Theorem ser3mono 10427

Description: The partial sums in an infinite series of positive terms form a monotonic sequence. (Contributed by NM, 17-Mar-2005.) (Revised by Jim Kingdon, 22-Apr-2023.)

Hypotheses

Ref	Expression
sermono.1	|- ( ph -> K e. ( ZZ>= ` M ) )
sermono.2	|- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` K ) )
ser3mono.3	|- ( ( ph /\ x e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` x ) e. RR )
sermono.4	|- ( ( ph /\ x e. ( ( K + 1 ) ... N ) ) -> 0 <_ ( F ` x ) )

Assertion

Ref	Expression
ser3mono	|- ( ph -> ( seq M ( + , F ) ` K ) <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Distinct variable groups:   x, F   x, K   x, M   x, N   ph, x

Proof of Theorem ser3mono

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		sermono.2	. 2 |- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` K ) )
2		eqid 2170	. . . 4 |- ( ZZ>= ` M ) = ( ZZ>= ` M )
3		sermono.1	. . . . . 6 |- ( ph -> K e. ( ZZ>= ` M ) )
4		eluzel2 9485	. . . . . 6 |- ( K e. ( ZZ>= ` M ) -> M e. ZZ )
5	3, 4	syl 14	. . . . 5 |- ( ph -> M e. ZZ )
6	5	adantr 274	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> M e. ZZ )
7		ser3mono.3	. . . . 5 |- ( ( ph /\ x e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` x ) e. RR )
8	7	adantlr 474	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) /\ x e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` x ) e. RR )
9	2, 6, 8	serfre 10424	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> seq M ( + , F ) : ( ZZ>= ` M ) --> RR )
10		elfzuz 9970	. . . 4 |- ( k e. ( K ... N ) -> k e. ( ZZ>= ` K ) )
11		uztrn 9496	. . . 4 |- ( ( k e. ( ZZ>= ` K ) /\ K e. ( ZZ>= ` M ) ) -> k e. ( ZZ>= ` M ) )
12	10, 3, 11	syl2anr 288	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> k e. ( ZZ>= ` M ) )
13	9, 12	ffvelrnd 5630	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) e. RR )
14		fveq2 5494	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( F ` x ) = ( F ` ( k + 1 ) ) )
15	14	breq2d 3999	. . . . 5 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( 0 <_ ( F ` x ) <-> 0 <_ ( F ` ( k + 1 ) ) ) )
16		sermono.4	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ x e. ( ( K + 1 ) ... N ) ) -> 0 <_ ( F ` x ) )
17	16	ralrimiva 2543	. . . . . 6 |- ( ph -> A. x e. ( ( K + 1 ) ... N ) 0 <_ ( F ` x ) )
18	17	adantr 274	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> A. x e. ( ( K + 1 ) ... N ) 0 <_ ( F ` x ) )
19		simpr 109	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> k e. ( K ... ( N - 1 ) ) )
20	3	adantr 274	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> K e. ( ZZ>= ` M ) )
21		eluzelz 9489	. . . . . . . . 9 |- ( K e. ( ZZ>= ` M ) -> K e. ZZ )
22	20, 21	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> K e. ZZ )
23	1	adantr 274	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> N e. ( ZZ>= ` K ) )
24		eluzelz 9489	. . . . . . . . . 10 |- ( N e. ( ZZ>= ` K ) -> N e. ZZ )
25	23, 24	syl 14	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> N e. ZZ )
26		peano2zm 9243	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> ( N - 1 ) e. ZZ )
27	25, 26	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( N - 1 ) e. ZZ )
28		elfzelz 9974	. . . . . . . . 9 |- ( k e. ( K ... ( N - 1 ) ) -> k e. ZZ )
29	28	adantl 275	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> k e. ZZ )
30		1zzd 9232	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> 1 e. ZZ )
31		fzaddel 10008	. . . . . . . 8 |- ( ( ( K e. ZZ /\ ( N - 1 ) e. ZZ ) /\ ( k e. ZZ /\ 1 e. ZZ ) ) -> ( k e. ( K ... ( N - 1 ) ) <-> ( k + 1 ) e. ( ( K + 1 ) ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) ) )
32	22, 27, 29, 30, 31	syl22anc 1234	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k e. ( K ... ( N - 1 ) ) <-> ( k + 1 ) e. ( ( K + 1 ) ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) ) )
33	19, 32	mpbid 146	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( ( K + 1 ) ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) )
34		zcn 9210	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> N e. CC )
35		ax-1cn 7860	. . . . . . . . 9 |- 1 e. CC
36		npcan 8121	. . . . . . . . 9 |- ( ( N e. CC /\ 1 e. CC ) -> ( ( N - 1 ) + 1 ) = N )
37	34, 35, 36	sylancl 411	. . . . . . . 8 |- ( N e. ZZ -> ( ( N - 1 ) + 1 ) = N )
38	25, 37	syl 14	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( ( N - 1 ) + 1 ) = N )
39	38	oveq2d 5867	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( ( K + 1 ) ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) = ( ( K + 1 ) ... N ) )
40	33, 39	eleqtrd 2249	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( ( K + 1 ) ... N ) )
41	15, 18, 40	rspcdva 2839	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> 0 <_ ( F ` ( k + 1 ) ) )
42		fzelp1 10023	. . . . . . . 8 |- ( k e. ( K ... ( N - 1 ) ) -> k e. ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) )
43	42	adantl 275	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> k e. ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) )
44	38	oveq2d 5867	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) = ( K ... N ) )
45	43, 44	eleqtrd 2249	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> k e. ( K ... N ) )
46	45, 13	syldan 280	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) e. RR )
47	14	eleq1d 2239	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( ( F ` x ) e. RR <-> ( F ` ( k + 1 ) ) e. RR ) )
48	7	ralrimiva 2543	. . . . . . 7 |- ( ph -> A. x e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` x ) e. RR )
49	48	adantr 274	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> A. x e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` x ) e. RR )
50		fzss1 10012	. . . . . . . . 9 |- ( K e. ( ZZ>= ` M ) -> ( K ... N ) C_ ( M ... N ) )
51	20, 50	syl 14	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( K ... N ) C_ ( M ... N ) )
52		fzp1elp1 10024	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. ( K ... ( N - 1 ) ) -> ( k + 1 ) e. ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) )
53	52	adantl 275	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) )
54	53, 44	eleqtrd 2249	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( K ... N ) )
55	51, 54	sseldd 3148	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( M ... N ) )
56		elfzuz 9970	. . . . . . 7 |- ( ( k + 1 ) e. ( M ... N ) -> ( k + 1 ) e. ( ZZ>= ` M ) )
57	55, 56	syl 14	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( ZZ>= ` M ) )
58	47, 49, 57	rspcdva 2839	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( F ` ( k + 1 ) ) e. RR )
59	46, 58	addge01d 8445	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( 0 <_ ( F ` ( k + 1 ) ) <-> ( seq M ( + , F ) ` k ) <_ ( ( seq M ( + , F ) ` k ) + ( F ` ( k + 1 ) ) ) ) )
60	41, 59	mpbid 146	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) <_ ( ( seq M ( + , F ) ` k ) + ( F ` ( k + 1 ) ) ) )
61	45, 12	syldan 280	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> k e. ( ZZ>= ` M ) )
62	7	adantlr 474	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) /\ x e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` x ) e. RR )
63		readdcl 7893	. . . . 5 |- ( ( x e. RR /\ y e. RR ) -> ( x + y ) e. RR )
64	63	adantl 275	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) /\ ( x e. RR /\ y e. RR ) ) -> ( x + y ) e. RR )
65	61, 62, 64	seq3p1 10411	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` ( k + 1 ) ) = ( ( seq M ( + , F ) ` k ) + ( F ` ( k + 1 ) ) ) )
66	60, 65	breqtrrd 4015	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) <_ ( seq M ( + , F ) ` ( k + 1 ) ) )
67	1, 13, 66	monoord 10425	1 |- ( ph -> ( seq M ( + , F ) ` K ) <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 103   <-> wb 104   = wceq 1348   e. wcel 2141   A.wral 2448   C_ wss 3121   class class class wbr 3987   ` cfv 5196  (class class class)co 5851   CCcc 7765   RRcr 7766   0cc0 7767   1c1 7768   + caddc 7770   <_ cle 7948   - cmin 8083   ZZcz 9205   ZZ>=cuz 9480   ...cfz 9958   seqcseq 10394

