Theorem ser3mono 10558

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 2193	. . . 4 |- ( ZZ>= ` M ) = ( ZZ>= ` M )
3		sermono.1	. . . . . 6 |- ( ph -> K e. ( ZZ>= ` M ) )
4		eluzel2 9597	. . . . . 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 10555	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> seq M ( + , F ) : ( ZZ>= ` M ) --> RR )
10		elfzuz 10087	. . . 4 |- ( k e. ( K ... N ) -> k e. ( ZZ>= ` K ) )
11		uztrn 9609	. . . 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 5694	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) e. RR )
14		fveq2 5554	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( F ` x ) = ( F ` ( k + 1 ) ) )
15	14	breq2d 4041	. . . . 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 2567	. . . . . 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 9601	. . . . . . . . 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 9601	. . . . . . . . . 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 9355	. . . . . . . . 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 10091	. . . . . . . . 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 9344	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> 1 e. ZZ )
31		fzaddel 10125	. . . . . . . 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 9322	. . . . . . . . 9 |- ( N e. ZZ -> N e. CC )
35		ax-1cn 7965	. . . . . . . . 9 |- 1 e. CC
36		npcan 8228	. . . . . . . . 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 5934	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( ( K + 1 ) ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) = ( ( K + 1 ) ... N ) )
40	33, 39	eleqtrd 2272	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( ( K + 1 ) ... N ) )
41	15, 18, 40	rspcdva 2869	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> 0 <_ ( F ` ( k + 1 ) ) )
42		fzelp1 10140	. . . . . . . 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 5934	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( K ... ( ( N - 1 ) + 1 ) ) = ( K ... N ) )
45	43, 44	eleqtrd 2272	. . . . . 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 2262	. . . . . 6 |- ( x = ( k + 1 ) -> ( ( F ` x ) e. RR <-> ( F ` ( k + 1 ) ) e. RR ) )
48	7	ralrimiva 2567	. . . . . . 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 10129	. . . . . . . . 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 10141	. . . . . . . . . 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 2272	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( K ... N ) )
55	51, 54	sseldd 3180	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( k + 1 ) e. ( M ... N ) )
56		elfzuz 10087	. . . . . . 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 2869	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( F ` ( k + 1 ) ) e. RR )
59	46, 58	addge01d 8552	. . . 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 7998	. . . . 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 10536	. . 3 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` ( k + 1 ) ) = ( ( seq M ( + , F ) ` k ) + ( F ` ( k + 1 ) ) ) )
66	60, 65	breqtrrd 4057	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( K ... ( N - 1 ) ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` k ) <_ ( seq M ( + , F ) ` ( k + 1 ) ) )
67	1, 13, 66	monoord 10556	1 |- ( ph -> ( seq M ( + , F ) ` K ) <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1364   e. wcel 2164   A.wral 2472   C_ wss 3153   class class class wbr 4029   ` cfv 5254  (class class class)co 5918   CCcc 7870   RRcr 7871   0cc0 7872   1c1 7873   + caddc 7875   <_ cle 8055   - cmin 8190   ZZcz 9317   ZZ>=cuz 9592   ...cfz 10074   seqcseq 10518

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 1458  ax-7 1459  ax-gen 1460  ax-ie1 1504  ax-ie2 1505  ax-8 1515  ax-10 1516  ax-11 1517  ax-i12 1518  ax-bndl 1520  ax-4 1521  ax-17 1537  ax-i9 1541  ax-ial 1545  ax-i5r 1546  ax-13 2166  ax-14 2167  ax-ext 2175  ax-coll 4144  ax-sep 4147  ax-nul 4155  ax-pow 4203  ax-pr 4238  ax-un 4464  ax-setind 4569  ax-iinf 4620  ax-cnex 7963  ax-resscn 7964  ax-1cn 7965  ax-1re 7966  ax-icn 7967  ax-addcl 7968  ax-addrcl 7969  ax-mulcl 7970  ax-addcom 7972  ax-addass 7974  ax-distr 7976  ax-i2m1 7977  ax-0lt1 7978  ax-0id 7980  ax-rnegex 7981  ax-cnre 7983  ax-pre-ltirr 7984  ax-pre-ltwlin 7985  ax-pre-lttrn 7986  ax-pre-ltadd 7988

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1472  df-sb 1774  df-eu 2045  df-mo 2046  df-clab 2180  df-cleq 2186  df-clel 2189  df-nfc 2325  df-ne 2365  df-nel 2460  df-ral 2477  df-rex 2478  df-reu 2479  df-rab 2481  df-v 2762  df-sbc 2986  df-csb 3081  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-nul 3447  df-pw 3603  df-sn 3624  df-pr 3625  df-op 3627  df-uni 3836  df-int 3871  df-iun 3914  df-br 4030  df-opab 4091  df-mpt 4092  df-tr 4128  df-id 4324  df-iord 4397  df-on 4399  df-ilim 4400  df-suc 4402  df-iom 4623  df-xp 4665  df-rel 4666  df-cnv 4667  df-co 4668  df-dm 4669  df-rn 4670  df-res 4671  df-ima 4672  df-iota 5215  df-fun 5256  df-fn 5257  df-f 5258  df-f1 5259  df-fo 5260  df-f1o 5261  df-fv 5262  df-riota 5873  df-ov 5921  df-oprab 5922  df-mpo 5923  df-1st 6193  df-2nd 6194  df-recs 6358  df-frec 6444  df-pnf 8056  df-mnf 8057  df-xr 8058  df-ltxr 8059  df-le 8060  df-sub 8192  df-neg 8193  df-inn 8983  df-n0 9241  df-z 9318  df-uz 9593  df-fz 10075  df-seqfrec 10519

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