Theorem caucvgrelemcau 11124

Description: Lemma for caucvgre 11125. 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 528	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑛 ∈ ℕ)
2	1	nnred 8995	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑛 ∈ ℝ)
3		simpr 110	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℕ)
4	3	nnred 8995	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℝ)
5		ltle 8107	. . . . . 6 ⊢ ((𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ) → (𝑛 < 𝑘 → 𝑛 ≤ 𝑘))
6	2, 4, 5	syl2anc 411	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑛 < 𝑘 → 𝑛 ≤ 𝑘))
7		eluznn 9665	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑘 ∈ ℕ)
8	7	ex 115	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) → 𝑘 ∈ ℕ))
9		nnz 9336	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℤ)
10		eluz1 9596	. . . . . . . . . . . . 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 110	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘) → 𝑛 ≤ 𝑘)
13	11, 12	biimtrdi 163	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) → 𝑛 ≤ 𝑘))
14	8, 13	jcad 307	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) → (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)))
15		nnz 9336	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℤ)
16	15	anim1i 340	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘) → (𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘))
17	16, 11	imbitrrid 156	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘) → 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)))
18	14, 17	impbid 129	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) ↔ (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)))
19	18	adantl 277	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) ↔ (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)))
20	19	biimpar 297	. . . . . . 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 2582	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
23	22	r19.21bi 2582	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
24	20, 23	syldan 282	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ≤ 𝑘)) → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
25	24	expr 375	. . . . 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 8085	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ) → (𝑛 < 𝑘 ↔ 𝑛 <ℝ 𝑘))
28	2, 4, 27	syl2anc 411	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑛 < 𝑘 ↔ 𝑛 <ℝ 𝑘))
29		caucvgre.f	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℝ)
30	29	ad2antrr 488	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝐹:ℕ⟶ℝ)
31	30, 1	ffvelcdmd 5694	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑛) ∈ ℝ)
32	30, 3	ffvelcdmd 5694	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
33	1	nnrecred 9029	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (1 / 𝑛) ∈ ℝ)
34	32, 33	readdcld 8049	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ)
35		ltxrlt 8085	. . . . . . 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 411	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑛) <ℝ ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛))))
37		nnap0 9011	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 # 0)
38	1, 37	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑛 # 0)
39		caucvgrelemrec 11123	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑛 # 0) → (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1) = (1 / 𝑛))
40	2, 38, 39	syl2anc 411	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1) = (1 / 𝑛))
41	40	oveq2d 5934	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑘) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1)) = ((𝐹‘𝑘) + (1 / 𝑛)))
42	41	breq2d 4041	. . . . . 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 191	. . . . 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 8049	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ)
45		ltxrlt 8085	. . . . . . 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 411	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑘) <ℝ ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
47	40	oveq2d 5934	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑛) + (℩𝑟 ∈ ℝ (𝑛 · 𝑟) = 1)) = ((𝐹‘𝑛) + (1 / 𝑛)))
48	47	breq2d 4041	. . . . . 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 191	. . . . 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 473	. . . 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 202	. . 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 2567	. 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 2567	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 104   ↔ wb 105   = wceq 1364   ∈ wcel 2164  ∀wral 2472   class class class wbr 4029  ⟶wf 5250  ‘cfv 5254  ℩crio 5872  (class class class)co 5918  ℝcr 7871  0cc0 7872  1c1 7873   + caddc 7875   <_ℝ cltrr 7876   · cmul 7877   < clt 8054   ≤ cle 8055   # cap 8600   / cdiv 8691  ℕcn 8982  ℤcz 9317  ℤ_≥cuz 9592

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 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1458  ax-7 1459  ax-gen 1460  ax-ie1 1504  ax-ie2 1505  ax-8 1515  ax-10 1516  ax-11 1517  ax-i12 1518  ax-bndl 1520  ax-4 1521  ax-17 1537  ax-i9 1541  ax-ial 1545  ax-i5r 1546  ax-13 2166  ax-14 2167  ax-ext 2175  ax-sep 4147  ax-pow 4203  ax-pr 4238  ax-un 4464  ax-setind 4569  ax-cnex 7963  ax-resscn 7964  ax-1cn 7965  ax-1re 7966  ax-icn 7967  ax-addcl 7968  ax-addrcl 7969  ax-mulcl 7970  ax-mulrcl 7971  ax-addcom 7972  ax-mulcom 7973  ax-addass 7974  ax-mulass 7975  ax-distr 7976  ax-i2m1 7977  ax-0lt1 7978  ax-1rid 7979  ax-0id 7980  ax-rnegex 7981  ax-precex 7982  ax-cnre 7983  ax-pre-ltirr 7984  ax-pre-ltwlin 7985  ax-pre-lttrn 7986  ax-pre-apti 7987  ax-pre-ltadd 7988  ax-pre-mulgt0 7989  ax-pre-mulext 7990

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1472  df-sb 1774  df-eu 2045  df-mo 2046  df-clab 2180  df-cleq 2186  df-clel 2189  df-nfc 2325  df-ne 2365  df-nel 2460  df-ral 2477  df-rex 2478  df-reu 2479  df-rmo 2480  df-rab 2481  df-v 2762  df-sbc 2986  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-pw 3603  df-sn 3624  df-pr 3625  df-op 3627  df-uni 3836  df-int 3871  df-br 4030  df-opab 4091  df-mpt 4092  df-id 4324  df-po 4327  df-iso 4328  df-xp 4665  df-rel 4666  df-cnv 4667  df-co 4668  df-dm 4669  df-rn 4670  df-res 4671  df-ima 4672  df-iota 5215  df-fun 5256  df-fn 5257  df-f 5258  df-fv 5262  df-riota 5873  df-ov 5921  df-oprab 5922  df-mpo 5923  df-pnf 8056  df-mnf 8057  df-xr 8058  df-ltxr 8059  df-le 8060  df-sub 8192  df-neg 8193  df-reap 8594  df-ap 8601  df-div 8692  df-inn 8983  df-z 9318  df-uz 9593

This theorem is referenced by:  caucvgre  11125