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 609  ax-in2 610  ax-io 704  ax-5 1440  ax-7 1441  ax-gen 1442  ax-ie1 1486  ax-ie2 1487  ax-8 1497  ax-10 1498  ax-11 1499  ax-i12 1500  ax-bndl 1502  ax-4 1503  ax-17 1519  ax-i9 1523  ax-ial 1527  ax-i5r 1528  ax-13 2143  ax-14 2144  ax-ext 2152  ax-coll 4102  ax-sep 4105  ax-nul 4113  ax-pow 4158  ax-pr 4192  ax-un 4416  ax-setind 4519  ax-iinf 4570  ax-cnex 7858  ax-resscn 7859  ax-1cn 7860  ax-1re 7861  ax-icn 7862  ax-addcl 7863  ax-addrcl 7864  ax-mulcl 7865  ax-addcom 7867  ax-addass 7869  ax-distr 7871  ax-i2m1 7872  ax-0lt1 7873  ax-0id 7875  ax-rnegex 7876  ax-cnre 7878  ax-pre-ltirr 7879  ax-pre-ltwlin 7880  ax-pre-lttrn 7881  ax-pre-ltadd 7883

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1351  df-fal 1354  df-nf 1454  df-sb 1756  df-eu 2022  df-mo 2023  df-clab 2157  df-cleq 2163  df-clel 2166  df-nfc 2301  df-ne 2341  df-nel 2436  df-ral 2453  df-rex 2454  df-reu 2455  df-rab 2457  df-v 2732  df-sbc 2956  df-csb 3050  df-dif 3123  df-un 3125  df-in 3127  df-ss 3134  df-nul 3415  df-pw 3566  df-sn 3587  df-pr 3588  df-op 3590  df-uni 3795  df-int 3830  df-iun 3873  df-br 3988  df-opab 4049  df-mpt 4050  df-tr 4086  df-id 4276  df-iord 4349  df-on 4351  df-ilim 4352  df-suc 4354  df-iom 4573  df-xp 4615  df-rel 4616  df-cnv 4617  df-co 4618  df-dm 4619  df-rn 4620  df-res 4621  df-ima 4622  df-iota 5158  df-fun 5198  df-fn 5199  df-f 5200  df-f1 5201  df-fo 5202  df-f1o 5203  df-fv 5204  df-riota 5807  df-ov 5854  df-oprab 5855  df-mpo 5856  df-1st 6117  df-2nd 6118  df-recs 6282  df-frec 6368  df-pnf 7949  df-mnf 7950  df-xr 7951  df-ltxr 7952  df-le 7953  df-sub 8085  df-neg 8086  df-inn 8872  df-n0 9129  df-z 9206  df-uz 9481  df-fz 9959  df-seqfrec 10395

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