Theorem cvgratnnlemfm 11521

Description: Lemma for cvgratnn 11523. (Contributed by Jim Kingdon, 23-Nov-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
cvgratnn.3	|- ( ph -> A e. RR )
cvgratnn.4	|- ( ph -> A < 1 )
cvgratnn.gt0	|- ( ph -> 0 < A )
cvgratnn.6	|- ( ( ph /\ k e. NN ) -> ( F ` k ) e. CC )
cvgratnn.7	|- ( ( ph /\ k e. NN ) -> ( abs ` ( F ` ( k + 1 ) ) ) <_ ( A x. ( abs ` ( F ` k ) ) ) )
cvgratnnlemfm.m	|- ( ph -> M e. NN )

Assertion

Ref	Expression
cvgratnnlemfm	|- ( ph -> ( abs ` ( F ` M ) ) < ( ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) + 1 ) ) / M ) )

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

Proof of Theorem cvgratnnlemfm

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fveq2 5511	. . . . 5 |- ( k = M -> ( F ` k ) = ( F ` M ) )
2	1	eleq1d 2246	. . . 4 |- ( k = M -> ( ( F ` k ) e. CC <-> ( F ` M ) e. CC ) )
3		cvgratnn.6	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. NN ) -> ( F ` k ) e. CC )
4	3	ralrimiva 2550	. . . 4 |- ( ph -> A. k e. NN ( F ` k ) e. CC )
5		cvgratnnlemfm.m	. . . 4 |- ( ph -> M e. NN )
6	2, 4, 5	rspcdva 2846	. . 3 |- ( ph -> ( F ` M ) e. CC )
7	6	abscld 11174	. 2 |- ( ph -> ( abs ` ( F ` M ) ) e. RR )
8		cvgratnn.3	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> A e. RR )
9		cvgratnn.gt0	. . . . . . . . . . 11 |- ( ph -> 0 < A )
10	8, 9	gt0ap0d 8576	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> A # 0 )
11	8, 10	rerecclapd 8780	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> ( 1 / A ) e. RR )
12		1red 7963	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> 1 e. RR )
13	11, 12	resubcld 8328	. . . . . . . 8 |- ( ph -> ( ( 1 / A ) - 1 ) e. RR )
14		cvgratnn.4	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> A < 1 )
15	8, 9	elrpd 9680	. . . . . . . . . . 11 |- ( ph -> A e. RR+ )
16	15	reclt1d 9697	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> ( A < 1 <-> 1 < ( 1 / A ) ) )
17	14, 16	mpbid 147	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> 1 < ( 1 / A ) )
18	12, 11	posdifd 8479	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> ( 1 < ( 1 / A ) <-> 0 < ( ( 1 / A ) - 1 ) ) )
19	17, 18	mpbid 147	. . . . . . . 8 |- ( ph -> 0 < ( ( 1 / A ) - 1 ) )
20	13, 19	elrpd 9680	. . . . . . 7 |- ( ph -> ( ( 1 / A ) - 1 ) e. RR+ )
21	20	rpreccld 9694	. . . . . 6 |- ( ph -> ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) e. RR+ )
22	21, 15	rpdivcld 9701	. . . . 5 |- ( ph -> ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) e. RR+ )
23	22	rpred 9683	. . . 4 |- ( ph -> ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) e. RR )
24		fveq2 5511	. . . . . . 7 |- ( k = 1 -> ( F ` k ) = ( F ` 1 ) )
25	24	eleq1d 2246	. . . . . 6 |- ( k = 1 -> ( ( F ` k ) e. CC <-> ( F ` 1 ) e. CC ) )
26		1nn 8919	. . . . . . 7 |- 1 e. NN
27	26	a1i 9	. . . . . 6 |- ( ph -> 1 e. NN )
28	25, 4, 27	rspcdva 2846	. . . . 5 |- ( ph -> ( F ` 1 ) e. CC )
29	28	abscld 11174	. . . 4 |- ( ph -> ( abs ` ( F ` 1 ) ) e. RR )
30	23, 29	remulcld 7978	. . 3 |- ( ph -> ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( abs ` ( F ` 1 ) ) ) e. RR )
31	30, 5	nndivred 8958	. 2 |- ( ph -> ( ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( abs ` ( F ` 1 ) ) ) / M ) e. RR )
32		peano2re 8083	. . . . 5 |- ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) e. RR -> ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) + 1 ) e. RR )
33	29, 32	syl 14	. . . 4 |- ( ph -> ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) + 1 ) e. RR )
34	23, 33	remulcld 7978	. . 3 |- ( ph -> ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) + 1 ) ) e. RR )
35	34, 5	nndivred 8958	. 2 |- ( ph -> ( ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) + 1 ) ) / M ) e. RR )
36		nnm1nn0 9206	. . . . . 6 |- ( M e. NN -> ( M - 1 ) e. NN0 )
37	5, 36	syl 14	. . . . 5 |- ( ph -> ( M - 1 ) e. NN0 )
38	8, 37	reexpcld 10656	. . . 4 |- ( ph -> ( A ^ ( M - 1 ) ) e. RR )
39	29, 38	remulcld 7978	. . 3 |- ( ph -> ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) x. ( A ^ ( M - 1 ) ) ) e. RR )
40		cvgratnn.7	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. NN ) -> ( abs ` ( F ` ( k + 1 ) ) ) <_ ( A x. ( abs ` ( F ` k ) ) ) )
41	8, 14, 9, 3, 40, 5	cvgratnnlemnexp 11516	. . 3 |- ( ph -> ( abs ` ( F ` M ) ) <_ ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) x. ( A ^ ( M - 1 ) ) ) )
42	23, 5	nndivred 8958	. . . . 5 |- ( ph -> ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) / M ) e. RR )
43	28	absge0d 11177	. . . . 5 |- ( ph -> 0 <_ ( abs ` ( F ` 1 ) ) )
44	8	recnd 7976	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> A e. CC )
