ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  cvgratnnlemfm GIF version

Theorem cvgratnnlemfm 12089
Description: Lemma for cvgratnn 12091. (Contributed by Jim Kingdon, 23-Nov-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
cvgratnn.3 (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
cvgratnn.4 (𝜑𝐴 < 1)
cvgratnn.gt0 (𝜑 → 0 < 𝐴)
cvgratnn.6 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
cvgratnn.7 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (abs‘(𝐹‘(𝑘 + 1))) ≤ (𝐴 · (abs‘(𝐹𝑘))))
cvgratnnlemfm.m (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
Assertion
Ref Expression
cvgratnnlemfm (𝜑 → (abs‘(𝐹𝑀)) < ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝐹   𝜑,𝑘   𝑘,𝑀

Proof of Theorem cvgratnnlemfm
StepHypRef Expression
1 fveq2 5639 . . . . 5 (𝑘 = 𝑀 → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑀))
21eleq1d 2300 . . . 4 (𝑘 = 𝑀 → ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹𝑀) ∈ ℂ))
3 cvgratnn.6 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
43ralrimiva 2605 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
5 cvgratnnlemfm.m . . . 4 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
62, 4, 5rspcdva 2915 . . 3 (𝜑 → (𝐹𝑀) ∈ ℂ)
76abscld 11741 . 2 (𝜑 → (abs‘(𝐹𝑀)) ∈ ℝ)
8 cvgratnn.3 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
9 cvgratnn.gt0 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → 0 < 𝐴)
108, 9gt0ap0d 8808 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 # 0)
118, 10rerecclapd 9013 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (1 / 𝐴) ∈ ℝ)
12 1red 8193 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
1311, 12resubcld 8559 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ)
14 cvgratnn.4 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 < 1)
158, 9elrpd 9927 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐴 ∈ ℝ+)
1615reclt1d 9944 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐴 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝐴)))
1714, 16mpbid 147 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 1 < (1 / 𝐴))
1812, 11posdifd 8711 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (1 < (1 / 𝐴) ↔ 0 < ((1 / 𝐴) − 1)))
1917, 18mpbid 147 . . . . . . . 8 (𝜑 → 0 < ((1 / 𝐴) − 1))
2013, 19elrpd 9927 . . . . . . 7 (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ+)
2120rpreccld 9941 . . . . . 6 (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℝ+)
2221, 15rpdivcld 9948 . . . . 5 (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℝ+)
2322rpred 9930 . . . 4 (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℝ)
24 fveq2 5639 . . . . . . 7 (𝑘 = 1 → (𝐹𝑘) = (𝐹‘1))
2524eleq1d 2300 . . . . . 6 (𝑘 = 1 → ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘1) ∈ ℂ))
26 1nn 9153 . . . . . . 7 1 ∈ ℕ
2726a1i 9 . . . . . 6 (𝜑 → 1 ∈ ℕ)
2825, 4, 27rspcdva 2915 . . . . 5 (𝜑 → (𝐹‘1) ∈ ℂ)
2928abscld 11741 . . . 4 (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℝ)
3023, 29remulcld 8209 . . 3 (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) ∈ ℝ)
3130, 5nndivred 9192 . 2 (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀) ∈ ℝ)
32 peano2re 8314 . . . . 5 ((abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℝ → ((abs‘(𝐹‘1)) + 1) ∈ ℝ)
3329, 32syl 14 . . . 4 (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) + 1) ∈ ℝ)
3423, 33remulcld 8209 . . 3 (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) ∈ ℝ)
3534, 5nndivred 9192 . 2 (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀) ∈ ℝ)
36 nnm1nn0 9442 . . . . . 6 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀 − 1) ∈ ℕ0)
375, 36syl 14 . . . . 5 (𝜑 → (𝑀 − 1) ∈ ℕ0)
388, 37reexpcld 10951 . . . 4 (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) ∈ ℝ)
3929, 38remulcld 8209 . . 3 (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))) ∈ ℝ)
40 cvgratnn.7 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (abs‘(𝐹‘(𝑘 + 1))) ≤ (𝐴 · (abs‘(𝐹𝑘))))
418, 14, 9, 3, 40, 5cvgratnnlemnexp 12084 . . 3 (𝜑 → (abs‘(𝐹𝑀)) ≤ ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))))
4223, 5nndivred 9192 . . . . 5 (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀) ∈ ℝ)
4328absge0d 11744 . . . . 5 (𝜑 → 0 ≤ (abs‘(𝐹‘1)))
448recnd 8207 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐴 ∈ ℂ)
455nnzd 9600 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
4644, 10, 45expm1apd 10944 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) = ((𝐴𝑀) / 𝐴))
475nnnn0d 9454 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
488, 47reexpcld 10951 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴𝑀) ∈ ℝ)
4921rpred 9930 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℝ)
5049, 5nndivred 9192 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) ∈ ℝ)
518, 14, 9, 5cvgratnnlembern 12083 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴𝑀) < ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀))
5248, 50, 15, 51ltdiv1dd 9988 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐴𝑀) / 𝐴) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) / 𝐴))
