ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  algcvg GIF version

Theorem algcvg 12048
Description: One way to prove that an algorithm halts is to construct a countdown function 𝐢:π‘†βŸΆβ„•0 whose value is guaranteed to decrease for each iteration of 𝐹 until it reaches 0. That is, if 𝑋 ∈ 𝑆 is not a fixed point of 𝐹, then (πΆβ€˜(πΉβ€˜π‘‹)) < (πΆβ€˜π‘‹).

If 𝐢 is a countdown function for algorithm 𝐹, the sequence (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘˜)) reaches 0 after at most 𝑁 steps, where 𝑁 is the value of 𝐢 for the initial state 𝐴. (Contributed by Paul Chapman, 22-Jun-2011.)

Hypotheses
Ref Expression
algcvg.1 𝐹:π‘†βŸΆπ‘†
algcvg.2 𝑅 = seq0((𝐹 ∘ 1st ), (β„•0 Γ— {𝐴}))
algcvg.3 𝐢:π‘†βŸΆβ„•0
algcvg.4 (𝑧 ∈ 𝑆 β†’ ((πΆβ€˜(πΉβ€˜π‘§)) β‰  0 β†’ (πΆβ€˜(πΉβ€˜π‘§)) < (πΆβ€˜π‘§)))
algcvg.5 𝑁 = (πΆβ€˜π΄)
Assertion
Ref Expression
algcvg (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘)) = 0)
Distinct variable groups:   𝑧,𝐢   𝑧,𝐹   𝑧,𝑅   𝑧,𝑆
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑧)   𝑁(𝑧)

