Theorem bitsfzolem 12633

Description: Lemma for bitsfzo 12634. (Contributed by Mario Carneiro, 5-Sep-2016.) (Revised by AV, 1-Oct-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
bitsfzo.1	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
bitsfzo.2	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ0)
bitsfzo.3	⊢ (𝜑 → (bits‘𝑁) ⊆ (0..^𝑀))
bitsfzo.4	⊢ 𝑆 = inf({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)}, ℝ, < )

Assertion

Ref	Expression
bitsfzolem	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (0..^(2↑𝑀)))

Distinct variable groups:   𝑛,𝑀   𝑛,𝑁   𝜑,𝑛

Allowed substitution hint:   𝑆(𝑛)

Proof of Theorem bitsfzolem

Dummy variables 𝑢 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		bitsfzo.1	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
2		nn0uz 9885	. . 3 ⊢ ℕ0 = (ℤ≥‘0)
3	1, 2	eleqtrdi 2325	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘0))
4		2nn 9395	. . . . 5 ⊢ 2 ∈ ℕ
5	4	a1i 9	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℕ)
6		bitsfzo.2	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ0)
7	5, 6	nnexpcld 11053	. . 3 ⊢ (𝜑 → (2↑𝑀) ∈ ℕ)
8	7	nnzd 9695	. 2 ⊢ (𝜑 → (2↑𝑀) ∈ ℤ)
9		bitsfzo.3	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (bits‘𝑁) ⊆ (0..^𝑀))
10	9	adantr 276	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (bits‘𝑁) ⊆ (0..^𝑀))
11		n2dvds1 12591	. . . . . . . . 9 ⊢ ¬ 2 ∥ 1
12	4	a1i 9	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 2 ∈ ℕ)
13		ssrab2 3322	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)} ⊆ ℕ0
14		bitsfzo.4	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ 𝑆 = inf({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)}, ℝ, < )
15		nnssnn0 9495	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ ℕ ⊆ ℕ0
16	1	nn0red 9550	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℝ)
17		2re 9303	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 ⊢ 2 ∈ ℝ
18	17	a1i 9	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℝ)
19		1lt2 9403	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 ⊢ 1 < 2
20	19	a1i 9	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ⊢ (𝜑 → 1 < 2)
21		expnbnd 11021	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ⊢ ((𝑁 ∈ ℝ ∧ 2 ∈ ℝ ∧ 1 < 2) → ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑁 < (2↑𝑛))
22	16, 18, 20, 21	syl3anc 1274	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ (𝜑 → ∃𝑛 ∈ ℕ 𝑁 < (2↑𝑛))
23		ssrexv 3302	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ (ℕ ⊆ ℕ0 → (∃𝑛 ∈ ℕ 𝑁 < (2↑𝑛) → ∃𝑛 ∈ ℕ0 𝑁 < (2↑𝑛)))
24	15, 22, 23	mpsyl 65	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ (𝜑 → ∃𝑛 ∈ ℕ0 𝑁 < (2↑𝑛))
25		oveq2 6057	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ⊢ (𝑛 = 𝑢 → (2↑𝑛) = (2↑𝑢))
26	25	breq2d 4120	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ (𝑛 = 𝑢 → (𝑁 < (2↑𝑛) ↔ 𝑁 < (2↑𝑢)))
27	26	cbvrexv 2778	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ (∃𝑛 ∈ ℕ0 𝑁 < (2↑𝑛) ↔ ∃𝑢 ∈ ℕ0 𝑁 < (2↑𝑢))
28	24, 27	sylib 122	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ (𝜑 → ∃𝑢 ∈ ℕ0 𝑁 < (2↑𝑢))
29		0zd 9585	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑢))) → 0 ∈ ℤ)
30	2	rabeqi 2805	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)} = {𝑛 ∈ (ℤ≥‘0) ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)}
31		simpr 110	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑢))) → (𝑢 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑢)))
32	26	elrab 2972	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ (𝑢 ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)} ↔ (𝑢 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑢)))
33	31, 32	sylibr 134	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑢))) → 𝑢 ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)})
34	1	nn0zd 9694	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
35	34	ad2antrr 488	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑢))) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑢)) → 𝑁 ∈ ℤ)
36		2z 9601	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ⊢ 2 ∈ ℤ
37		elfznn0 10444	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 ⊢ (𝑛 ∈ (0...𝑢) → 𝑛 ∈ ℕ0)
38	37	adantl 277	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑢))) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑢)) → 𝑛 ∈ ℕ0)
39		zexpcl 10912	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ⊢ ((2 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (2↑𝑛) ∈ ℤ)
40	36, 38, 39	sylancr 414	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑢))) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑢)) → (2↑𝑛) ∈ ℤ)
41		zdclt 9651	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑𝑛) ∈ ℤ) → DECID 𝑁 < (2↑𝑛))
42	35, 40, 41	syl2anc 411	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑢))) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑢)) → DECID 𝑁 < (2↑𝑛))
