Theorem cvgratnnlembern 11909

Description: Lemma for cvgratnn 11917. Upper bound for a geometric progression of positive ratio less than one. (Contributed by Jim Kingdon, 24-Nov-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
cvgratnnlembern.3	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
cvgratnnlembern.4	⊢ (𝜑 → 𝐴 < 1)
cvgratnnlembern.gt0	⊢ (𝜑 → 0 < 𝐴)
cvgratnnlembern.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)

Assertion

Ref	Expression
cvgratnnlembern	⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑀) < ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀))

Proof of Theorem cvgratnnlembern

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cvgratnnlembern.3	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
2		cvgratnnlembern.gt0	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 0 < 𝐴)
3	1, 2	gt0ap0d 8722	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 # 0)
4	1, 3	rerecclapd 8927	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (1 / 𝐴) ∈ ℝ)
5		1red 8107	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
6	4, 5	resubcld 8473	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ)
7		cvgratnnlembern.m	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
8	7	nnred 9069	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℝ)
9	6, 8	remulcld 8123	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) ∈ ℝ)
10	9	recnd 8121	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) ∈ ℂ)
11		cvgratnnlembern.4	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 1)
12	1, 2	elrpd 9835	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
13	12	reclt1d 9852	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐴 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝐴)))
14	11, 13	mpbid 147	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 1 < (1 / 𝐴))
15	5, 4	posdifd 8625	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (1 < (1 / 𝐴) ↔ 0 < ((1 / 𝐴) − 1)))
16	14, 15	mpbid 147	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 0 < ((1 / 𝐴) − 1))
17	6, 16	elrpd 9835	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ+)
18	7	nnrpd 9836	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℝ+)
19	17, 18	rpmulcld 9855	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) ∈ ℝ+)
20	19	rpap0d 9844	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) # 0)
21	10, 20	recrecapd 8878	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (1 / (1 / (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀))) = (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀))
22	9, 5	readdcld 8122	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) + 1) ∈ ℝ)
23	7	nnnn0d 9368	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ0)
24	1, 23	reexpcld 10857	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑀) ∈ ℝ)
25	1	recnd 8121	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
26	7	nnzd 9514	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
27	25, 3, 26	expap0d 10846	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑀) # 0)
28	24, 27	rerecclapd 8927	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (1 / (𝐴↑𝑀)) ∈ ℝ)
29	9	ltp1d 9023	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) < ((((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) + 1))
30		0le1 8574	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ≤ 1
31	30	a1i 9	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ 1)
32	5, 12, 31	divge0d 9879	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ (1 / 𝐴))
33		bernneq2 10828	. . . . . . 7 ⊢ (((1 / 𝐴) ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℕ0 ∧ 0 ≤ (1 / 𝐴)) → ((((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) + 1) ≤ ((1 / 𝐴)↑𝑀))
34	4, 23, 32, 33	syl3anc 1250	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) + 1) ≤ ((1 / 𝐴)↑𝑀))
35	25, 3, 26	exprecapd 10848	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((1 / 𝐴)↑𝑀) = (1 / (𝐴↑𝑀)))
36	34, 35	breqtrd 4077	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) + 1) ≤ (1 / (𝐴↑𝑀)))
37	9, 22, 28, 29, 36	ltletrd 8516	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀) < (1 / (𝐴↑𝑀)))
38	21, 37	eqbrtrd 4073	. . 3 ⊢ (𝜑 → (1 / (1 / (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀))) < (1 / (𝐴↑𝑀)))
39	12, 26	rpexpcld 10864	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑀) ∈ ℝ+)
40	19	rpreccld 9849	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (1 / (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀)) ∈ ℝ+)
41	39, 40	ltrecd 9857	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑀) < (1 / (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀)) ↔ (1 / (1 / (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀))) < (1 / (𝐴↑𝑀))))
42	38, 41	mpbird 167	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑀) < (1 / (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀)))
43	6	recnd 8121	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℂ)
44	7	nncnd 9070	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℂ)
45	17	rpap0d 9844	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) # 0)
46	18	rpap0d 9844	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 # 0)
47	43, 44, 45, 46	recdivap2d 8901	. 2 ⊢ (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) = (1 / (((1 / 𝐴) − 1) · 𝑀)))
48	42, 47	breqtrrd 4079	1 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑀) < ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀))