5346, 52eqbrtrd 4110 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) / 𝐴))
5449recnd 8207 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℂ)
555nncnd 9156 . . . . . . . 8 (𝜑𝑀 ∈ ℂ)
565nnap0d 9188 . . . . . . . 8 (𝜑𝑀 # 0)
5754, 55, 44, 56, 10divdiv32apd 8995 . . . . . . 7 (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) / 𝐴) = (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀))
5853, 57breqtrd 4114 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀))
5938, 42, 58ltled 8297 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) ≤ (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀))
6038, 42, 29, 43, 59lemul2ad 9119 . . . 4 (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))) ≤ ((abs‘(𝐹‘1)) · (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀)))
6129recnd 8207 . . . . . . 7 (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℂ)
6223recnd 8207 . . . . . . 7 (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℂ)
6361, 62mulcomd 8200 . . . . . 6 (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴)) = (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))))
6463oveq1d 6032 . . . . 5 (𝜑 → (((abs‘(𝐹‘1)) · ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴)) / 𝑀) = ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀))
6561, 62, 55, 56divassapd 9005 . . . . 5 (𝜑 → (((abs‘(𝐹‘1)) · ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴)) / 𝑀) = ((abs‘(𝐹‘1)) · (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀)))
6664, 65eqtr3d 2266 . . . 4 (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀) = ((abs‘(𝐹‘1)) · (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀)))
6760, 66breqtrrd 4116 . . 3 (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))) ≤ ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀))
687, 39, 31, 41, 67letrd 8302 . 2 (𝜑 → (abs‘(𝐹𝑀)) ≤ ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀))
695nnrpd 9928 . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℝ+)
7029ltp1d 9109 . . . 4 (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) < ((abs‘(𝐹‘1)) + 1))
7129, 33, 22, 70ltmul2dd 9987 . . 3 (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)))
7230, 34, 69, 71ltdiv1dd 9988 . 2 (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀) < ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀))
737, 31, 35, 68, 72lelttrd 8303 1 (𝜑 → (abs‘(𝐹𝑀)) < ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 104   = wceq 1397  wcel 2202   class class class wbr 4088  cfv 5326  (class class class)co 6017  cc 8029  cr 8030  0cc0 8031  1c1 8032   + caddc 8034   · cmul 8036   < clt 8213  cle 8214  cmin 8349   / cdiv 8851  cn 9142  0cn0 9401  cexp 10799  abscabs 11557
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 716  ax-5 1495  ax-7 1496  ax-gen 1497  ax-ie1 1541  ax-ie2 1542  ax-8 1552  ax-10 1553  ax-11 1554  ax-i12 1555  ax-bndl 1557  ax-4 1558  ax-17 1574  ax-i9 1578  ax-ial 1582  ax-i5r 1583  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-coll 4204  ax-sep 4207  ax-nul 4215  ax-pow 4264  ax-pr 4299  ax-un 4530  ax-setind 4635  ax-iinf 4686  ax-cnex 8122  ax-resscn 8123  ax-1cn 8124  ax-1re 8125  ax-icn 8126  ax-addcl 8127  ax-addrcl 8128  ax-mulcl 8129  ax-mulrcl 8130  ax-addcom 8131  ax-mulcom 8132  ax-addass 8133  ax-mulass 8134  ax-distr 8135  ax-i2m1 8136  ax-0lt1 8137  ax-1rid 8138  ax-0id 8139  ax-rnegex 8140  ax-precex 8141  ax-cnre 8142  ax-pre-ltirr 8143  ax-pre-ltwlin 8144  ax-pre-lttrn 8145  ax-pre-apti 8146  ax-pre-ltadd 8147  ax-pre-mulgt0 8148  ax-pre-mulext 8149  ax-arch 8150  ax-caucvg 8151
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 842  df-3or 1005  df-3an 1006  df-tru 1400  df-fal 1403  df-nf 1509  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2363  df-ne 2403  df-nel 2498  df-ral 2515  df-rex 2516  df-reu 2517  df-rmo 2518  df-rab 2519  df-v 2804  df-sbc 3032  df-csb 3128  df-dif 3202  df-un 3204  df-in 3206  df-ss 3213  df-nul 3495  df-if 3606  df-pw 3654  df-sn 3675  df-pr 3676  df-op 3678  df-uni 3894  df-int 3929  df-iun 3972  df-br 4089  df-opab 4151  df-mpt 4152  df-tr 4188  df-id 4390  df-po 4393  df-iso 4394  df-iord 4463  df-on 4465  df-ilim 4466  df-suc 4468  df-iom 4689  df-xp 4731  df-rel 4732  df-cnv 4733  df-co 4734  df-dm 4735  df-rn 4736  df-res 4737  df-ima 4738  df-iota 5286  df-fun 5328  df-fn 5329  df-f 5330  df-f1 5331  df-fo 5332  df-f1o 5333  df-fv 5334  df-riota 5970  df-ov 6020  df-oprab 6021  df-mpo 6022  df-1st 6302  df-2nd 6303  df-recs 6470  df-frec 6556  df-pnf 8215  df-mnf 8216  df-xr 8217  df-ltxr 8218  df-le 8219  df-sub 8351  df-neg 8352  df-reap 8754  df-ap 8761  df-div 8852  df-inn 9143  df-2 9201  df-3 9202  df-4 9203  df-n0 9402  df-z 9479  df-uz 9755  df-rp 9888  df-seqfrec 10709  df-exp 10800  df-cj 11402  df-re 11403  df-im 11404  df-rsqrt 11558  df-abs 11559
This theorem is referenced by:  cvgratnnlemrate  12090
  Copyright terms: Public domain W3C validator