Theorem cvgratnnlemfm 11840

Description: Lemma for cvgratnn 11842. (Contributed by Jim Kingdon, 23-Nov-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
cvgratnn.3	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
cvgratnn.4	⊢ (𝜑 → 𝐴 < 1)
cvgratnn.gt0	⊢ (𝜑 → 0 < 𝐴)
cvgratnn.6	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
cvgratnn.7	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (abs‘(𝐹‘(𝑘 + 1))) ≤ (𝐴 · (abs‘(𝐹‘𝑘))))
cvgratnnlemfm.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)

Assertion

Ref	Expression
cvgratnnlemfm	⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) < ((((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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fveq2 5576	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 𝑀 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑀))
2	1	eleq1d 2274	. . . 4 ⊢ (𝑘 = 𝑀 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑀) ∈ ℂ))
3		cvgratnn.6	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
4	3	ralrimiva 2579	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
5		cvgratnnlemfm.m	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
6	2, 4, 5	rspcdva 2882	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝑀) ∈ ℂ)
7	6	abscld 11492	. 2 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) ∈ ℝ)
8		cvgratnn.3	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
9		cvgratnn.gt0	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 0 < 𝐴)
10	8, 9	gt0ap0d 8702	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 # 0)
11	8, 10	rerecclapd 8907	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (1 / 𝐴) ∈ ℝ)
12		1red 8087	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
13	11, 12	resubcld 8453	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ)
14		cvgratnn.4	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 1)
15	8, 9	elrpd 9815	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
16	15	reclt1d 9832	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐴 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝐴)))
17	14, 16	mpbid 147	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 1 < (1 / 𝐴))
18	12, 11	posdifd 8605	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (1 < (1 / 𝐴) ↔ 0 < ((1 / 𝐴) − 1)))
19	17, 18	mpbid 147	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 0 < ((1 / 𝐴) − 1))
20	13, 19	elrpd 9815	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ+)
21	20	rpreccld 9829	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℝ+)
22	21, 15	rpdivcld 9836	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℝ+)
23	22	rpred 9818	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℝ)
24		fveq2 5576	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 1 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘1))
25	24	eleq1d 2274	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 1 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘1) ∈ ℂ))
26		1nn 9047	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℕ
27	26	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℕ)
28	25, 4, 27	rspcdva 2882	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘1) ∈ ℂ)
29	28	abscld 11492	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℝ)
30	23, 29	remulcld 8103	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) ∈ ℝ)
31	30, 5	nndivred 9086	. 2 ⊢ (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀) ∈ ℝ)
32		peano2re 8208	. . . . 5 ⊢ ((abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℝ → ((abs‘(𝐹‘1)) + 1) ∈ ℝ)
33	29, 32	syl 14	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) + 1) ∈ ℝ)
34	23, 33	remulcld 8103	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) ∈ ℝ)
35	34, 5	nndivred 9086	. 2 ⊢ (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀) ∈ ℝ)
36		nnm1nn0 9336	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀 − 1) ∈ ℕ0)
37	5, 36	syl 14	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑀 − 1) ∈ ℕ0)
38	8, 37	reexpcld 10835	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) ∈ ℝ)
39	29, 38	remulcld 8103	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))) ∈ ℝ)
40		cvgratnn.7	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (abs‘(𝐹‘(𝑘 + 1))) ≤ (𝐴 · (abs‘(𝐹‘𝑘))))
41	8, 14, 9, 3, 40, 5	cvgratnnlemnexp 11835	. . 3 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) ≤ ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))))
42	23, 5	nndivred 9086	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀) ∈ ℝ)
43	28	absge0d 11495	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ (abs‘(𝐹‘1)))
44	8	recnd 8101	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
45	5	nnzd 9494	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
46	44, 10, 45	expm1apd 10828	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) = ((𝐴↑𝑀) / 𝐴))
47	5	nnnn0d 9348	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ0)
48	8, 47	reexpcld 10835	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑀) ∈ ℝ)
49	21	rpred 9818	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℝ)
50	49, 5	nndivred 9086	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) ∈ ℝ)
51	8, 14, 9, 5	cvgratnnlembern 11834	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑀) < ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀))
52	48, 50, 15, 51	ltdiv1dd 9876	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑀) / 𝐴) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) / 𝐴))
53	46, 52	eqbrtrd 4066	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) / 𝐴))
54	49	recnd 8101	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℂ)
55	5	nncnd 9050	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℂ)
56	5	nnap0d 9082	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 # 0)
57	54, 55, 44, 56, 10	divdiv32apd 8889	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝑀) / 𝐴) = (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀))
58	53, 57	breqtrd 4070	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀))
59	38, 42, 58	ltled 8191	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑀 − 1)) ≤ (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀))
60	38, 42, 29, 43, 59	lemul2ad 9013	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))) ≤ ((abs‘(𝐹‘1)) · (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀)))
61	29	recnd 8101	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℂ)
62	23	recnd 8101	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℂ)
63	61, 62	mulcomd 8094	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴)) = (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))))
64	63	oveq1d 5959	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((abs‘(𝐹‘1)) · ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴)) / 𝑀) = ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀))
65	61, 62, 55, 56	divassapd 8899	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((abs‘(𝐹‘1)) · ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴)) / 𝑀) = ((abs‘(𝐹‘1)) · (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀)))
66	64, 65	eqtr3d 2240	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀) = ((abs‘(𝐹‘1)) · (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) / 𝑀)))
67	60, 66	breqtrrd 4072	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) · (𝐴↑(𝑀 − 1))) ≤ ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀))
68	7, 39, 31, 41, 67	letrd 8196	. 2 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) ≤ ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀))
69	5	nnrpd 9816	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℝ+)
70	29	ltp1d 9003	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) < ((abs‘(𝐹‘1)) + 1))
71	29, 33, 22, 70	ltmul2dd 9875	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) < (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)))
72	30, 34, 69, 71	ltdiv1dd 9876	. 2 ⊢ (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · (abs‘(𝐹‘1))) / 𝑀) < ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀))
73	7, 31, 35, 68, 72	lelttrd 8197	1 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) < ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1373   ∈ wcel 2176   class class class wbr 4044  ‘cfv 5271  (class class class)co 5944  ℂcc 7923  ℝcr 7924  0cc0 7925  1c1 7926   + caddc 7928   · cmul 7930   < clt 8107   ≤ cle 8108   − cmin 8243   / cdiv 8745  ℕcn 9036  ℕ₀cn0 9295  ↑cexp 10683  abscabs 11308

