Theorem ser3mono 10579

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 2196	. . . 4 |- ( ZZ>= ` M ) = ( ZZ>= ` M )
3		sermono.1	. . . . . 6 |- ( ph -> K e. ( ZZ>= ` M ) )
4		eluzel2 9606	. . . . . 6 |- ( K e. ( ZZ>= ` M ) -> M e. ZZ )
5	3, 4	syl 14	. . . . 5 |- ( ph -> M e. ZZ )
6	5	adantr 276	. . . 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 477	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) /\ x e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` x ) e. RR )
9	2, 6, 8	serfre 10576	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> seq M ( + , F ) : ( ZZ>= ` M ) --> RR )
10		elfzuz 10096	. . . 4 |- ( k e. ( K ... N ) -> k e. ( ZZ>= ` K ) )
11		uztrn 9618	. . . 4 |- ( ( k e. ( ZZ>= ` K ) /\ K e. ( ZZ>= ` M ) ) -> k e. ( ZZ>= ` M ) )
12	10, 3, 11	syl2anr 290	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> k e. ( ZZ>= ` M ) )
13	9, 12	ffvelcdmd 5698	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) e. RR )
14		fveq2 5558	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( F ` x ) = ( F ` ( k + 1 ) ) )
15	14	breq2d 4045	. . . . 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 2570	. . . . . 6 |- ( ph -> A. x e. ( ( K + 1 ) ... N ) 0 <_ ( F ` x ) )
18	17	adantr 276	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> A. x e. ( ( K + 1 ) ... N ) 0 <_ ( F ` x ) )
19		simpr 110	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> k e. ( K ... ( N - 1 ) ) )
20	3	adantr 276	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> K e. ( ZZ>= ` M ) )
21		eluzelz 9610	. . . . . . . . 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 276	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> N e. ( ZZ>= ` K ) )
24		eluzelz 9610	. . . . . . . . . 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 9364	. . . . . . . . 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 10100	. . . . . . . . 9 |- ( k e. ( K ... ( N - 1 ) ) -> k e. ZZ )
29	28	adantl 277	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> k e. ZZ )
30		1zzd 9353	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> 1 e. ZZ )
31		fzaddel 10134	. . . . . . . 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 1250	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k e. ( K ... ( N - 1 ) ) <-> ( k + 1 ) e. ( ( K + 1 ) ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) ) )
33	19, 32	mpbid 147	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( ( K + 1 ) ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) )
34		zcn 9331	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> N e. CC )
35		ax-1cn 7972	. . . . . . . . 9 |- 1 e. CC
36		npcan 8235	. . . . . . . . 9 |- ( ( N e. CC /\ 1 e. CC ) -> ( ( N - 1 ) + 1 ) = N )
37	34, 35, 36	sylancl 413	. . . . . . . 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 5938	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( ( K + 1 ) ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) = ( ( K + 1 ) ... N ) )
40	33, 39	eleqtrd 2275	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( ( K + 1 ) ... N ) )
41	15, 18, 40	rspcdva 2873	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> 0 <_ ( F ` ( k + 1 ) ) )
42		fzelp1 10149	. . . . . . . 8 |- ( k e. ( K ... ( N - 1 ) ) -> k e. ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) )
43	42	adantl 277	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> k e. ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) )
44	38	oveq2d 5938	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) = ( K ... N ) )
45	43, 44	eleqtrd 2275	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> k e. ( K ... N ) )
46	45, 13	syldan 282	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) e. RR )
47	14	eleq1d 2265	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( ( F ` x ) e. RR <-> ( F ` ( k + 1 ) ) e. RR ) )
48	7	ralrimiva 2570	. . . . . . 7 |- ( ph -> A. x e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` x ) e. RR )
49	48	adantr 276	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> A. x e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` x ) e. RR )
50		fzss1 10138	. . . . . . . . 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 10150	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. ( K ... ( N - 1 ) ) -> ( k + 1 ) e. ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) )
53	52	adantl 277	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) )
54	53, 44	eleqtrd 2275	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( K ... N ) )
55	51, 54	sseldd 3184	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( M ... N ) )
56		elfzuz 10096	. . . . . . 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 2873	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( F ` ( k + 1 ) ) e. RR )
59	46, 58	addge01d 8560	. . . 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 147	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) <_ ( ( seq M ( + , F ) ` k ) + ( F ` ( k + 1 ) ) ) )
61	45, 12	syldan 282	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> k e. ( ZZ>= ` M ) )
62	7	adantlr 477	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) /\ x e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` x ) e. RR )
63		readdcl 8005	. . . . 5 |- ( ( x e. RR /\ y e. RR ) -> ( x + y ) e. RR )
64	63	adantl 277	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) /\ ( x e. RR /\ y e. RR ) ) -> ( x + y ) e. RR )
65	61, 62, 64	seq3p1 10557	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` ( k + 1 ) ) = ( ( seq M ( + , F ) ` k ) + ( F ` ( k + 1 ) ) ) )
66	60, 65	breqtrrd 4061	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) <_ ( seq M ( + , F ) ` ( k + 1 ) ) )
67	1, 13, 66	monoord 10577	1 |- ( ph -> ( seq M ( + , F ) ` K ) <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1364   e. wcel 2167   A.wral 2475   C_ wss 3157   class class class wbr 4033   ` cfv 5258  (class class class)co 5922   CCcc 7877   RRcr 7878   0cc0 7879   1c1 7880   + caddc 7882   <_ cle 8062   - cmin 8197   ZZcz 9326   ZZ>=cuz 9601   ...cfz 10083   seqcseq 10539

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 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-coll 4148  ax-sep 4151  ax-nul 4159  ax-pow 4207  ax-pr 4242  ax-un 4468  ax-setind 4573  ax-iinf 4624  ax-cnex 7970  ax-resscn 7971  ax-1cn 7972  ax-1re 7973  ax-icn 7974  ax-addcl 7975  ax-addrcl 7976  ax-mulcl 7977  ax-addcom 7979  ax-addass 7981  ax-distr 7983  ax-i2m1 7984  ax-0lt1 7985  ax-0id 7987  ax-rnegex 7988  ax-cnre 7990  ax-pre-ltirr 7991  ax-pre-ltwlin 7992  ax-pre-lttrn 7993  ax-pre-ltadd 7995

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-nel 2463  df-ral 2480  df-rex 2481  df-reu 2482  df-rab 2484  df-v 2765  df-sbc 2990  df-csb 3085  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-nul 3451  df-pw 3607  df-sn 3628  df-pr 3629  df-op 3631  df-uni 3840  df-int 3875  df-iun 3918  df-br 4034  df-opab 4095  df-mpt 4096  df-tr 4132  df-id 4328  df-iord 4401  df-on 4403  df-ilim 4404  df-suc 4406  df-iom 4627  df-xp 4669  df-rel 4670  df-cnv 4671  df-co 4672  df-dm 4673  df-rn 4674  df-res 4675  df-ima 4676  df-iota 5219  df-fun 5260  df-fn 5261  df-f 5262  df-f1 5263  df-fo 5264  df-f1o 5265  df-fv 5266  df-riota 5877  df-ov 5925  df-oprab 5926  df-mpo 5927  df-1st 6198  df-2nd 6199  df-recs 6363  df-frec 6449  df-pnf 8063  df-mnf 8064  df-xr 8065  df-ltxr 8066  df-le 8067  df-sub 8199  df-neg 8200  df-inn 8991  df-n0 9250  df-z 9327  df-uz 9602  df-fz 10084  df-seqfrec 10540

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