Theorem cauappcvgprlemm 7106

Description: Lemma for cauappcvgpr 7123. The putative limit is inhabited. (Contributed by Jim Kingdon, 18-Jul-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
cauappcvgpr.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:Q⟶Q)
cauappcvgpr.app	⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q ∀𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑝) <Q ((𝐹‘𝑞) +Q (𝑝 +Q 𝑞)) ∧ (𝐹‘𝑞) <Q ((𝐹‘𝑝) +Q (𝑝 +Q 𝑞))))
cauappcvgpr.bnd	⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝))
cauappcvgpr.lim	⊢ 𝐿 = ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩

Assertion

Ref	Expression
cauappcvgprlemm	⊢ (𝜑 → (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑝   𝐿,𝑝,𝑞   𝜑,𝑝,𝑞   𝐿,𝑟,𝑠   𝐴,𝑠,𝑝   𝐹,𝑙,𝑢,𝑝,𝑞,𝑟,𝑠   𝜑,𝑟,𝑠

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑢,𝑙)   𝐴(𝑢,𝑟,𝑞,𝑙)   𝐿(𝑢,𝑙)

Proof of Theorem cauappcvgprlemm

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fveq2 5252	. . . . . . 7 ⊢ (𝑝 = 1Q → (𝐹‘𝑝) = (𝐹‘1Q))
2	1	breq2d 3823	. . . . . 6 ⊢ (𝑝 = 1Q → (𝐴 <Q (𝐹‘𝑝) ↔ 𝐴 <Q (𝐹‘1Q)))
3		cauappcvgpr.bnd	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝))
4		1nq 6827	. . . . . . 7 ⊢ 1Q ∈ Q
5	4	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1Q ∈ Q)
6	2, 3, 5	rspcdva 2717	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 <Q (𝐹‘1Q))
7		ltrelnq 6826	. . . . . . 7 ⊢ <Q ⊆ (Q × Q)
8	7	brel 4447	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 <Q (𝐹‘1Q) → (𝐴 ∈ Q ∧ (𝐹‘1Q) ∈ Q))
9	8	simpld 110	. . . . 5 ⊢ (𝐴 <Q (𝐹‘1Q) → 𝐴 ∈ Q)
10	6, 9	syl 14	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Q)
11		halfnqq 6871	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ Q → ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴)
12	10, 11	syl 14	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴)
13		simplr 497	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → 𝑠 ∈ Q)
14	3	ad2antrr 472	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → ∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝))
15		fveq2 5252	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 = 𝑠 → (𝐹‘𝑝) = (𝐹‘𝑠))
16	15	breq2d 3823	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑝 = 𝑠 → (𝐴 <Q (𝐹‘𝑝) ↔ 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠)))
17	16	rspcv 2708	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑠 ∈ Q → (∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝) → 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠)))
18	17	ad2antlr 473	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → (∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝) → 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠)))
19	14, 18	mpd 13	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠))
20		breq1 3814	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴 → ((𝑠 +Q 𝑠) <Q (𝐹‘𝑠) ↔ 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠)))
21	20	adantl 271	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → ((𝑠 +Q 𝑠) <Q (𝐹‘𝑠) ↔ 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠)))
22	19, 21	mpbird 165	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → (𝑠 +Q 𝑠) <Q (𝐹‘𝑠))
23		oveq2 5598	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑞 = 𝑠 → (𝑠 +Q 𝑞) = (𝑠 +Q 𝑠))
24		fveq2 5252	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑞 = 𝑠 → (𝐹‘𝑞) = (𝐹‘𝑠))
25	23, 24	breq12d 3824	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑞 = 𝑠 → ((𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞) ↔ (𝑠 +Q 𝑠) <Q (𝐹‘𝑠)))
26	25	rspcev 2712	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑠 ∈ Q ∧ (𝑠 +Q 𝑠) <Q (𝐹‘𝑠)) → ∃𝑞 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞))
27	13, 22, 26	syl2anc 403	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → ∃𝑞 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞))
28		oveq1 5597	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑙 = 𝑠 → (𝑙 +Q 𝑞) = (𝑠 +Q 𝑞))
29	28	breq1d 3821	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑙 = 𝑠 → ((𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞) ↔ (𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)))
30	29	rexbidv 2375	. . . . . . 7 ⊢ (𝑙 = 𝑠 → (∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞) ↔ ∃𝑞 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)))
31		cauappcvgpr.lim	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐿 = ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩
32	31	fveq2i 5255	. . . . . . . 8 ⊢ (1st ‘𝐿) = (1st ‘⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩)
33		nqex 6824	. . . . . . . . . 10 ⊢ Q ∈ V
34	33	rabex 3948	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ∈ V
35	33	rabex 3948	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ∈ V
36	34, 35	op1st 5851	. . . . . . . 8 ⊢ (1st ‘⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩) = {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}
37	32, 36	eqtri 2103	. . . . . . 7 ⊢ (1st ‘𝐿) = {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}
38	30, 37	elrab2 2762	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ↔ (𝑠 ∈ Q ∧ ∃𝑞 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)))
39	13, 27, 38	sylanbrc 408	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿))
40	39	ex 113	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) → ((𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴 → 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿)))
41	40	reximdva 2469	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑠 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴 → ∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿)))
42	12, 41	mpd 13	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿))
43		cauappcvgpr.f	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹:Q⟶Q)
44	43, 5	ffvelrnd 5379	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘1Q) ∈ Q)
45		addclnq 6836	. . . . 5 ⊢ (((𝐹‘1Q) ∈ Q ∧ 1Q ∈ Q) → ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) ∈ Q)
46	44, 5, 45	syl2anc 403	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) ∈ Q)
47		addclnq 6836	. . . 4 ⊢ ((((𝐹‘1Q) +Q 1Q) ∈ Q ∧ 1Q ∈ Q) → (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ Q)
48	46, 5, 47	syl2anc 403	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ Q)
49		ltaddnq 6868	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐹‘1Q) +Q 1Q) ∈ Q ∧ 1Q ∈ Q) → ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q))
50	46, 5, 49	syl2anc 403	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q))
51		fveq2 5252	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑞 = 1Q → (𝐹‘𝑞) = (𝐹‘1Q))
52		id 19	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑞 = 1Q → 𝑞 = 1Q)
53	51, 52	oveq12d 5608	. . . . . . 7 ⊢ (𝑞 = 1Q → ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) = ((𝐹‘1Q) +Q 1Q))
54	53	breq1d 3821	. . . . . 6 ⊢ (𝑞 = 1Q → (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ↔ ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q)))
55	54	rspcev 2712	. . . . 5 ⊢ ((1Q ∈ Q ∧ ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q)) → ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q))
56	5, 50, 55	syl2anc 403	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q))
57		breq2 3815	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) → (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢 ↔ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q)))
58	57	rexbidv 2375	. . . . 5 ⊢ (𝑢 = (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) → (∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢 ↔ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q)))
59	31	fveq2i 5255	. . . . . 6 ⊢ (2nd ‘𝐿) = (2nd ‘⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩)
60	34, 35	op2nd 5852	. . . . . 6 ⊢ (2nd ‘⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩) = {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}
61	59, 60	eqtri 2103	. . . . 5 ⊢ (2nd ‘𝐿) = {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}
62	58, 61	elrab2 2762	. . . 4 ⊢ ((((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ ((((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ Q ∧ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q)))
63	48, 56, 62	sylanbrc 408	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ (2nd ‘𝐿))
64		eleq1 2145	. . . 4 ⊢ (𝑟 = (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) → (𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ (2nd ‘𝐿)))
65	64	rspcev 2712	. . 3 ⊢ (((((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ Q ∧ (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ (2nd ‘𝐿)) → ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))
66	48, 63, 65	syl2anc 403	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))
67	42, 66	jca 300	1 ⊢ (𝜑 → (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 102   ↔ wb 103   = wceq 1285   ∈ wcel 1434  ∀wral 2353  ∃wrex 2354  {crab 2357  ⟨cop 3425   class class class wbr 3811  ⟶wf 4964  ‘cfv 4968  (class class class)co 5590  1^st c1st 5843  2^nd c2nd 5844  Qcnq 6741  1_Qc1q 6742   +_Q cplq 6743   <_Q cltq 6746

