Theorem caucvgrelemcau 10922

Description: Lemma for caucvgre 10923. Converting the Cauchy condition. (Contributed by Jim Kingdon, 20-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
caucvgrelemcau	⊢ (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)))))

Distinct variable groups:   𝑘,𝐹,𝑛   𝜑,𝑘,𝑛   𝑘,𝑟,𝑛

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑟)   𝐹(𝑟)

Proof of Theorem caucvgrelemcau

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simplr 520	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑛 ∈ ℕ)
2	1	nnred 8870	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑛 ∈ ℝ)
3		simpr 109	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℕ)
4	3	nnred 8870	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℝ)
5		ltle 7986	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ) → (𝑛 < 𝑘 → 𝑛 ≤ 𝑘))
6	2, 4, 5	syl2anc 409	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑛 < 𝑘 → 𝑛 ≤ 𝑘))
7		eluznn 9538	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑘 ∈ ℕ)
8	7	ex 114	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) → 𝑘 ∈ ℕ))
9		nnz 9210	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℤ)
10		eluz1 9470	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑛 ∈ ℤ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) ↔ (𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)))
11	9, 10	syl 14	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) ↔ (𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)))
12		simpr 109	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘) → 𝑛 ≤ 𝑘)
13	11, 12	syl6bi 162	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) → 𝑛 ≤ 𝑘))
14	8, 13	jcad 305	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) → (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)))
15		nnz 9210	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℤ)
16	15	anim1i 338	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘) → (𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘))
17	16, 11	syl5ibr 155	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘) → 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)))
18	14, 17	impbid 128	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) ↔ (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)))
19	18	adantl 275	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) ↔ (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)))
20	19	biimpar 295	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)) → 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛))
21		caucvgre.cau	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
22	21	r19.21bi 2554	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
23	22	r19.21bi 2554	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
24	20, 23	syldan 280	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)) → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
25	24	expr 373	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑛 ≤ 𝑘 → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)))))
26	6, 25	syld 45	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑛 < 𝑘 → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)))))
27		ltxrlt 7964	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ) → (𝑛 < 𝑘 ↔ 𝑛 <ℝ 𝑘))
28	2, 4, 27	syl2anc 409	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑛 < 𝑘 ↔ 𝑛 <ℝ 𝑘))
29		caucvgre.f	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℝ)
30	29	ad2antrr 480	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝐹:ℕ⟶ℝ)
31	30, 1	ffvelrnd 5621	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑛) ∈ ℝ)
32	30, 3	ffvelrnd 5621	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
33	1	nnrecred 8904	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (1 / 𝑛) ∈ ℝ)
34	32, 33	readdcld 7928	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ)
35		ltxrlt 7964	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐹‘𝑛) ∈ ℝ ∧ ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ) → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑛) <ℝ ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛))))
36	31, 34, 35	syl2anc 409	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑛) <ℝ ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛))))
37		nnap0 8886	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 # 0)
38	1, 37	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑛 # 0)
39		caucvgrelemrec 10921	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑛 # 0) → (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1) = (1 / 𝑛))
40	2, 38, 39	syl2anc 409	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1) = (1 / 𝑛))
41	40	oveq2d 5858	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑘) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1)) = ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)))
42	41	breq2d 3994	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑛) <ℝ ((𝐹‘𝑘) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1)) ↔ (𝐹‘𝑛) <ℝ ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛))))
43	36, 42	bitr4d 190	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑛) <ℝ ((𝐹‘𝑘) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1))))
44	31, 33	readdcld 7928	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ)
45		ltxrlt 7964	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℝ ∧ ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ) → ((𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑘) <ℝ ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
46	32, 44, 45	syl2anc 409	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑘) <ℝ ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
47	40	oveq2d 5858	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑛) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1)) = ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)))
48	47	breq2d 3994	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑘) <ℝ ((𝐹‘𝑛) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1)) ↔ (𝐹‘𝑘) <ℝ ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
49	46, 48	bitr4d 190	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑘) <ℝ ((𝐹‘𝑛) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1))))
50	43, 49	anbi12d 465	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))) ↔ ((𝐹‘𝑛) <ℝ ((𝐹‘𝑘) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1)) ∧ (𝐹‘𝑘) <ℝ ((𝐹‘𝑛) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1)))))
51	26, 28, 50	3imtr3d 201	. . 3 ⊢ (((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)))))
52	51	ralrimiva 2539	. 2 ⊢ ((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)))))
53	52	ralrimiva 2539	1 ⊢ (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)))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   = wceq 1343   ∈ wcel 2136  ∀wral 2444   class class class wbr 3982  ⟶wf 5184  ‘cfv 5188  ℩crio 5797  (class class class)co 5842  ℝcr 7752  0cc0 7753  1c1 7754   + caddc 7756   <_ℝ cltrr 7757   · cmul 7758   < clt 7933   ≤ cle 7934   # cap 8479   / cdiv 8568  ℕcn 8857  ℤcz 9191  ℤ_≥cuz 9466

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1435  ax-7 1436  ax-gen 1437  ax-ie1 1481  ax-ie2 1482  ax-8 1492  ax-10 1493  ax-11 1494  ax-i12 1495  ax-bndl 1497  ax-4 1498  ax-17 1514  ax-i9 1518  ax-ial 1522  ax-i5r 1523  ax-13 2138  ax-14 2139  ax-ext 2147  ax-sep 4100  ax-pow 4153  ax-pr 4187  ax-un 4411  ax-setind 4514  ax-cnex 7844  ax-resscn 7845  ax-1cn 7846  ax-1re 7847  ax-icn 7848  ax-addcl 7849  ax-addrcl 7850  ax-mulcl 7851  ax-mulrcl 7852  ax-addcom 7853  ax-mulcom 7854  ax-addass 7855  ax-mulass 7856  ax-distr 7857  ax-i2m1 7858  ax-0lt1 7859  ax-1rid 7860  ax-0id 7861  ax-rnegex 7862  ax-precex 7863  ax-cnre 7864  ax-pre-ltirr 7865  ax-pre-ltwlin 7866  ax-pre-lttrn 7867  ax-pre-apti 7868  ax-pre-ltadd 7869  ax-pre-mulgt0 7870  ax-pre-mulext 7871

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3or 969  df-3an 970  df-tru 1346  df-fal 1349  df-nf 1449  df-sb 1751  df-eu 2017  df-mo 2018  df-clab 2152  df-cleq 2158  df-clel 2161  df-nfc 2297  df-ne 2337  df-nel 2432  df-ral 2449  df-rex 2450  df-reu 2451  df-rmo 2452  df-rab 2453  df-v 2728  df-sbc 2952  df-dif 3118  df-un 3120  df-in 3122  df-ss 3129  df-pw 3561  df-sn 3582  df-pr 3583  df-op 3585  df-uni 3790  df-int 3825  df-br 3983  df-opab 4044  df-mpt 4045  df-id 4271  df-po 4274  df-iso 4275  df-xp 4610  df-rel 4611  df-cnv 4612  df-co 4613  df-dm 4614  df-rn 4615  df-res 4616  df-ima 4617  df-iota 5153  df-fun 5190  df-fn 5191  df-f 5192  df-fv 5196  df-riota 5798  df-ov 5845  df-oprab 5846  df-mpo 5847  df-pnf 7935  df-mnf 7936  df-xr 7937  df-ltxr 7938  df-le 7939  df-sub 8071  df-neg 8072  df-reap 8473  df-ap 8480  df-div 8569  df-inn 8858  df-z 9192  df-uz 9467

This theorem is referenced by:  caucvgre  10923