Syntax hints:   → wi 4   ∈ wcel 2177   class class class wbr 4051  (class class class)co 5957  ℝcr 7944  0cc0 7945  1c1 7946   + caddc 7948   · cmul 7950   < clt 8127   ≤ cle 8128   − cmin 8263   / cdiv 8765  ℕcn 9056  ℕ₀cn0 9315  ↑cexp 10705

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 711  ax-5 1471  ax-7 1472  ax-gen 1473  ax-ie1 1517  ax-ie2 1518  ax-8 1528  ax-10 1529  ax-11 1530  ax-i12 1531  ax-bndl 1533  ax-4 1534  ax-17 1550  ax-i9 1554  ax-ial 1558  ax-i5r 1559  ax-13 2179  ax-14 2180  ax-ext 2188  ax-coll 4167  ax-sep 4170  ax-nul 4178  ax-pow 4226  ax-pr 4261  ax-un 4488  ax-setind 4593  ax-iinf 4644  ax-cnex 8036  ax-resscn 8037  ax-1cn 8038  ax-1re 8039  ax-icn 8040  ax-addcl 8041  ax-addrcl 8042  ax-mulcl 8043  ax-mulrcl 8044  ax-addcom 8045  ax-mulcom 8046  ax-addass 8047  ax-mulass 8048  ax-distr 8049  ax-i2m1 8050  ax-0lt1 8051  ax-1rid 8052  ax-0id 8053  ax-rnegex 8054  ax-precex 8055  ax-cnre 8056  ax-pre-ltirr 8057  ax-pre-ltwlin 8058  ax-pre-lttrn 8059  ax-pre-apti 8060  ax-pre-ltadd 8061  ax-pre-mulgt0 8062  ax-pre-mulext 8063

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 837  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2193  df-cleq 2199  df-clel 2202  df-nfc 2338  df-ne 2378  df-nel 2473  df-ral 2490  df-rex 2491  df-reu 2492  df-rmo 2493  df-rab 2494  df-v 2775  df-sbc 3003  df-csb 3098  df-dif 3172  df-un 3174  df-in 3176  df-ss 3183  df-nul 3465  df-if 3576  df-pw 3623  df-sn 3644  df-pr 3645  df-op 3647  df-uni 3857  df-int 3892  df-iun 3935  df-br 4052  df-opab 4114  df-mpt 4115  df-tr 4151  df-id 4348  df-po 4351  df-iso 4352  df-iord 4421  df-on 4423  df-ilim 4424  df-suc 4426  df-iom 4647  df-xp 4689  df-rel 4690  df-cnv 4691  df-co 4692  df-dm 4693  df-rn 4694  df-res 4695  df-ima 4696  df-iota 5241  df-fun 5282  df-fn 5283  df-f 5284  df-f1 5285  df-fo 5286  df-f1o 5287  df-fv 5288  df-riota 5912  df-ov 5960  df-oprab 5961  df-mpo 5962  df-1st 6239  df-2nd 6240  df-recs 6404  df-frec 6490  df-pnf 8129  df-mnf 8130  df-xr 8131  df-ltxr 8132  df-le 8133  df-sub 8265  df-neg 8266  df-reap 8668  df-ap 8675  df-div 8766  df-inn 9057  df-n0 9316  df-z 9393  df-uz 9669  df-rp 9796  df-seqfrec 10615  df-exp 10706

This theorem is referenced by:  cvgratnnlemfm  11915