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 1470  ax-7 1471  ax-gen 1472  ax-ie1 1516  ax-ie2 1517  ax-8 1527  ax-10 1528  ax-11 1529  ax-i12 1530  ax-bndl 1532  ax-4 1533  ax-17 1549  ax-i9 1553  ax-ial 1557  ax-i5r 1558  ax-13 2178  ax-14 2179  ax-ext 2187  ax-coll 4159  ax-sep 4162  ax-nul 4170  ax-pow 4218  ax-pr 4253  ax-un 4480  ax-setind 4585  ax-iinf 4636  ax-cnex 8016  ax-resscn 8017  ax-1cn 8018  ax-1re 8019  ax-icn 8020  ax-addcl 8021  ax-addrcl 8022  ax-mulcl 8023  ax-mulrcl 8024  ax-addcom 8025  ax-mulcom 8026  ax-addass 8027  ax-mulass 8028  ax-distr 8029  ax-i2m1 8030  ax-0lt1 8031  ax-1rid 8032  ax-0id 8033  ax-rnegex 8034  ax-precex 8035  ax-cnre 8036  ax-pre-ltirr 8037  ax-pre-ltwlin 8038  ax-pre-lttrn 8039  ax-pre-apti 8040  ax-pre-ltadd 8041  ax-pre-mulgt0 8042  ax-pre-mulext 8043  ax-arch 8044  ax-caucvg 8045

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 1484  df-sb 1786  df-eu 2057  df-mo 2058  df-clab 2192  df-cleq 2198  df-clel 2201  df-nfc 2337  df-ne 2377  df-nel 2472  df-ral 2489  df-rex 2490  df-reu 2491  df-rmo 2492  df-rab 2493  df-v 2774  df-sbc 2999  df-csb 3094  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-nul 3461  df-if 3572  df-pw 3618  df-sn 3639  df-pr 3640  df-op 3642  df-uni 3851  df-int 3886  df-iun 3929  df-br 4045  df-opab 4106  df-mpt 4107  df-tr 4143  df-id 4340  df-po 4343  df-iso 4344  df-iord 4413  df-on 4415  df-ilim 4416  df-suc 4418  df-iom 4639  df-xp 4681  df-rel 4682  df-cnv 4683  df-co 4684  df-dm 4685  df-rn 4686  df-res 4687  df-ima 4688  df-iota 5232  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-riota 5899  df-ov 5947  df-oprab 5948  df-mpo 5949  df-1st 6226  df-2nd 6227  df-recs 6391  df-frec 6477  df-pnf 8109  df-mnf 8110  df-xr 8111  df-ltxr 8112  df-le 8113  df-sub 8245  df-neg 8246  df-reap 8648  df-ap 8655  df-div 8746  df-inn 9037  df-2 9095  df-3 9096  df-4 9097  df-n0 9296  df-z 9373  df-uz 9649  df-rp 9776  df-seqfrec 10593  df-exp 10684  df-cj 11153  df-re 11154  df-im 11155  df-rsqrt 11309  df-abs 11310

This theorem is referenced by:  cvgratnnlemrate  11841