Theorem cauappcvgprlemopu 7968

Description: Lemma for cauappcvgpr 7982. The upper cut of the putative limit is open. (Contributed by Jim Kingdon, 4-Aug-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
cauappcvgprlemopu	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) → ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (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 cauappcvgprlemopu

Step	Hyp	Ref	Expression
1		breq2 4115	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = 𝑟 → (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢 ↔ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟))
2	1	rexbidv 2545	. . . . 5 ⊢ (𝑢 = 𝑟 → (∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢 ↔ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟))
3		cauappcvgpr.lim	. . . . . . 7 ⊢ 𝐿 = ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩
4	3	fveq2i 5675	. . . . . 6 ⊢ (2nd ‘𝐿) = (2nd ‘⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩)
5		nqex 7683	. . . . . . . 8 ⊢ Q ∈ V
6	5	rabex 4258	. . . . . . 7 ⊢ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ∈ V
7	5	rabex 4258	. . . . . . 7 ⊢ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ∈ V
8	6, 7	op2nd 6343	. . . . . 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}
9	4, 8	eqtri 2255	. . . . 5 ⊢ (2nd ‘𝐿) = {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}
10	2, 9	elrab2 2978	. . . 4 ⊢ (𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ (𝑟 ∈ Q ∧ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟))
11	10	simprbi 275	. . 3 ⊢ (𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿) → ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)
12	11	adantl 277	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) → ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)
13		simprr 533	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) → ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)
14		ltbtwnnqq 7735	. . . 4 ⊢ (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟 ↔ ∃𝑠 ∈ Q (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟))
15	13, 14	sylib 122	. . 3 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) → ∃𝑠 ∈ Q (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟))
16		simprr 533	. . . . . 6 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟)) → 𝑠 <Q 𝑟)
17		simplr 529	. . . . . . 7 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟)) → 𝑠 ∈ Q)
18		simplrl 537	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) ∧ 𝑠 ∈ Q) → 𝑞 ∈ Q)
19	18	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟)) → 𝑞 ∈ Q)
20		simprl 531	. . . . . . . 8 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟)) → ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠)
21		rspe 2593	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠) → ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠)
22	19, 20, 21	syl2anc 411	. . . . . . 7 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟)) → ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠)
23		breq2 4115	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑢 = 𝑠 → (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢 ↔ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠))
24	23	rexbidv 2545	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑢 = 𝑠 → (∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢 ↔ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠))
25	24, 9	elrab2 2978	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ (𝑠 ∈ Q ∧ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠))
26	17, 22, 25	sylanbrc 417	. . . . . 6 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟)) → 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿))
27	16, 26	jca 306	. . . . 5 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟)) → (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))
28	27	ex 115	. . . 4 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) ∧ 𝑠 ∈ Q) → ((((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟) → (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿))))
29	28	reximdva 2646	. . 3 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) → (∃𝑠 ∈ Q (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑠 ∧ 𝑠 <Q 𝑟) → ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿))))
30	15, 29	mpd 13	. 2 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ (𝑞 ∈ Q ∧ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑟)) → ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))
31	12, 30	rexlimddv 2667	1 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)) → ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1398   ∈ wcel 2205  ∀wral 2522  ∃wrex 2523  {crab 2526  ⟨cop 3694   class class class wbr 4111  ⟶wf 5350  ‘cfv 5354  (class class class)co 6052  2^nd c2nd 6335  Qcnq 7600   +_Q cplq 7602   <_Q cltq 7605

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 2207  ax-14 2208  ax-ext 2216  ax-coll 4227  ax-sep 4230  ax-nul 4238  ax-pow 4289  ax-pr 4324  ax-un 4556  ax-setind 4661  ax-iinf 4712

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 2085  df-mo 2086  df-clab 2221  df-cleq 2227  df-clel 2230  df-nfc 2375  df-ne 2415  df-ral 2527  df-rex 2528  df-reu 2529  df-rab 2531  df-v 2817  df-sbc 3045  df-csb 3141  df-dif 3215  df-un 3217  df-in 3219  df-ss 3226  df-nul 3511  df-pw 3673  df-sn 3697  df-pr 3698  df-op 3700  df-uni 3917  df-int 3952  df-iun 3995  df-br 4112  df-opab 4174  df-mpt 4175  df-tr 4211  df-eprel 4412  df-id 4416  df-po 4419  df-iso 4420  df-iord 4489  df-on 4491  df-suc 4494  df-iom 4715  df-xp 4757  df-rel 4758  df-cnv 4759  df-co 4760  df-dm 4761  df-rn 4762  df-res 4763  df-ima 4764  df-iota 5314  df-fun 5356  df-fn 5357  df-f 5358  df-f1 5359  df-fo 5360  df-f1o 5361  df-fv 5362  df-ov 6055  df-oprab 6056  df-mpo 6057  df-1st 6336  df-2nd 6337  df-recs 6538  df-irdg 6603  df-1o 6649  df-oadd 6653  df-omul 6654  df-er 6769  df-ec 6771  df-qs 6775  df-ni 7624  df-pli 7625  df-mi 7626  df-lti 7627  df-plpq 7664  df-mpq 7665  df-enq 7667  df-nqqs 7668  df-plqqs 7669  df-mqqs 7670  df-1nqqs 7671  df-rq 7672  df-ltnqqs 7673

This theorem is referenced by:  cauappcvgprlemrnd  7970