Theorem cauappcvgprlemm 8006

Description: Lemma for cauappcvgpr 8023. The putative limit is inhabited. (Contributed by Jim Kingdon, 18-Jul-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
cauappcvgpr.f	|- ( ph -> F : Q. --> Q. )
cauappcvgpr.app	|- ( ph -> A. p e. Q. A. q e. Q. ( ( F ` p ) <Q ( ( F ` q ) +Q ( p +Q q ) ) /\ ( F ` q ) <Q ( ( F ` p ) +Q ( p +Q q ) ) ) )
cauappcvgpr.bnd	|- ( ph -> A. p e. Q. A <Q ( F ` p ) )
cauappcvgpr.lim	|- L = <. { l e. Q. | E. q e. Q. ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) } , { u e. Q. | E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u } >.

Assertion

Ref	Expression
cauappcvgprlemm	|- ( ph -> ( E. s e. Q. s e. ( 1st ` L ) /\ E. r e. Q. r e. ( 2nd ` L ) ) )

Distinct variable groups:   A, p   L, p, q   ph, p, q   L, r, s   A, s, p   F, l, u, p, q, r, s   ph, r, s

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

Proof of Theorem cauappcvgprlemm

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fveq2 5693	. . . . . . 7 |- ( p = 1Q -> ( F ` p ) = ( F ` 1Q ) )
2	1	breq2d 4140	. . . . . 6 |- ( p = 1Q -> ( A <Q ( F ` p ) <-> A <Q ( F ` 1Q ) ) )
3		cauappcvgpr.bnd	. . . . . 6 |- ( ph -> A. p e. Q. A <Q ( F ` p ) )
4		1nq 7727	. . . . . . 7 |- 1Q e. Q.
5	4	a1i 9	. . . . . 6 |- ( ph -> 1Q e. Q. )
6	2, 3, 5	rspcdva 2934	. . . . 5 |- ( ph -> A <Q ( F ` 1Q ) )
7		ltrelnq 7726	. . . . . . 7 |- <Q C_ ( Q. X. Q. )
8	7	brel 4825	. . . . . 6 |- ( A <Q ( F ` 1Q ) -> ( A e. Q. /\ ( F ` 1Q ) e. Q. ) )
9	8	simpld 112	. . . . 5 |- ( A <Q ( F ` 1Q ) -> A e. Q. )
10	6, 9	syl 14	. . . 4 |- ( ph -> A e. Q. )
11		halfnqq 7771	. . . 4 |- ( A e. Q. -> E. s e. Q. ( s +Q s ) = A )
12	10, 11	syl 14	. . 3 |- ( ph -> E. s e. Q. ( s +Q s ) = A )
13		simplr 533	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ s e. Q. ) /\ ( s +Q s ) = A ) -> s e. Q. )
14	3	ad2antrr 492	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ s e. Q. ) /\ ( s +Q s ) = A ) -> A. p e. Q. A <Q ( F ` p ) )
15		fveq2 5693	. . . . . . . . . . . 12 |- ( p = s -> ( F ` p ) = ( F ` s ) )
16	15	breq2d 4140	. . . . . . . . . . 11 |- ( p = s -> ( A <Q ( F ` p ) <-> A <Q ( F ` s ) ) )
17	16	rspcv 2925	. . . . . . . . . 10 |- ( s e. Q. -> ( A. p e. Q. A <Q ( F ` p ) -> A <Q ( F ` s ) ) )
18	17	ad2antlr 493	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ s e. Q. ) /\ ( s +Q s ) = A ) -> ( A. p e. Q. A <Q ( F ` p ) -> A <Q ( F ` s ) ) )
19	14, 18	mpd 13	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ s e. Q. ) /\ ( s +Q s ) = A ) -> A <Q ( F ` s ) )
20		breq1 4131	. . . . . . . . 9 |- ( ( s +Q s ) = A -> ( ( s +Q s ) <Q ( F ` s ) <-> A <Q ( F ` s ) ) )
21	20	adantl 277	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ s e. Q. ) /\ ( s +Q s ) = A ) -> ( ( s +Q s ) <Q ( F ` s ) <-> A <Q ( F ` s ) ) )
22	19, 21	mpbird 167	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ s e. Q. ) /\ ( s +Q s ) = A ) -> ( s +Q s ) <Q ( F ` s ) )
23		oveq2 6087	. . . . . . . . 9 |- ( q = s -> ( s +Q q ) = ( s +Q s ) )
24		fveq2 5693	. . . . . . . . 9 |- ( q = s -> ( F ` q ) = ( F ` s ) )
25	23, 24	breq12d 4141	. . . . . . . 8 |- ( q = s -> ( ( s +Q q ) <Q ( F ` q ) <-> ( s +Q s ) <Q ( F ` s ) ) )
26	25	rspcev 2929	. . . . . . 7 |- ( ( s e. Q. /\ ( s +Q s ) <Q ( F ` s ) ) -> E. q e. Q. ( s +Q q ) <Q ( F ` q ) )
27	13, 22, 26	syl2anc 415	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ s e. Q. ) /\ ( s +Q s ) = A ) -> E. q e. Q. ( s +Q q ) <Q ( F ` q ) )
28		oveq1 6086	. . . . . . . . 9 |- ( l = s -> ( l +Q q ) = ( s +Q q ) )
29	28	breq1d 4138	. . . . . . . 8 |- ( l = s -> ( ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) <-> ( s +Q q ) <Q ( F ` q ) ) )
30	29	rexbidv 2551	. . . . . . 7 |- ( l = s -> ( E. q e. Q. ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) <-> E. q e. Q. ( s +Q q ) <Q ( F ` q ) ) )
31		cauappcvgpr.lim	. . . . . . . . 9 |- L = <. { l e. Q. | E. q e. Q. ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) } , { u e. Q. | E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u } >.
32	31	fveq2i 5696	. . . . . . . 8 |- ( 1st ` L ) = ( 1st ` <. { l e. Q. | E. q e. Q. ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) } , { u e. Q. | E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u } >. )
33		nqex 7724	. . . . . . . . . 10 |- Q. e. _V
34	33	rabex 4278	. . . . . . . . 9 |- { l e. Q. | E. q e. Q. ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) } e. _V
35	33	rabex 4278	. . . . . . . . 9 |- { u e. Q. | E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u } e. _V
36	34, 35	op1st 6374	. . . . . . . 8 |- ( 1st ` <. { l e. Q. | E. q e. Q. ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) } , { u e. Q. | E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u } >. ) = { l e. Q. | E. q e. Q. ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) }