43	29, 30, 33, 42	infssuzcldc 10591	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑢 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑢))) → inf({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)}, ℝ, < ) ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)})
44	28, 43	rexlimddv 2665	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (𝜑 → inf({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)}, ℝ, < ) ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)})
45	14, 44	eqeltrid 2319	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)})
46	13, 45	sselid 3235	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℕ0)
47	46	nn0zd 9694	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℤ)
48	47	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑆 ∈ ℤ)
49		0red 8271	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 0 ∈ ℝ)
50	6	nn0zd 9694	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
51	50	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑀 ∈ ℤ)
52	51	zred 9696	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑀 ∈ ℝ)
53	48	zred 9696	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑆 ∈ ℝ)
54	6	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑀 ∈ ℕ0)
55	54	nn0ge0d 9552	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 0 ≤ 𝑀)
56	17	a1i 9	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 2 ∈ ℝ)
57	56, 54	reexpcld 11048	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑𝑀) ∈ ℝ)
58	16	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑁 ∈ ℝ)
59	5, 46	nnexpcld 11053	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ (𝜑 → (2↑𝑆) ∈ ℕ)
60	59	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑𝑆) ∈ ℕ)
61	60	nnred 9246	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑𝑆) ∈ ℝ)
62		simpr 110	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑𝑀) ≤ 𝑁)
63	45	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑆 ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)})
64		oveq2 6057	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ (𝑚 = 𝑆 → (2↑𝑚) = (2↑𝑆))
65	64	breq2d 4120	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ (𝑚 = 𝑆 → (𝑁 < (2↑𝑚) ↔ 𝑁 < (2↑𝑆)))
66		oveq2 6057	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (2↑𝑛) = (2↑𝑚))
67	66	breq2d 4120	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑁 < (2↑𝑛) ↔ 𝑁 < (2↑𝑚)))
68	67	cbvrabv 2811	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)} = {𝑚 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑚)}
69	65, 68	elrab2 2975	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ (𝑆 ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)} ↔ (𝑆 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑𝑆)))
70	69	simprbi 275	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (𝑆 ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)} → 𝑁 < (2↑𝑆))
71	63, 70	syl 14	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑁 < (2↑𝑆))
72	57, 58, 61, 62, 71	lelttrd 8394	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑𝑀) < (2↑𝑆))
73		nn0ltexp2 11067	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((2 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0 ∧ 𝑆 ∈ ℕ0) ∧ 1 < 2) → (𝑀 < 𝑆 ↔ (2↑𝑀) < (2↑𝑆)))
74	18, 6, 46, 20, 73	syl31anc 1277	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (𝜑 → (𝑀 < 𝑆 ↔ (2↑𝑀) < (2↑𝑆)))
75	74	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑀 < 𝑆 ↔ (2↑𝑀) < (2↑𝑆)))
76	72, 75	mpbird 167	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑀 < 𝑆)
77	49, 52, 53, 55, 76	lelttrd 8394	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 0 < 𝑆)
78		elnnz 9583	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑆 ∈ ℕ ↔ (𝑆 ∈ ℤ ∧ 0 < 𝑆))
79	48, 77, 78	sylanbrc 417	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑆 ∈ ℕ)
80		nnm1nn0 9533	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑆 ∈ ℕ → (𝑆 − 1) ∈ ℕ0)
81	79, 80	syl 14	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑆 − 1) ∈ ℕ0)
82	12, 81	nnexpcld 11053	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑(𝑆 − 1)) ∈ ℕ)
83	82	nncnd 9247	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑(𝑆 − 1)) ∈ ℂ)
84	83	mullidd 8288	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (1 · (2↑(𝑆 − 1))) = (2↑(𝑆 − 1)))
85	82	nnred 9246	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑(𝑆 − 1)) ∈ ℝ)
86	53	ltm1d 9202	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑆 − 1) < 𝑆)
87		peano2zm 9611	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑆 ∈ ℤ → (𝑆 − 1) ∈ ℤ)
88	47, 87	syl 14	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝜑 → (𝑆 − 1) ∈ ℤ)
89		zltnle 9619	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((𝑆 − 1) ∈ ℤ ∧ 𝑆 ∈ ℤ) → ((𝑆 − 1) < 𝑆 ↔ ¬ 𝑆 ≤ (𝑆 − 1)))
90	88, 47, 89	syl2anc 411	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝜑 → ((𝑆 − 1) < 𝑆 ↔ ¬ 𝑆 ≤ (𝑆 − 1)))
