Theorem caucvgre 11604

Description: Convergence of real sequences.

A Cauchy sequence (as defined here, which has a rate of convergence built in) of real numbers converges to a real number. Specifically on rate of convergence, all terms after the nth term must be within 1 / 𝑛 of the nth term.

(Contributed by Jim Kingdon, 19-Jul-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
caucvgre.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℝ)
caucvgre.cau	⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))

Assertion

Ref	Expression
caucvgre	⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥)))

Distinct variable groups:   𝑖,𝐹,𝑗,𝑥,𝑦   𝑘,𝐹,𝑖,𝑥,𝑦   𝑛,𝐹,𝑘   𝜑,𝑘,𝑛   𝜑,𝑥,𝑦

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑖,𝑗)

Proof of Theorem caucvgre

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		dfnn2 9187	. . . 4 ⊢ ℕ = ∩ {𝑥 ∣ (1 ∈ 𝑥 ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑥 (𝑦 + 1) ∈ 𝑥)}
2		caucvgre.f	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℝ)
3		caucvgre.cau	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
4	2, 3	caucvgrelemcau 11603	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑛 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑛) <ℝ ((𝐹‘𝑘) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1)) ∧ (𝐹‘𝑘) <ℝ ((𝐹‘𝑛) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1)))))
5	1, 2, 4	ax-caucvg 8195	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ ℝ (0 <ℝ 𝑥 → ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))))
6		ralrp 9954	. . . . 5 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ (0 < 𝑥 → ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))))
7		0re 8222	. . . . . . . 8 ⊢ 0 ∈ ℝ
8		ltxrlt 8287	. . . . . . . 8 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (0 < 𝑥 ↔ 0 <ℝ 𝑥))
9	7, 8	mpan 424	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (0 < 𝑥 ↔ 0 <ℝ 𝑥))
10	9	imbi1d 231	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → ((0 < 𝑥 → ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))) ↔ (0 <ℝ 𝑥 → ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))))))
11	10	ralbiia 2547	. . . . 5 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ (0 < 𝑥 → ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ (0 <ℝ 𝑥 → ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))))
12	6, 11	bitri 184	. . . 4 ⊢ (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) ↔ ∀𝑥 ∈ ℝ (0 <ℝ 𝑥 → ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))))
13	12	rexbii 2540	. . 3 ⊢ (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ ℝ (0 <ℝ 𝑥 → ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))))
14	5, 13	sylibr 134	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))))
15		simpr 110	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℕ)
16	15	peano2nnd 9200	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑚 + 1) ∈ ℕ)
17		uznnssnn 9855	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑚 + 1) ∈ ℕ → (ℤ≥‘(𝑚 + 1)) ⊆ ℕ)
18		ssralv 3292	. . . . . . . . 9 ⊢ ((ℤ≥‘(𝑚 + 1)) ⊆ ℕ → (∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))(𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))))
19	16, 17, 18	3syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))(𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))))
20		eluznn 9878	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑚 + 1) ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
21	16, 20	sylan 283	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
22		simplr 529	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℕ)
23	22	peano2nnd 9200	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑚 + 1) ∈ ℕ)
24	23	nnzd 9645	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑚 + 1) ∈ ℤ)
25		eluz1 9803	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑚 + 1) ∈ ℤ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1)) ↔ (𝑘 ∈ ℤ ∧ (𝑚 + 1) ≤ 𝑘)))
26	24, 25	syl 14	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1)) ↔ (𝑘 ∈ ℤ ∧ (𝑚 + 1) ≤ 𝑘)))
27	26	biimpd 144	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1)) → (𝑘 ∈ ℤ ∧ (𝑚 + 1) ≤ 𝑘)))
28	27	impancom 260	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))) → (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ ℤ ∧ (𝑚 + 1) ≤ 𝑘)))
29	21, 28	mpd 13	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))) → (𝑘 ∈ ℤ ∧ (𝑚 + 1) ≤ 𝑘))
30	29	simprd 114	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))) → (𝑚 + 1) ≤ 𝑘)
31		nnre 9192	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℝ)
32	31	ad2antlr 489	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℝ)
33		simpr 110	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℕ)
34	33	nnred 9198	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℝ)
35		1re 8221	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ 1 ∈ ℝ
36		ltadd1 8651	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑚 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → (𝑚 < 𝑘 ↔ (𝑚 + 1) < (𝑘 + 1)))
37	35, 36	mp3an3 1363	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑚 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ) → (𝑚 < 𝑘 ↔ (𝑚 + 1) < (𝑘 + 1)))
38	32, 34, 37	syl2anc 411	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑚 < 𝑘 ↔ (𝑚 + 1) < (𝑘 + 1)))
39		nnleltp1 9583	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑚 + 1) ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑚 + 1) ≤ 𝑘 ↔ (𝑚 + 1) < (𝑘 + 1)))
40	23, 33, 39	syl2anc 411	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑚 + 1) ≤ 𝑘 ↔ (𝑚 + 1) < (𝑘 + 1)))
41	38, 40	bitr4d 191	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑚 < 𝑘 ↔ (𝑚 + 1) ≤ 𝑘))
42	21, 41	syldan 282	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))) → (𝑚 < 𝑘 ↔ (𝑚 + 1) ≤ 𝑘))
43	30, 42	mpbird 167	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))) → 𝑚 < 𝑘)
44		nnre 9192	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℝ)
45		ltxrlt 8287	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑚 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ) → (𝑚 < 𝑘 ↔ 𝑚 <ℝ 𝑘))
46	31, 44, 45	syl2an 289	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑚 < 𝑘 ↔ 𝑚 <ℝ 𝑘))
47	46	adantll 476	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑚 < 𝑘 ↔ 𝑚 <ℝ 𝑘))
48	2	ad4antr 494	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝐹:ℕ⟶ℝ)
49	48, 33	ffvelcdmd 5791	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
50		simpllr 536	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑦 ∈ ℝ)
51	50	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑦 ∈ ℝ)
52		rpre 9939	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → 𝑥 ∈ ℝ)
53	52	ad3antlr 493	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑥 ∈ ℝ)
54	51, 53	readdcld 8251	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑦 + 𝑥) ∈ ℝ)
55		ltxrlt 8287	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℝ ∧ (𝑦 + 𝑥) ∈ ℝ) → ((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ↔ (𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥)))
56	49, 54, 55	syl2anc 411	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ↔ (𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥)))
57	49, 53	readdcld 8251	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑘) + 𝑥) ∈ ℝ)
58		ltxrlt 8287	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑦 ∈ ℝ ∧ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥) ∈ ℝ) → (𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥) ↔ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))
59	51, 57, 58	syl2anc 411	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥) ↔ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))
60	56, 59	anbi12d 473	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)) ↔ ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))))
61	47, 60	imbi12d 234	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑚 < 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) ↔ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))))
62	61	biimprd 158	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → (𝑚 < 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))))
63	21, 62	syldan 282	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))) → ((𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → (𝑚 < 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)))))
64	43, 63	mpid 42	. . . . . . . . 9 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))) → ((𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → ((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))))
65	64	ralimdva 2600	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))(𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))))
66	19, 65	syld 45	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))))
67		fveq2 5648	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑖))
68	67	breq1d 4103	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → ((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ↔ (𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥)))
69	67	oveq1d 6043	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → ((𝐹‘𝑘) + 𝑥) = ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))
70	69	breq2d 4105	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → (𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥) ↔ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥)))
71	68, 70	anbi12d 473	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → (((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)) ↔ ((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))))
72	71	cbvralv 2768	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑘) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑘) + 𝑥)) ↔ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥)))
73	66, 72	imbitrdi 161	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))))
74	73	reximdva 2635	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))))
75		fveq2 5648	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑗 = (𝑚 + 1) → (ℤ≥‘𝑗) = (ℤ≥‘(𝑚 + 1)))
76	75	raleqdv 2737	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 = (𝑚 + 1) → (∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥)) ↔ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))))
77	76	rspcev 2911	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑚 + 1) ∈ ℕ ∧ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥)))
78	16, 77	sylan 283	. . . . . . 7 ⊢ (((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥)))
79	78	ex 115	. . . . . 6 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥)) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))))
80	79	rexlimdva 2651	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘(𝑚 + 1))((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥)) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))))
81	74, 80	syld 45	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))))
82	81	ralimdva 2600	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ) → (∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))))
83	82	reximdva 2635	. 2 ⊢ (𝜑 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑚 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑚 <ℝ 𝑘 → ((𝐹‘𝑘) <ℝ (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 <ℝ ((𝐹‘𝑘) + 𝑥))) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥))))
84	14, 83	mpd 13	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝑦 + 𝑥) ∧ 𝑦 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑥)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1398   ∈ wcel 2202  ∀wral 2511  ∃wrex 2512   ⊆ wss 3201   class class class wbr 4093  ⟶wf 5329  ‘cfv 5333  (class class class)co 6028  ℝcr 8074  0cc0 8075  1c1 8076   + caddc 8078   <_ℝ cltrr 8079   < clt 8256   ≤ cle 8257   / cdiv 8894  ℕcn 9185  ℤcz 9523  ℤ_≥cuz 9799  ℝ⁺crp 9932