37	32, 36	eqtri 2259	. . . . . . 7 |- ( 1st ` L ) = { l e. Q. | E. q e. Q. ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) }
38	30, 37	elrab2 2985	. . . . . 6 |- ( s e. ( 1st ` L ) <-> ( s e. Q. /\ E. q e. Q. ( s +Q q ) <Q ( F ` q ) ) )
39	13, 27, 38	sylanbrc 421	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ s e. Q. ) /\ ( s +Q s ) = A ) -> s e. ( 1st ` L ) )
40	39	ex 115	. . . 4 |- ( ( ph /\ s e. Q. ) -> ( ( s +Q s ) = A -> s e. ( 1st ` L ) ) )
41	40	reximdva 2652	. . 3 |- ( ph -> ( E. s e. Q. ( s +Q s ) = A -> E. s e. Q. s e. ( 1st ` L ) ) )
42	12, 41	mpd 13	. 2 |- ( ph -> E. s e. Q. s e. ( 1st ` L ) )
43		cauappcvgpr.f	. . . . . 6 |- ( ph -> F : Q. --> Q. )
44	43, 5	ffvelcdmd 5838	. . . . 5 |- ( ph -> ( F ` 1Q ) e. Q. )
45		addclnq 7736	. . . . 5 |- ( ( ( F ` 1Q ) e. Q. /\ 1Q e. Q. ) -> ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) e. Q. )
46	44, 5, 45	syl2anc 415	. . . 4 |- ( ph -> ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) e. Q. )
47		addclnq 7736	. . . 4 |- ( ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) e. Q. /\ 1Q e. Q. ) -> ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) e. Q. )
48	46, 5, 47	syl2anc 415	. . 3 |- ( ph -> ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) e. Q. )
49		ltaddnq 7768	. . . . . 6 |- ( ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) e. Q. /\ 1Q e. Q. ) -> ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) <Q ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) )
50	46, 5, 49	syl2anc 415	. . . . 5 |- ( ph -> ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) <Q ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) )
51		fveq2 5693	. . . . . . . 8 |- ( q = 1Q -> ( F ` q ) = ( F ` 1Q ) )
52		id 19	. . . . . . . 8 |- ( q = 1Q -> q = 1Q )
53	51, 52	oveq12d 6097	. . . . . . 7 |- ( q = 1Q -> ( ( F ` q ) +Q q ) = ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) )
54	53	breq1d 4138	. . . . . 6 |- ( q = 1Q -> ( ( ( F ` q ) +Q q ) <Q ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) <-> ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) <Q ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) ) )
55	54	rspcev 2929	. . . . 5 |- ( ( 1Q e. Q. /\ ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) <Q ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) ) -> E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) )
56	5, 50, 55	syl2anc 415	. . . 4 |- ( ph -> E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) )
57		breq2 4132	. . . . . 6 |- ( u = ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) -> ( ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u <-> ( ( F ` q ) +Q q ) <Q ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) ) )
58	57	rexbidv 2551	. . . . 5 |- ( u = ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) -> ( E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u <-> E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) ) )
59	31	fveq2i 5696	. . . . . 6 |- ( 2nd ` L ) = ( 2nd ` <. { l e. Q. | E. q e. Q. ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) } , { u e. Q. | E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u } >. )
60	34, 35	op2nd 6375	. . . . . 6 |- ( 2nd ` <. { l e. Q. | E. q e. Q. ( l +Q q ) <Q ( F ` q ) } , { u e. Q. | E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u } >. ) = { u e. Q. | E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u }
61	59, 60	eqtri 2259	. . . . 5 |- ( 2nd ` L ) = { u e. Q. | E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q u }
62	58, 61	elrab2 2985	. . . 4 |- ( ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) e. ( 2nd ` L ) <-> ( ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) e. Q. /\ E. q e. Q. ( ( F ` q ) +Q q ) <Q ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) ) )
63	48, 56, 62	sylanbrc 421	. . 3 |- ( ph -> ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) e. ( 2nd ` L ) )
64		eleq1 2301	. . . 4 |- ( r = ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) -> ( r e. ( 2nd ` L ) <-> ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) e. ( 2nd ` L ) ) )
65	64	rspcev 2929	. . 3 |- ( ( ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) e. Q. /\ ( ( ( F ` 1Q ) +Q 1Q ) +Q 1Q ) e. ( 2nd ` L ) ) -> E. r e. Q. r e. ( 2nd ` L ) )
66	48, 63, 65	syl2anc 415	. 2 |- ( ph -> E. r e. Q. r e. ( 2nd ` L ) )
67	42, 66	jca 306	1 |- ( ph -> ( E. s e. Q. s e. ( 1st ` L ) /\ E. r e. Q. r e. ( 2nd ` L ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1402   e. wcel 2209   A.wral 2528   E.wrex 2529   {crab 2532   <.cop 3711   class class class wbr 4128   -->wf 5371   ` cfv 5375  (class class class)co 6079   1stc1st 6366   2ndc2nd 6367   Q.cnq 7641   1Qc1q 7642   +Q cplq 7643   <Q cltq 7646