45	5	nnzd 9363	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> M e. ZZ )
46	44, 10, 45	expm1apd 10649	. . . . . . . 8 |- ( ph -> ( A ^ ( M - 1 ) ) = ( ( A ^ M ) / A ) )
47	5	nnnn0d 9218	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> M e. NN0 )
48	8, 47	reexpcld 10656	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> ( A ^ M ) e. RR )
49	21	rpred 9683	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) e. RR )
50	49, 5	nndivred 8958	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / M ) e. RR )
51	8, 14, 9, 5	cvgratnnlembern 11515	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> ( A ^ M ) < ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / M ) )
52	48, 50, 15, 51	ltdiv1dd 9741	. . . . . . . 8 |- ( ph -> ( ( A ^ M ) / A ) < ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / M ) / A ) )
53	46, 52	eqbrtrd 4022	. . . . . . 7 |- ( ph -> ( A ^ ( M - 1 ) ) < ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / M ) / A ) )
54	49	recnd 7976	. . . . . . . 8 |- ( ph -> ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) e. CC )
55	5	nncnd 8922	. . . . . . . 8 |- ( ph -> M e. CC )
56	5	nnap0d 8954	. . . . . . . 8 |- ( ph -> M # 0 )
57	54, 55, 44, 56, 10	divdiv32apd 8762	. . . . . . 7 |- ( ph -> ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / M ) / A ) = ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) / M ) )
58	53, 57	breqtrd 4026	. . . . . 6 |- ( ph -> ( A ^ ( M - 1 ) ) < ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) / M ) )
59	38, 42, 58	ltled 8066	. . . . 5 |- ( ph -> ( A ^ ( M - 1 ) ) <_ ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) / M ) )
60	38, 42, 29, 43, 59	lemul2ad 8886	. . . 4 |- ( ph -> ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) x. ( A ^ ( M - 1 ) ) ) <_ ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) x. ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) / M ) ) )
61	29	recnd 7976	. . . . . . 7 |- ( ph -> ( abs ` ( F ` 1 ) ) e. CC )
62	23	recnd 7976	. . . . . . 7 |- ( ph -> ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) e. CC )
63	61, 62	mulcomd 7969	. . . . . 6 |- ( ph -> ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) x. ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) ) = ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( abs ` ( F ` 1 ) ) ) )
64	63	oveq1d 5884	. . . . 5 |- ( ph -> ( ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) x. ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) ) / M ) = ( ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( abs ` ( F ` 1 ) ) ) / M ) )
65	61, 62, 55, 56	divassapd 8772	. . . . 5 |- ( ph -> ( ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) x. ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) ) / M ) = ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) x. ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) / M ) ) )
66	64, 65	eqtr3d 2212	. . . 4 |- ( ph -> ( ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( abs ` ( F ` 1 ) ) ) / M ) = ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) x. ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) / M ) ) )
67	60, 66	breqtrrd 4028	. . 3 |- ( ph -> ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) x. ( A ^ ( M - 1 ) ) ) <_ ( ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( abs ` ( F ` 1 ) ) ) / M ) )
68	7, 39, 31, 41, 67	letrd 8071	. 2 |- ( ph -> ( abs ` ( F ` M ) ) <_ ( ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( abs ` ( F ` 1 ) ) ) / M ) )
69	5	nnrpd 9681	. . 3 |- ( ph -> M e. RR+ )
70	29	ltp1d 8876	. . . 4 |- ( ph -> ( abs ` ( F ` 1 ) ) < ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) + 1 ) )
71	29, 33, 22, 70	ltmul2dd 9740	. . 3 |- ( ph -> ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( abs ` ( F ` 1 ) ) ) < ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) + 1 ) ) )
72	30, 34, 69, 71	ltdiv1dd 9741	. 2 |- ( ph -> ( ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( abs ` ( F ` 1 ) ) ) / M ) < ( ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) + 1 ) ) / M ) )
73	7, 31, 35, 68, 72	lelttrd 8072	1 |- ( ph -> ( abs ` ( F ` M ) ) < ( ( ( ( 1 / ( ( 1 / A ) - 1 ) ) / A ) x. ( ( abs ` ( F ` 1 ) ) + 1 ) ) / M ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   = wceq 1353   e. wcel 2148   class class class wbr 4000   ` cfv 5212  (class class class)co 5869   CCcc 7800   RRcr 7801   0cc0 7802   1c1 7803   + caddc 7805   x. cmul 7807   < clt 7982   <_ cle 7983   - cmin 8118   / cdiv 8618   NNcn 8908   NN0cn0 9165   ^cexp 10505   abscabs 10990

