁𝑁) = 0)
7876, 77breqtrd 4507 . 2 (𝜑 → (𝐹𝑁) ≤ 0)
792, 6ffvelrnd 6151 . . 3 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℕ0)
8079nn0ge0d 11108 . 2 (𝜑 → 0 ≤ (𝐹𝑁))
8179nn0red 11106 . . 3 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℝ)
82 0re 9794 . . 3 0 ∈ ℝ
83 letri3 9872 . . 3 (((𝐹𝑁) ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ) → ((𝐹𝑁) = 0 ↔ ((𝐹𝑁) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (𝐹𝑁))))
8481, 82, 83sylancl 692 . 2 (𝜑 → ((𝐹𝑁) = 0 ↔ ((𝐹𝑁) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (𝐹𝑁))))
8578, 80, 84mpbir2and 958 1 (𝜑 → (𝐹𝑁) = 0)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 194  wa 382   = wceq 1474  wcel 1938  wne 2684   class class class wbr 4481  wf 5685  cfv 5689  (class class class)co 6425  cc 9688  cr 9689  0cc0 9690  1c1 9691   + caddc 9693   < clt 9828  cle 9829  cmin 10016  0cn0 11046  cz 11117
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1700  ax-4 1713  ax-5 1793  ax-6 1838  ax-7 1885  ax-8 1940  ax-9 1947  ax-10 1966  ax-11 1971  ax-12 1983  ax-13 2137  ax-ext 2494  ax-sep 4607  ax-nul 4616  ax-pow 4668  ax-pr 4732  ax-un 6722  ax-resscn 9747  ax-1cn 9748  ax-icn 9749  ax-addcl 9750  ax-addrcl 9751  ax-mulcl 9752  ax-mulrcl 9753  ax-mulcom 9754  ax-addass 9755  ax-mulass 9756  ax-distr 9757  ax-i2m1 9758  ax-1ne0 9759  ax-1rid 9760  ax-rnegex 9761  ax-rrecex 9762  ax-cnre 9763  ax-pre-lttri 9764  ax-pre-lttrn 9765  ax-pre-ltadd 9766  ax-pre-mulgt0 9767
This theorem depends on definitions:  df-bi 195  df-or 383  df-an 384  df-3or 1031  df-3an 1032  df-tru 1477  df-ex 1695  df-nf 1699  df-sb 1831  df-eu 2366  df-mo 2367  df-clab 2501  df-cleq 2507  df-clel 2510  df-nfc 2644  df-ne 2686  df-nel 2687  df-ral 2805  df-rex 2806  df-reu 2807  df-rab 2809  df-v 3079  df-sbc 3307  df-csb 3404  df-dif 3447  df-un 3449  df-in 3451  df-ss 3458  df-pss 3460  df-nul 3778  df-if 3940  df-pw 4013  df-sn 4029  df-pr 4031  df-tp 4033  df-op 4035  df-uni 4271  df-iun 4355  df-br 4482  df-opab 4542  df-mpt 4543  df-tr 4579  df-eprel 4843  df-id 4847  df-po 4853  df-so 4854  df-fr 4891  df-we 4893  df-xp 4938  df-rel 4939  df-cnv 4940  df-co 4941  df-dm 4942  df-rn 4943  df-res 4944  df-ima 4945  df-pred 5487  df-ord 5533  df-on 5534  df-lim 5535  df-suc 5536  df-iota 5653  df-fun 5691  df-fn 5692  df-f 5693  df-f1 5694  df-fo 5695  df-f1o 5696  df-fv 5697  df-riota 6387  df-ov 6428  df-oprab 6429  df-mpt2 6430  df-om 6833  df-wrecs 7168  df-recs 7230  df-rdg 7268  df-er 7504  df-en 7717  df-dom 7718  df-sdom 7719  df-pnf 9830  df-mnf 9831  df-xr 9832  df-ltxr 9833  df-le 9834  df-sub 10018  df-neg 10019  df-nn 10775  df-n0 11047  df-z 11118
This theorem is referenced by:  algcvg  15001  nn0seqcvg  30668
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