91	90	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → ((𝑆 − 1) < 𝑆 ↔ ¬ 𝑆 ≤ (𝑆 − 1)))
92	86, 91	mpbid 147	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → ¬ 𝑆 ≤ (𝑆 − 1))
93		oveq2 6057	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝑚 = (𝑆 − 1) → (2↑𝑚) = (2↑(𝑆 − 1)))
94	93	breq2d 4120	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑚 = (𝑆 − 1) → (𝑁 < (2↑𝑚) ↔ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1))))
95	94, 68	elrab2 2975	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑆 − 1) ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)} ↔ ((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1))))
96		0zd 9585	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) ∧ ((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1)))) → 0 ∈ ℤ)
97	26	cbvrabv 2811	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ {𝑛 ∈ (ℤ≥‘0) ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)} = {𝑢 ∈ (ℤ≥‘0) ∣ 𝑁 < (2↑𝑢)}
98	30, 97	eqtri 2253	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)} = {𝑢 ∈ (ℤ≥‘0) ∣ 𝑁 < (2↑𝑢)}
99		simpr 110	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) ∧ ((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1)))) → ((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1))))
100	99, 95	sylibr 134	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) ∧ ((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1)))) → (𝑆 − 1) ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)})
101	34	ad3antrrr 492	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ ((((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) ∧ ((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1)))) ∧ 𝑢 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → 𝑁 ∈ ℤ)
102		elfznn0 10444	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 ⊢ (𝑢 ∈ (0...(𝑆 − 1)) → 𝑢 ∈ ℕ0)
103	102	adantl 277	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ ((((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) ∧ ((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1)))) ∧ 𝑢 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → 𝑢 ∈ ℕ0)
104		zexpcl 10912	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 ⊢ ((2 ∈ ℤ ∧ 𝑢 ∈ ℕ0) → (2↑𝑢) ∈ ℤ)
105	36, 103, 104	sylancr 414	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ ((((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) ∧ ((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1)))) ∧ 𝑢 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → (2↑𝑢) ∈ ℤ)
106		zdclt 9651	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑𝑢) ∈ ℤ) → DECID 𝑁 < (2↑𝑢))
107	101, 105, 106	syl2anc 411	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ ((((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) ∧ ((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1)))) ∧ 𝑢 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → DECID 𝑁 < (2↑𝑢))
108	96, 98, 100, 107	infssuzledc 10590	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) ∧ ((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1)))) → inf({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)}, ℝ, < ) ≤ (𝑆 − 1))
109	95, 108	sylan2b 287	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) ∧ (𝑆 − 1) ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)}) → inf({𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)}, ℝ, < ) ≤ (𝑆 − 1))
110	14, 109	eqbrtrid 4143	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) ∧ (𝑆 − 1) ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)}) → 𝑆 ≤ (𝑆 − 1))
111	110	ex 115	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → ((𝑆 − 1) ∈ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ 𝑁 < (2↑𝑛)} → 𝑆 ≤ (𝑆 − 1)))
112	95, 111	biimtrrid 153	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (((𝑆 − 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1))) → 𝑆 ≤ (𝑆 − 1)))
113	81, 112	mpand 429	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑁 < (2↑(𝑆 − 1)) → 𝑆 ≤ (𝑆 − 1)))
114	92, 113	mtod 669	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → ¬ 𝑁 < (2↑(𝑆 − 1)))
115	85, 58, 114	nltled 8390	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑(𝑆 − 1)) ≤ 𝑁)
116	84, 115	eqbrtrd 4130	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (1 · (2↑(𝑆 − 1))) ≤ 𝑁)
117		1red 8285	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 1 ∈ ℝ)
118		2rp 9987	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ 2 ∈ ℝ+
119	118	a1i 9	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 2 ∈ ℝ+)
120		1zzd 9600	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 1 ∈ ℤ)
121	48, 120	zsubcld 9701	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑆 − 1) ∈ ℤ)
122	119, 121	rpexpcld 11055	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑(𝑆 − 1)) ∈ ℝ+)
