Theorem caucvgrelemcau 10991

Description: Lemma for caucvgre 10992. Converting the Cauchy condition. (Contributed by Jim Kingdon, 20-Jul-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
caucvgre.f	|- ( ph -> F : NN --> RR )
caucvgre.cau	|- ( ph -> A. n e. NN A. k e. ( ZZ>= ` n ) ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) )

Assertion

Ref	Expression
caucvgrelemcau	|- ( ph -> A. n e. NN A. k e. NN ( n <RR k -> ( ( F ` n ) <RR ( ( F ` k ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) /\ ( F ` k ) <RR ( ( F ` n ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) ) ) )

Distinct variable groups:   k, F, n   ph, k, n   k, r, n

Allowed substitution hints:   ph( r)   F( r)

Proof of Theorem caucvgrelemcau

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simplr 528	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> n e. NN )
2	1	nnred 8934	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> n e. RR )
3		simpr 110	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> k e. NN )
4	3	nnred 8934	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> k e. RR )
5		ltle 8047	. . . . . 6 |- ( ( n e. RR /\ k e. RR ) -> ( n < k -> n <_ k ) )
6	2, 4, 5	syl2anc 411	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( n < k -> n <_ k ) )
7		eluznn 9602	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( n e. NN /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> k e. NN )
8	7	ex 115	. . . . . . . . . . 11 |- ( n e. NN -> ( k e. ( ZZ>= ` n ) -> k e. NN ) )
9		nnz 9274	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( n e. NN -> n e. ZZ )
10		eluz1 9534	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( n e. ZZ -> ( k e. ( ZZ>= ` n ) <-> ( k e. ZZ /\ n <_ k ) ) )
11	9, 10	syl 14	. . . . . . . . . . . 12 |- ( n e. NN -> ( k e. ( ZZ>= ` n ) <-> ( k e. ZZ /\ n <_ k ) ) )
12		simpr 110	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( k e. ZZ /\ n <_ k ) -> n <_ k )
13	11, 12	biimtrdi 163	. . . . . . . . . . 11 |- ( n e. NN -> ( k e. ( ZZ>= ` n ) -> n <_ k ) )
14	8, 13	jcad 307	. . . . . . . . . 10 |- ( n e. NN -> ( k e. ( ZZ>= ` n ) -> ( k e. NN /\ n <_ k ) ) )
15		nnz 9274	. . . . . . . . . . . 12 |- ( k e. NN -> k e. ZZ )
16	15	anim1i 340	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( k e. NN /\ n <_ k ) -> ( k e. ZZ /\ n <_ k ) )
17	16, 11	imbitrrid 156	. . . . . . . . . 10 |- ( n e. NN -> ( ( k e. NN /\ n <_ k ) -> k e. ( ZZ>= ` n ) ) )
18	14, 17	impbid 129	. . . . . . . . 9 |- ( n e. NN -> ( k e. ( ZZ>= ` n ) <-> ( k e. NN /\ n <_ k ) ) )
19	18	adantl 277	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ n e. NN ) -> ( k e. ( ZZ>= ` n ) <-> ( k e. NN /\ n <_ k ) ) )
20	19	biimpar 297	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ ( k e. NN /\ n <_ k ) ) -> k e. ( ZZ>= ` n ) )
21		caucvgre.cau	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> A. n e. NN A. k e. ( ZZ>= ` n ) ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) )
22	21	r19.21bi 2565	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ n e. NN ) -> A. k e. ( ZZ>= ` n ) ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) )
23	22	r19.21bi 2565	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. ( ZZ>= ` n ) ) -> ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) )
24	20, 23	syldan 282	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ ( k e. NN /\ n <_ k ) ) -> ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) )
25	24	expr 375	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( n <_ k -> ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) ) )
26	6, 25	syld 45	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( n < k -> ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) ) )
27		ltxrlt 8025	. . . . 5 |- ( ( n e. RR /\ k e. RR ) -> ( n < k <-> n <RR k ) )
28	2, 4, 27	syl2anc 411	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( n < k <-> n <RR k ) )
29		caucvgre.f	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> F : NN --> RR )
30	29	ad2antrr 488	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> F : NN --> RR )
31	30, 1	ffvelcdmd 5654	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( F ` n ) e. RR )
32	30, 3	ffvelcdmd 5654	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( F ` k ) e. RR )
33	1	nnrecred 8968	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( 1 / n ) e. RR )
34	32, 33	readdcld 7989	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) e. RR )
35		ltxrlt 8025	. . . . . . 7 |- ( ( ( F ` n ) e. RR /\ ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) e. RR ) -> ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) <-> ( F ` n ) <RR ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) ) )
36	31, 34, 35	syl2anc 411	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) <-> ( F ` n ) <RR ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) ) )
37		nnap0 8950	. . . . . . . . . 10 |- ( n e. NN -> n # 0 )
38	1, 37	syl 14	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> n # 0 )
39		caucvgrelemrec 10990	. . . . . . . . 9 |- ( ( n e. RR /\ n # 0 ) -> ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) = ( 1 / n ) )
40	2, 38, 39	syl2anc 411	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) = ( 1 / n ) )
41	40	oveq2d 5893	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( F ` k ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) = ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) )
42	41	breq2d 4017	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( F ` n ) <RR ( ( F ` k ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) <-> ( F ` n ) <RR ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) ) )
43	36, 42	bitr4d 191	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) <-> ( F ` n ) <RR ( ( F ` k ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) ) )
44	31, 33	readdcld 7989	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) e. RR )
45		ltxrlt 8025	. . . . . . 7 |- ( ( ( F ` k ) e. RR /\ ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) e. RR ) -> ( ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) <-> ( F ` k ) <RR ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) )
46	32, 44, 45	syl2anc 411	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) <-> ( F ` k ) <RR ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) )
47	40	oveq2d 5893	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( F ` n ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) = ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) )
48	47	breq2d 4017	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( F ` k ) <RR ( ( F ` n ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) <-> ( F ` k ) <RR ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) )
49	46, 48	bitr4d 191	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) <-> ( F ` k ) <RR ( ( F ` n ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) ) )
50	43, 49	anbi12d 473	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( ( ( F ` n ) < ( ( F ` k ) + ( 1 / n ) ) /\ ( F ` k ) < ( ( F ` n ) + ( 1 / n ) ) ) <-> ( ( F ` n ) <RR ( ( F ` k ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) /\ ( F ` k ) <RR ( ( F ` n ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) ) ) )
51	26, 28, 50	3imtr3d 202	. . 3 |- ( ( ( ph /\ n e. NN ) /\ k e. NN ) -> ( n <RR k -> ( ( F ` n ) <RR ( ( F ` k ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) /\ ( F ` k ) <RR ( ( F ` n ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) ) ) )
52	51	ralrimiva 2550	. 2 |- ( ( ph /\ n e. NN ) -> A. k e. NN ( n <RR k -> ( ( F ` n ) <RR ( ( F ` k ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) /\ ( F ` k ) <RR ( ( F ` n ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) ) ) )
53	52	ralrimiva 2550	1 |- ( ph -> A. n e. NN A. k e. NN ( n <RR k -> ( ( F ` n ) <RR ( ( F ` k ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) /\ ( F ` k ) <RR ( ( F ` n ) + ( iota_ r e. RR ( n x. r ) = 1 ) ) ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1353   e. wcel 2148   A.wral 2455   class class class wbr 4005   -->wf 5214   ` cfv 5218   iota_crio 5832  (class class class)co 5877   RRcr 7812   0cc0 7813   1c1 7814   + caddc 7816   <RR cltrr 7817   x. cmul 7818   < clt 7994   <_ cle 7995   # cap 8540   / cdiv 8631   NNcn 8921   ZZcz 9255   ZZ>=cuz 9530

