Theorem ser3mono 10403

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 2164	. . . 4 |- ( ZZ>= ` M ) = ( ZZ>= ` M )
3		sermono.1	. . . . . 6 |- ( ph -> K e. ( ZZ>= ` M ) )
4		eluzel2 9462	. . . . . 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 469	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) /\ x e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` x ) e. RR )
9	2, 6, 8	serfre 10400	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> seq M ( + , F ) : ( ZZ>= ` M ) --> RR )
10		elfzuz 9947	. . . 4 |- ( k e. ( K ... N ) -> k e. ( ZZ>= ` K ) )
11		uztrn 9473	. . . 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 5615	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) e. RR )
14		fveq2 5480	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( F ` x ) = ( F ` ( k + 1 ) ) )
15	14	breq2d 3988	. . . . 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 2537	. . . . . 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 9466	. . . . . . . . 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 9466	. . . . . . . . . 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 9220	. . . . . . . . 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 9951	. . . . . . . . 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 9209	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> 1 e. ZZ )
31		fzaddel 9984	. . . . . . . 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 1228	. . . . . . 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 9187	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> N e. CC )
35		ax-1cn 7837	. . . . . . . . 9 |- 1 e. CC
36		npcan 8098	. . . . . . . . 9 |- ( ( N e. CC /\ 1 e. CC ) -> ( ( N - 1 ) + 1 ) = N )
37	34, 35, 36	sylancl 410	. . . . . . . 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 5852	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( ( K + 1 ) ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) = ( ( K + 1 ) ... N ) )
40	33, 39	eleqtrd 2243	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( ( K + 1 ) ... N ) )
41	15, 18, 40	rspcdva 2830	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> 0 <_ ( F ` ( k + 1 ) ) )
42		fzelp1 9999	. . . . . . . 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 5852	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) = ( K ... N ) )
45	43, 44	eleqtrd 2243	. . . . . 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 2233	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( ( F ` x ) e. RR <-> ( F ` ( k + 1 ) ) e. RR ) )
48	7	ralrimiva 2537	. . . . . . 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 9988	. . . . . . . . 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 10000	. . . . . . . . . 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 2243	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( K ... N ) )
55	51, 54	sseldd 3138	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( M ... N ) )
56		elfzuz 9947	. . . . . . 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 2830	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( F ` ( k + 1 ) ) e. RR )
59	46, 58	addge01d 8422	. . . 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 469	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) /\ x e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` x ) e. RR )
63		readdcl 7870	. . . . 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 10387	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` ( k + 1 ) ) = ( ( seq M ( + , F ) ` k ) + ( F ` ( k + 1 ) ) ) )
66	60, 65	breqtrrd 4004	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) <_ ( seq M ( + , F ) ` ( k + 1 ) ) )
67	1, 13, 66	monoord 10401	1 |- ( ph -> ( seq M ( + , F ) ` K ) <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 103   <-> wb 104   = wceq 1342   e. wcel 2135   A.wral 2442   C_ wss 3111   class class class wbr 3976   ` cfv 5182  (class class class)co 5836   CCcc 7742   RRcr 7743   0cc0 7744   1c1 7745   + caddc 7747   <_ cle 7925   - cmin 8060   ZZcz 9182   ZZ>=cuz 9457   ...cfz 9935   seqcseq 10370

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 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1434  ax-7 1435  ax-gen 1436  ax-ie1 1480  ax-ie2 1481  ax-8 1491  ax-10 1492  ax-11 1493  ax-i12 1494  ax-bndl 1496  ax-4 1497  ax-17 1513  ax-i9 1517  ax-ial 1521  ax-i5r 1522  ax-13 2137  ax-14 2138  ax-ext 2146  ax-coll 4091  ax-sep 4094  ax-nul 4102  ax-pow 4147  ax-pr 4181  ax-un 4405  ax-setind 4508  ax-iinf 4559  ax-cnex 7835  ax-resscn 7836  ax-1cn 7837  ax-1re 7838  ax-icn 7839  ax-addcl 7840  ax-addrcl 7841  ax-mulcl 7842  ax-addcom 7844  ax-addass 7846  ax-distr 7848  ax-i2m1 7849  ax-0lt1 7850  ax-0id 7852  ax-rnegex 7853  ax-cnre 7855  ax-pre-ltirr 7856  ax-pre-ltwlin 7857  ax-pre-lttrn 7858  ax-pre-ltadd 7860

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3or 968  df-3an 969  df-tru 1345  df-fal 1348  df-nf 1448  df-sb 1750  df-eu 2016  df-mo 2017  df-clab 2151  df-cleq 2157  df-clel 2160  df-nfc 2295  df-ne 2335  df-nel 2430  df-ral 2447  df-rex 2448  df-reu 2449  df-rab 2451  df-v 2723  df-sbc 2947  df-csb 3041  df-dif 3113  df-un 3115  df-in 3117  df-ss 3124  df-nul 3405  df-pw 3555  df-sn 3576  df-pr 3577  df-op 3579  df-uni 3784  df-int 3819  df-iun 3862  df-br 3977  df-opab 4038  df-mpt 4039  df-tr 4075  df-id 4265  df-iord 4338  df-on 4340  df-ilim 4341  df-suc 4343  df-iom 4562  df-xp 4604  df-rel 4605  df-cnv 4606  df-co 4607  df-dm 4608  df-rn 4609  df-res 4610  df-ima 4611  df-iota 5147  df-fun 5184  df-fn 5185  df-f 5186  df-f1 5187  df-fo 5188  df-f1o 5189  df-fv 5190  df-riota 5792  df-ov 5839  df-oprab 5840  df-mpo 5841  df-1st 6100  df-2nd 6101  df-recs 6264  df-frec 6350  df-pnf 7926  df-mnf 7927  df-xr 7928  df-ltxr 7929  df-le 7930  df-sub 8062  df-neg 8063  df-inn 8849  df-n0 9106  df-z 9183  df-uz 9458  df-fz 9936  df-seqfrec 10371

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