Proof of Theorem algcvg
Dummy variable π‘˜ is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nn0uz 9562 . . . 4 β„•0 = (β„€β‰₯β€˜0)
2 algcvg.2 . . . 4 𝑅 = seq0((𝐹 ∘ 1st ), (β„•0 Γ— {𝐴}))
3 0zd 9265 . . . 4 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ 0 ∈ β„€)
4 id 19 . . . 4 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ 𝐴 ∈ 𝑆)
5 algcvg.1 . . . . 5 𝐹:π‘†βŸΆπ‘†
65a1i 9 . . . 4 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ 𝐹:π‘†βŸΆπ‘†)
71, 2, 3, 4, 6algrf 12045 . . 3 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ 𝑅:β„•0βŸΆπ‘†)
8 algcvg.5 . . . 4 𝑁 = (πΆβ€˜π΄)
9 algcvg.3 . . . . 5 𝐢:π‘†βŸΆβ„•0
109ffvelcdmi 5651 . . . 4 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ (πΆβ€˜π΄) ∈ β„•0)
118, 10eqeltrid 2264 . . 3 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ 𝑁 ∈ β„•0)
12 fvco3 5588 . . 3 ((𝑅:β„•0βŸΆπ‘† ∧ 𝑁 ∈ β„•0) β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜π‘) = (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘)))
137, 11, 12syl2anc 411 . 2 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜π‘) = (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘)))
14 fco 5382 . . . 4 ((𝐢:π‘†βŸΆβ„•0 ∧ 𝑅:β„•0βŸΆπ‘†) β†’ (𝐢 ∘ 𝑅):β„•0βŸΆβ„•0)
159, 7, 14sylancr 414 . . 3 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ (𝐢 ∘ 𝑅):β„•0βŸΆβ„•0)
16 0nn0 9191 . . . . . 6 0 ∈ β„•0
17 fvco3 5588 . . . . . 6 ((𝑅:β„•0βŸΆπ‘† ∧ 0 ∈ β„•0) β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜0) = (πΆβ€˜(π‘…β€˜0)))
187, 16, 17sylancl 413 . . . . 5 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜0) = (πΆβ€˜(π‘…β€˜0)))
191, 2, 3, 4, 6ialgr0 12044 . . . . . 6 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ (π‘…β€˜0) = 𝐴)
2019fveq2d 5520 . . . . 5 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ (πΆβ€˜(π‘…β€˜0)) = (πΆβ€˜π΄))
2118, 20eqtrd 2210 . . . 4 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜0) = (πΆβ€˜π΄))
228, 21eqtr4id 2229 . . 3 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ 𝑁 = ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜0))
237ffvelcdmda 5652 . . . . 5 ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ (π‘…β€˜π‘˜) ∈ 𝑆)
24 2fveq3 5521 . . . . . . . 8 (𝑧 = (π‘…β€˜π‘˜) β†’ (πΆβ€˜(πΉβ€˜π‘§)) = (πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))))
2524neeq1d 2365 . . . . . . 7 (𝑧 = (π‘…β€˜π‘˜) β†’ ((πΆβ€˜(πΉβ€˜π‘§)) β‰  0 ↔ (πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))) β‰  0))
26 fveq2 5516 . . . . . . . 8 (𝑧 = (π‘…β€˜π‘˜) β†’ (πΆβ€˜π‘§) = (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘˜)))
2724, 26breq12d 4017 . . . . . . 7 (𝑧 = (π‘…β€˜π‘˜) β†’ ((πΆβ€˜(πΉβ€˜π‘§)) < (πΆβ€˜π‘§) ↔ (πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))) < (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))))
2825, 27imbi12d 234 . . . . . 6 (𝑧 = (π‘…β€˜π‘˜) β†’ (((πΆβ€˜(πΉβ€˜π‘§)) β‰  0 β†’ (πΆβ€˜(πΉβ€˜π‘§)) < (πΆβ€˜π‘§)) ↔ ((πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))) β‰  0 β†’ (πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))) < (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘˜)))))
29 algcvg.4 . . . . . 6 (𝑧 ∈ 𝑆 β†’ ((πΆβ€˜(πΉβ€˜π‘§)) β‰  0 β†’ (πΆβ€˜(πΉβ€˜π‘§)) < (πΆβ€˜π‘§)))
3028, 29vtoclga 2804 . . . . 5 ((π‘…β€˜π‘˜) ∈ 𝑆 β†’ ((πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))) β‰  0 β†’ (πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))) < (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))))
3123, 30syl 14 . . . 4 ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ ((πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))) β‰  0 β†’ (πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))) < (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))))
32 peano2nn0 9216 . . . . . . 7 (π‘˜ ∈ β„•0 β†’ (π‘˜ + 1) ∈ β„•0)
33 fvco3 5588 . . . . . . 7 ((𝑅:β„•0βŸΆπ‘† ∧ (π‘˜ + 1) ∈ β„•0) β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜(π‘˜ + 1)) = (πΆβ€˜(π‘…β€˜(π‘˜ + 1))))
347, 32, 33syl2an 289 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜(π‘˜ + 1)) = (πΆβ€˜(π‘…β€˜(π‘˜ + 1))))
351, 2, 3, 4, 6algrp1 12046 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ (π‘…β€˜(π‘˜ + 1)) = (πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜)))
3635fveq2d 5520 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ (πΆβ€˜(π‘…β€˜(π‘˜ + 1))) = (πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))))
3734, 36eqtrd 2210 . . . . 5 ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜(π‘˜ + 1)) = (πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))))
3837neeq1d 2365 . . . 4 ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ (((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜(π‘˜ + 1)) β‰  0 ↔ (πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))) β‰  0))
39 fvco3 5588 . . . . . 6 ((𝑅:β„•0βŸΆπ‘† ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜π‘˜) = (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘˜)))
407, 39sylan 283 . . . . 5 ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜π‘˜) = (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘˜)))
4137, 40breq12d 4017 . . . 4 ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ (((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜(π‘˜ + 1)) < ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜π‘˜) ↔ (πΆβ€˜(πΉβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))) < (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘˜))))
4231, 38, 413imtr4d 203 . . 3 ((𝐴 ∈ 𝑆 ∧ π‘˜ ∈ β„•0) β†’ (((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜(π‘˜ + 1)) β‰  0 β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜(π‘˜ + 1)) < ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜π‘˜)))
4315, 22, 42nn0seqcvgd 12041 . 2 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ ((𝐢 ∘ 𝑅)β€˜π‘) = 0)
4413, 43eqtr3d 2212 1 (𝐴 ∈ 𝑆 β†’ (πΆβ€˜(π‘…β€˜π‘)) = 0)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1353   ∈ wcel 2148   β‰  wne 2347  {csn 3593   class class class wbr 4004   Γ— cxp 4625   ∘ ccom 4631  βŸΆwf 5213  β€˜cfv 5217  (class class class)co 5875  1st c1st 6139  0cc0 7811  1c1 7812   + caddc 7814   < clt 7992  β„•0cn0 9176  seqcseq 10445
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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4119  ax-sep 4122  ax-nul 4130  ax-pow 4175  ax-pr 4210  ax-un 4434  ax-setind 4537  ax-iinf 4588  ax-cnex 7902  ax-resscn 7903  ax-1cn 7904  ax-1re 7905  ax-icn 7906  ax-addcl 7907  ax-addrcl 7908  ax-mulcl 7909  ax-addcom 7911  ax-addass 7913  ax-distr 7915  ax-i2m1 7916  ax-0lt1 7917  ax-0id 7919  ax-rnegex 7920  ax-cnre 7922  ax-pre-ltirr 7923  ax-pre-ltwlin 7924  ax-pre-lttrn 7925  ax-pre-apti 7926  ax-pre-ltadd 7927
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rab 2464  df-v 2740  df-sbc 2964  df-csb 3059  df-dif 3132  df-un 3134  df-in 3136  df-ss 3143  df-nul 3424  df-pw 3578  df-sn 3599  df-pr 3600  df-op 3602  df-uni 3811  df-int 3846  df-iun 3889  df-br 4005  df-opab 4066  df-mpt 4067  df-tr 4103  df-id 4294  df-iord 4367  df-on 4369  df-ilim 4370  df-suc 4372  df-iom 4591  df-xp 4633  df-rel 4634  df-cnv 4635  df-co 4636  df-dm 4637  df-rn 4638  df-res 4639  df-ima 4640  df-iota 5179  df-fun 5219  df-fn 5220  df-f 5221  df-f1 5222  df-fo 5223  df-f1o 5224  df-fv 5225  df-riota 5831  df-ov 5878  df-oprab 5879  df-mpo 5880  df-1st 6141  df-2nd 6142  df-recs 6306  df-frec 6392  df-pnf 7994  df-mnf 7995  df-xr 7996  df-ltxr 7997  df-le 7998  df-sub 8130  df-neg 8131  df-inn 8920  df-n0 9177  df-z 9254  df-uz 9529  df-seqfrec 10446
This theorem is referenced by:  algcvga  12051
  Copyright terms: Public domain W3C validator