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 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-sep 4212  ax-pow 4270  ax-pr 4305  ax-un 4536  ax-setind 4641  ax-cnex 8166  ax-resscn 8167  ax-1cn 8168  ax-1re 8169  ax-icn 8170  ax-addcl 8171  ax-addrcl 8172  ax-mulcl 8173  ax-mulrcl 8174  ax-addcom 8175  ax-mulcom 8176  ax-addass 8177  ax-mulass 8178  ax-distr 8179  ax-i2m1 8180  ax-0lt1 8181  ax-1rid 8182  ax-0id 8183  ax-rnegex 8184  ax-precex 8185  ax-cnre 8186  ax-pre-ltirr 8187  ax-pre-ltwlin 8188  ax-pre-lttrn 8189  ax-pre-apti 8190  ax-pre-ltadd 8191  ax-pre-mulgt0 8192  ax-pre-mulext 8193  ax-caucvg 8195

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2364  df-ne 2404  df-nel 2499  df-ral 2516  df-rex 2517  df-reu 2518  df-rmo 2519  df-rab 2520  df-v 2805  df-sbc 3033  df-dif 3203  df-un 3205  df-in 3207  df-ss 3214  df-pw 3658  df-sn 3679  df-pr 3680  df-op 3682  df-uni 3899  df-int 3934  df-br 4094  df-opab 4156  df-mpt 4157  df-id 4396  df-po 4399  df-iso 4400  df-xp 4737  df-rel 4738  df-cnv 4739  df-co 4740  df-dm 4741  df-rn 4742  df-res 4743  df-ima 4744  df-iota 5293  df-fun 5335  df-fn 5336  df-f 5337  df-fv 5341  df-riota 5981  df-ov 6031  df-oprab 6032  df-mpo 6033  df-pnf 8258  df-mnf 8259  df-xr 8260  df-ltxr 8261  df-le 8262  df-sub 8394  df-neg 8395  df-reap 8797  df-ap 8804  df-div 8895  df-inn 9186  df-n0 9445  df-z 9524  df-uz 9800  df-rp 9933

This theorem is referenced by:  cvg1nlemres  11608