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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-sep 4123  ax-pow 4176  ax-pr 4211  ax-un 4435  ax-setind 4538  ax-cnex 7904  ax-resscn 7905  ax-1cn 7906  ax-1re 7907  ax-icn 7908  ax-addcl 7909  ax-addrcl 7910  ax-mulcl 7911  ax-mulrcl 7912  ax-addcom 7913  ax-mulcom 7914  ax-addass 7915  ax-mulass 7916  ax-distr 7917  ax-i2m1 7918  ax-0lt1 7919  ax-1rid 7920  ax-0id 7921  ax-rnegex 7922  ax-precex 7923  ax-cnre 7924  ax-pre-ltirr 7925  ax-pre-ltwlin 7926  ax-pre-lttrn 7927  ax-pre-apti 7928  ax-pre-ltadd 7929  ax-pre-mulgt0 7930  ax-pre-mulext 7931

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2741  df-sbc 2965  df-dif 3133  df-un 3135  df-in 3137  df-ss 3144  df-pw 3579  df-sn 3600  df-pr 3601  df-op 3603  df-uni 3812  df-int 3847  df-br 4006  df-opab 4067  df-mpt 4068  df-id 4295  df-po 4298  df-iso 4299  df-xp 4634  df-rel 4635  df-cnv 4636  df-co 4637  df-dm 4638  df-rn 4639  df-res 4640  df-ima 4641  df-iota 5180  df-fun 5220  df-fn 5221  df-f 5222  df-fv 5226  df-riota 5833  df-ov 5880  df-oprab 5881  df-mpo 5882  df-pnf 7996  df-mnf 7997  df-xr 7998  df-ltxr 7999  df-le 8000  df-sub 8132  df-neg 8133  df-reap 8534  df-ap 8541  df-div 8632  df-inn 8922  df-z 9256  df-uz 9531

This theorem is referenced by:  caucvgre  10992