123	117, 58, 122	lemuldivd 10075	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → ((1 · (2↑(𝑆 − 1))) ≤ 𝑁 ↔ 1 ≤ (𝑁 / (2↑(𝑆 − 1)))))
124	116, 123	mpbid 147	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 1 ≤ (𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))))
125		2cn 9304	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ 2 ∈ ℂ
126		expm1t 10925	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((2 ∈ ℂ ∧ 𝑆 ∈ ℕ) → (2↑𝑆) = ((2↑(𝑆 − 1)) · 2))
127	125, 79, 126	sylancr 414	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑𝑆) = ((2↑(𝑆 − 1)) · 2))
128	71, 127	breqtrd 4134	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑁 < ((2↑(𝑆 − 1)) · 2))
129	58, 56, 122	ltdivmuld 10077	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → ((𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))) < 2 ↔ 𝑁 < ((2↑(𝑆 − 1)) · 2)))
130	128, 129	mpbird 167	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))) < 2)
131		df-2 9292	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 = (1 + 1)
132	130, 131	breqtrdi 4149	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))) < (1 + 1))
133		nnexpcl 10910	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((2 ∈ ℕ ∧ (𝑆 − 1) ∈ ℕ0) → (2↑(𝑆 − 1)) ∈ ℕ)
134	4, 81, 133	sylancr 414	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2↑(𝑆 − 1)) ∈ ℕ)
135		znq 9952	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑(𝑆 − 1)) ∈ ℕ) → (𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))) ∈ ℚ)
136	34, 134, 135	syl2an2r 599	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))) ∈ ℚ)
137		flqbi 10646	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))) ∈ ℚ ∧ 1 ∈ ℤ) → ((⌊‘(𝑁 / (2↑(𝑆 − 1)))) = 1 ↔ (1 ≤ (𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))) ∧ (𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))) < (1 + 1))))
138	136, 120, 137	syl2anc 411	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → ((⌊‘(𝑁 / (2↑(𝑆 − 1)))) = 1 ↔ (1 ≤ (𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))) ∧ (𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))) < (1 + 1))))
139	124, 132, 138	mpbir2and 953	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (⌊‘(𝑁 / (2↑(𝑆 − 1)))) = 1)
140	139	breq2d 4120	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (2 ∥ (⌊‘(𝑁 / (2↑(𝑆 − 1)))) ↔ 2 ∥ 1))
141	11, 140	mtbiri 682	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → ¬ 2 ∥ (⌊‘(𝑁 / (2↑(𝑆 − 1)))))
142		bitsval2 12623	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (𝑆 − 1) ∈ ℕ0) → ((𝑆 − 1) ∈ (bits‘𝑁) ↔ ¬ 2 ∥ (⌊‘(𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))))))
143	34, 81, 142	syl2an2r 599	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → ((𝑆 − 1) ∈ (bits‘𝑁) ↔ ¬ 2 ∥ (⌊‘(𝑁 / (2↑(𝑆 − 1))))))
144	141, 143	mpbird 167	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑆 − 1) ∈ (bits‘𝑁))
145	10, 144	sseldd 3238	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑆 − 1) ∈ (0..^𝑀))
146		elfzolt2 10487	. . . . . 6 ⊢ ((𝑆 − 1) ∈ (0..^𝑀) → (𝑆 − 1) < 𝑀)
147	145, 146	syl 14	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑆 − 1) < 𝑀)
148		zlem1lt 9630	. . . . . 6 ⊢ ((𝑆 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → (𝑆 ≤ 𝑀 ↔ (𝑆 − 1) < 𝑀))
149	47, 51, 148	syl2an2r 599	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑆 ≤ 𝑀 ↔ (𝑆 − 1) < 𝑀))
150	147, 149	mpbird 167	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → 𝑆 ≤ 𝑀)
151		zltnle 9619	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑆 ∈ ℤ) → (𝑀 < 𝑆 ↔ ¬ 𝑆 ≤ 𝑀))
152	50, 48, 151	syl2an2r 599	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → (𝑀 < 𝑆 ↔ ¬ 𝑆 ≤ 𝑀))
153	76, 152	mpbid 147	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (2↑𝑀) ≤ 𝑁) → ¬ 𝑆 ≤ 𝑀)
154	150, 153	pm2.65da 667	. . 3 ⊢ (𝜑 → ¬ (2↑𝑀) ≤ 𝑁)
155		zltnle 9619	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑𝑀) ∈ ℤ) → (𝑁 < (2↑𝑀) ↔ ¬ (2↑𝑀) ≤ 𝑁))
156	34, 8, 155	syl2anc 411	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑁 < (2↑𝑀) ↔ ¬ (2↑𝑀) ≤ 𝑁))
157	154, 156	mpbird 167	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑁 < (2↑𝑀))
158		elfzo2 10480	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ (0..^(2↑𝑀)) ↔ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘0) ∧ (2↑𝑀) ∈ ℤ ∧ 𝑁 < (2↑𝑀)))
159	3, 8, 157, 158	syl3anbrc 1208	1 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (0..^(2↑𝑀)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105  DECID wdc 842   = wceq 1398   ∈ wcel 2203  ∃wrex 2521  {crab 2524   ⊆ wss 3210   class class class wbr 4108  ‘cfv 5351  (class class class)co 6049  infcinf 7273  ℂcc 8121  ℝcr 8122  0cc0 8123  1c1 8124   + caddc 8126   · cmul 8128   < clt 8304   ≤ cle 8305   − cmin 8440   / cdiv 8942  ℕcn 9233  2c2 9284  ℕ₀cn0 9492  ℤcz 9573  ℤ_≥cuz 9849  ℚcq 9947  ℝ⁺crp 9982  ...cfz 10338  ..^cfzo 10472  ⌊cfl 10624  ↑cexp 10896   ∥ cdvds 12466  bitscbits 12619