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-coll 4115  ax-sep 4118  ax-nul 4126  ax-pow 4171  ax-pr 4206  ax-un 4430  ax-setind 4533  ax-iinf 4584  ax-cnex 7893  ax-resscn 7894  ax-1cn 7895  ax-1re 7896  ax-icn 7897  ax-addcl 7898  ax-addrcl 7899  ax-mulcl 7900  ax-mulrcl 7901  ax-addcom 7902  ax-mulcom 7903  ax-addass 7904  ax-mulass 7905  ax-distr 7906  ax-i2m1 7907  ax-0lt1 7908  ax-1rid 7909  ax-0id 7910  ax-rnegex 7911  ax-precex 7912  ax-cnre 7913  ax-pre-ltirr 7914  ax-pre-ltwlin 7915  ax-pre-lttrn 7916  ax-pre-apti 7917  ax-pre-ltadd 7918  ax-pre-mulgt0 7919  ax-pre-mulext 7920  ax-arch 7921  ax-caucvg 7922

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  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 2739  df-sbc 2963  df-csb 3058  df-dif 3131  df-un 3133  df-in 3135  df-ss 3142  df-nul 3423  df-if 3535  df-pw 3576  df-sn 3597  df-pr 3598  df-op 3600  df-uni 3808  df-int 3843  df-iun 3886  df-br 4001  df-opab 4062  df-mpt 4063  df-tr 4099  df-id 4290  df-po 4293  df-iso 4294  df-iord 4363  df-on 4365  df-ilim 4366  df-suc 4368  df-iom 4587  df-xp 4629  df-rel 4630  df-cnv 4631  df-co 4632  df-dm 4633  df-rn 4634  df-res 4635  df-ima 4636  df-iota 5174  df-fun 5214  df-fn 5215  df-f 5216  df-f1 5217  df-fo 5218  df-f1o 5219  df-fv 5220  df-riota 5825  df-ov 5872  df-oprab 5873  df-mpo 5874  df-1st 6135  df-2nd 6136  df-recs 6300  df-frec 6386  df-pnf 7984  df-mnf 7985  df-xr 7986  df-ltxr 7987  df-le 7988  df-sub 8120  df-neg 8121  df-reap 8522  df-ap 8529  df-div 8619  df-inn 8909  df-2 8967  df-3 8968  df-4 8969  df-n0 9166  df-z 9243  df-uz 9518  df-rp 9641  df-seqfrec 10432  df-exp 10506  df-cj 10835  df-re 10836  df-im 10837  df-rsqrt 10991  df-abs 10992

This theorem is referenced by:  cvgratnnlemrate  11522