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 577  ax-in2 578  ax-io 663  ax-5 1377  ax-7 1378  ax-gen 1379  ax-ie1 1423  ax-ie2 1424  ax-8 1436  ax-10 1437  ax-11 1438  ax-i12 1439  ax-bndl 1440  ax-4 1441  ax-13 1445  ax-14 1446  ax-17 1460  ax-i9 1464  ax-ial 1468  ax-i5r 1469  ax-ext 2065  ax-coll 3919  ax-sep 3922  ax-nul 3930  ax-pow 3974  ax-pr 3999  ax-un 4223  ax-setind 4315  ax-iinf 4365

This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 777  df-3or 921  df-3an 922  df-tru 1288  df-fal 1291  df-nf 1391  df-sb 1688  df-eu 1946  df-mo 1947  df-clab 2070  df-cleq 2076  df-clel 2079  df-nfc 2212  df-ne 2250  df-ral 2358  df-rex 2359  df-reu 2360  df-rab 2362  df-v 2614  df-sbc 2827  df-csb 2920  df-dif 2986  df-un 2988  df-in 2990  df-ss 2997  df-nul 3270  df-pw 3408  df-sn 3428  df-pr 3429  df-op 3431  df-uni 3628  df-int 3663  df-iun 3706  df-br 3812  df-opab 3866  df-mpt 3867  df-tr 3902  df-eprel 4079  df-id 4083  df-iord 4156  df-on 4158  df-suc 4161  df-iom 4368  df-xp 4406  df-rel 4407  df-cnv 4408  df-co 4409  df-dm 4410  df-rn 4411  df-res 4412  df-ima 4413  df-iota 4933  df-fun 4970  df-fn 4971  df-f 4972  df-f1 4973  df-fo 4974  df-f1o 4975  df-fv 4976  df-ov 5593  df-oprab 5594  df-mpt2 5595  df-1st 5845  df-2nd 5846  df-recs 6001  df-irdg 6066  df-1o 6112  df-oadd 6116  df-omul 6117  df-er 6221  df-ec 6223  df-qs 6227  df-ni 6765  df-pli 6766  df-mi 6767  df-lti 6768  df-plpq 6805  df-mpq 6806  df-enq 6808  df-nqqs 6809  df-plqqs 6810  df-mqqs 6811  df-1nqqs 6812  df-rq 6813  df-ltnqqs 6814

This theorem is referenced by:  cauappcvgprlemcl  7114