Theorem ser3mono 10654

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 2206	. . . 4 |- ( ZZ>= ` M ) = ( ZZ>= ` M )
3		sermono.1	. . . . . 6 |- ( ph -> K e. ( ZZ>= ` M ) )
4		eluzel2 9673	. . . . . 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 10651	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> seq M ( + , F ) : ( ZZ>= ` M ) --> RR )
10		elfzuz 10163	. . . 4 |- ( k e. ( K ... N ) -> k e. ( ZZ>= ` K ) )
11		uztrn 9685	. . . 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 5729	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) e. RR )
14		fveq2 5589	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( F ` x ) = ( F ` ( k + 1 ) ) )
15	14	breq2d 4063	. . . . 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 2580	. . . . . 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 9677	. . . . . . . . 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 9677	. . . . . . . . . 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 9430	. . . . . . . . 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 10167	. . . . . . . . 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 9419	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> 1 e. ZZ )
31		fzaddel 10201	. . . . . . . 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 1251	. . . . . . 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 9397	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> N e. CC )
35		ax-1cn 8038	. . . . . . . . 9 |- 1 e. CC
36		npcan 8301	. . . . . . . . 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 5973	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( ( K + 1 ) ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) = ( ( K + 1 ) ... N ) )
40	33, 39	eleqtrd 2285	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( ( K + 1 ) ... N ) )
41	15, 18, 40	rspcdva 2886	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> 0 <_ ( F ` ( k + 1 ) ) )
42		fzelp1 10216	. . . . . . . 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 5973	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) = ( K ... N ) )
45	43, 44	eleqtrd 2285	. . . . . 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 2275	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( ( F ` x ) e. RR <-> ( F ` ( k + 1 ) ) e. RR ) )
48	7	ralrimiva 2580	. . . . . . 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 10205	. . . . . . . . 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 10217	. . . . . . . . . 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 2285	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( K ... N ) )
55	51, 54	sseldd 3198	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( M ... N ) )
56		elfzuz 10163	. . . . . . 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 2886	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( F ` ( k + 1 ) ) e. RR )
59	46, 58	addge01d 8626	. . . 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 8071	. . . . 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 10632	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` ( k + 1 ) ) = ( ( seq M ( + , F ) ` k ) + ( F ` ( k + 1 ) ) ) )
66	60, 65	breqtrrd 4079	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) <_ ( seq M ( + , F ) ` ( k + 1 ) ) )
67	1, 13, 66	monoord 10652	1 |- ( ph -> ( seq M ( + , F ) ` K ) <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1373   e. wcel 2177   A.wral 2485   C_ wss 3170   class class class wbr 4051   ` cfv 5280  (class class class)co 5957   CCcc 7943   RRcr 7944   0cc0 7945   1c1 7946   + caddc 7948   <_ cle 8128   - cmin 8263   ZZcz 9392   ZZ>=cuz 9668   ...cfz 10150   seqcseq 10614

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 711  ax-5 1471  ax-7 1472  ax-gen 1473  ax-ie1 1517  ax-ie2 1518  ax-8 1528  ax-10 1529  ax-11 1530  ax-i12 1531  ax-bndl 1533  ax-4 1534  ax-17 1550  ax-i9 1554  ax-ial 1558  ax-i5r 1559  ax-13 2179  ax-14 2180  ax-ext 2188  ax-coll 4167  ax-sep 4170  ax-nul 4178  ax-pow 4226  ax-pr 4261  ax-un 4488  ax-setind 4593  ax-iinf 4644  ax-cnex 8036  ax-resscn 8037  ax-1cn 8038  ax-1re 8039  ax-icn 8040  ax-addcl 8041  ax-addrcl 8042  ax-mulcl 8043  ax-addcom 8045  ax-addass 8047  ax-distr 8049  ax-i2m1 8050  ax-0lt1 8051  ax-0id 8053  ax-rnegex 8054  ax-cnre 8056  ax-pre-ltirr 8057  ax-pre-ltwlin 8058  ax-pre-lttrn 8059  ax-pre-ltadd 8061

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2193  df-cleq 2199  df-clel 2202  df-nfc 2338  df-ne 2378  df-nel 2473  df-ral 2490  df-rex 2491  df-reu 2492  df-rab 2494  df-v 2775  df-sbc 3003  df-csb 3098  df-dif 3172  df-un 3174  df-in 3176  df-ss 3183  df-nul 3465  df-pw 3623  df-sn 3644  df-pr 3645  df-op 3647  df-uni 3857  df-int 3892  df-iun 3935  df-br 4052  df-opab 4114  df-mpt 4115  df-tr 4151  df-id 4348  df-iord 4421  df-on 4423  df-ilim 4424  df-suc 4426  df-iom 4647  df-xp 4689  df-rel 4690  df-cnv 4691  df-co 4692  df-dm 4693  df-rn 4694  df-res 4695  df-ima 4696  df-iota 5241  df-fun 5282  df-fn 5283  df-f 5284  df-f1 5285  df-fo 5286  df-f1o 5287  df-fv 5288  df-riota 5912  df-ov 5960  df-oprab 5961  df-mpo 5962  df-1st 6239  df-2nd 6240  df-recs 6404  df-frec 6490  df-pnf 8129  df-mnf 8130  df-xr 8131  df-ltxr 8132  df-le 8133  df-sub 8265  df-neg 8266  df-inn 9057  df-n0 9316  df-z 9393  df-uz 9669  df-fz 10151  df-seqfrec 10615

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