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4244  ax-sep 4247  ax-nul 4257  ax-pow 4309  ax-pr 4344  ax-un 4576  ax-setind 4682  ax-iinf 4733

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-pw 3690  df-sn 3714  df-pr 3715  df-op 3717  df-uni 3934  df-int 3969  df-iun 4012  df-br 4129  df-opab 4191  df-mpt 4192  df-tr 4228  df-eprel 4432  df-id 4436  df-iord 4509  df-on 4511  df-suc 4514  df-iom 4736  df-xp 4778  df-rel 4779  df-cnv 4780  df-co 4781  df-dm 4782  df-rn 4783  df-res 4784  df-ima 4785  df-iota 5335  df-fun 5377  df-fn 5378  df-f 5379  df-f1 5380  df-fo 5381  df-f1o 5382  df-fv 5383  df-ov 6082  df-oprab 6083  df-mpo 6084  df-1st 6368  df-2nd 6369  df-recs 6570  df-irdg 6635  df-1o 6681  df-oadd 6685  df-omul 6686  df-er 6801  df-ec 6803  df-qs 6807  df-ni 7665  df-pli 7666  df-mi 7667  df-lti 7668  df-plpq 7705  df-mpq 7706  df-enq 7708  df-nqqs 7709  df-plqqs 7710  df-mqqs 7711  df-1nqqs 7712  df-rq 7713  df-ltnqqs 7714

This theorem is referenced by:  cauappcvgprlemcl  8014