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 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2205  ax-14 2206  ax-ext 2214  ax-coll 4224  ax-sep 4227  ax-nul 4235  ax-pow 4286  ax-pr 4321  ax-un 4553  ax-setind 4658  ax-iinf 4709  ax-cnex 8214  ax-resscn 8215  ax-1cn 8216  ax-1re 8217  ax-icn 8218  ax-addcl 8219  ax-addrcl 8220  ax-mulcl 8221  ax-mulrcl 8222  ax-addcom 8223  ax-mulcom 8224  ax-addass 8225  ax-mulass 8226  ax-distr 8227  ax-i2m1 8228  ax-0lt1 8229  ax-1rid 8230  ax-0id 8231  ax-rnegex 8232  ax-precex 8233  ax-cnre 8234  ax-pre-ltirr 8235  ax-pre-ltwlin 8236  ax-pre-lttrn 8237  ax-pre-apti 8238  ax-pre-ltadd 8239  ax-pre-mulgt0 8240  ax-pre-mulext 8241  ax-arch 8242

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2083  df-mo 2084  df-clab 2219  df-cleq 2225  df-clel 2228  df-nfc 2373  df-ne 2413  df-nel 2508  df-ral 2525  df-rex 2526  df-reu 2527  df-rmo 2528  df-rab 2529  df-v 2814  df-sbc 3042  df-csb 3138  df-dif 3212  df-un 3214  df-in 3216  df-ss 3223  df-nul 3508  df-if 3620  df-pw 3670  df-sn 3694  df-pr 3695  df-op 3697  df-uni 3914  df-int 3949  df-iun 3992  df-br 4109  df-opab 4171  df-mpt 4172  df-tr 4208  df-id 4413  df-po 4416  df-iso 4417  df-iord 4486  df-on 4488  df-ilim 4489  df-suc 4491  df-iom 4712  df-xp 4754  df-rel 4755  df-cnv 4756  df-co 4757  df-dm 4758  df-rn 4759  df-res 4760  df-ima 4761  df-iota 5311  df-fun 5353  df-fn 5354  df-f 5355  df-f1 5356  df-fo 5357  df-f1o 5358  df-fv 5359  df-isom 5360  df-riota 6002  df-ov 6052  df-oprab 6053  df-mpo 6054  df-1st 6333  df-2nd 6334  df-recs 6535  df-frec 6621  df-sup 7274  df-inf 7275  df-pnf 8306  df-mnf 8307  df-xr 8308  df-ltxr 8309  df-le 8310  df-sub 8442  df-neg 8443  df-reap 8845  df-ap 8852  df-div 8943  df-inn 9234  df-2 9292  df-n0 9493  df-z 9574  df-uz 9850  df-q 9948  df-rp 9983  df-fz 10339  df-fzo 10473  df-fl 10626  df-seqfrec 10806  df-exp 10897  df-dvds 12467  df-bits 12620

This theorem is referenced by:  bitsfzo  12634