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Theorem nn0seqcvgd 11618
Description: A strictly-decreasing nonnegative integer sequence with initial term 𝑁 reaches zero by the 𝑁 th term. Deduction version. (Contributed by Paul Chapman, 31-Mar-2011.)
Hypotheses
Ref Expression
nn0seqcvgd.1 (𝜑𝐹:ℕ0⟶ℕ0)
nn0seqcvgd.2 (𝜑𝑁 = (𝐹‘0))
nn0seqcvgd.3 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0 → (𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝐹𝑘)))
Assertion
Ref Expression
nn0seqcvgd (𝜑 → (𝐹𝑁) = 0)
Distinct variable groups:   𝑘,𝐹   𝑘,𝑁   𝜑,𝑘

Proof of Theorem nn0seqcvgd
Dummy variable 𝑚 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nn0seqcvgd.2 . . . . . 6 (𝜑𝑁 = (𝐹‘0))
2 nn0seqcvgd.1 . . . . . . 7 (𝜑𝐹:ℕ0⟶ℕ0)
3 0nn0 8943 . . . . . . 7 0 ∈ ℕ0
4 ffvelrn 5519 . . . . . . 7 ((𝐹:ℕ0⟶ℕ0 ∧ 0 ∈ ℕ0) → (𝐹‘0) ∈ ℕ0)
52, 3, 4sylancl 407 . . . . . 6 (𝜑 → (𝐹‘0) ∈ ℕ0)
61, 5eqeltrd 2192 . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
76nn0red 8982 . . . . . 6 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
87leidd 8240 . . . . 5 (𝜑𝑁𝑁)
9 fveq2 5387 . . . . . . . 8 (𝑚 = 0 → (𝐹𝑚) = (𝐹‘0))
10 oveq2 5748 . . . . . . . 8 (𝑚 = 0 → (𝑁𝑚) = (𝑁 − 0))
119, 10breq12d 3910 . . . . . . 7 (𝑚 = 0 → ((𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚) ↔ (𝐹‘0) ≤ (𝑁 − 0)))
1211imbi2d 229 . . . . . 6 (𝑚 = 0 → ((𝜑 → (𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘0) ≤ (𝑁 − 0))))
13 fveq2 5387 . . . . . . . 8 (𝑚 = 𝑘 → (𝐹𝑚) = (𝐹𝑘))
14 oveq2 5748 . . . . . . . 8 (𝑚 = 𝑘 → (𝑁𝑚) = (𝑁𝑘))
1513, 14breq12d 3910 . . . . . . 7 (𝑚 = 𝑘 → ((𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚) ↔ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)))
1615imbi2d 229 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑘 → ((𝜑 → (𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚)) ↔ (𝜑 → (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘))))
17 fveq2 5387 . . . . . . . 8 (𝑚 = (𝑘 + 1) → (𝐹𝑚) = (𝐹‘(𝑘 + 1)))
18 oveq2 5748 . . . . . . . 8 (𝑚 = (𝑘 + 1) → (𝑁𝑚) = (𝑁 − (𝑘 + 1)))
1917, 18breq12d 3910 . . . . . . 7 (𝑚 = (𝑘 + 1) → ((𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
2019imbi2d 229 . . . . . 6 (𝑚 = (𝑘 + 1) → ((𝜑 → (𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))))
21 fveq2 5387 . . . . . . . 8 (𝑚 = 𝑁 → (𝐹𝑚) = (𝐹𝑁))
22 oveq2 5748 . . . . . . . 8 (𝑚 = 𝑁 → (𝑁𝑚) = (𝑁𝑁))
2321, 22breq12d 3910 . . . . . . 7 (𝑚 = 𝑁 → ((𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚) ↔ (𝐹𝑁) ≤ (𝑁𝑁)))
2423imbi2d 229 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑁 → ((𝜑 → (𝐹𝑚) ≤ (𝑁𝑚)) ↔ (𝜑 → (𝐹𝑁) ≤ (𝑁𝑁))))
251, 8eqbrtrrd 3920 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐹‘0) ≤ 𝑁)
267recnd 7758 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
2726subid1d 8026 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑁 − 0) = 𝑁)
2825, 27breqtrrd 3924 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐹‘0) ≤ (𝑁 − 0))
2928a1i 9 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝜑 → (𝐹‘0) ≤ (𝑁 − 0)))
30 nn0re 8937 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℝ)
31 posdif 8181 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑁 ∈ ℝ) → (𝑘 < 𝑁 ↔ 0 < (𝑁𝑘)))
3230, 7, 31syl2anr 286 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 < 𝑁 ↔ 0 < (𝑁𝑘)))
3332adantr 272 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → (𝑘 < 𝑁 ↔ 0 < (𝑁𝑘)))
34 breq1 3900 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0 → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ 0 < (𝑁𝑘)))
3534adantl 273 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ 0 < (𝑁𝑘)))
36 peano2nn0 8968 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
37 ffvelrn 5519 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝐹:ℕ0⟶ℕ0 ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ0) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℕ0)
382, 36, 37syl2an 285 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℕ0)
3938nn0zd 9122 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℤ)
406nn0zd 9122 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
41 nn0z 9025 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ)
42 zsubcl 9046 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑁𝑘) ∈ ℤ)
4340, 41, 42syl2an 285 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑁𝑘) ∈ ℤ)
44 zltlem1 9062 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℤ ∧ (𝑁𝑘) ∈ ℤ) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑁𝑘) − 1)))
4539, 43, 44syl2anc 406 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑁𝑘) − 1)))
46 nn0cn 8938 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℂ)
47 ax-1cn 7677 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 1 ∈ ℂ
48 subsub4 7959 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → ((𝑁𝑘) − 1) = (𝑁 − (𝑘 + 1)))
4947, 48mp3an3 1287 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℂ) → ((𝑁𝑘) − 1) = (𝑁 − (𝑘 + 1)))
5026, 46, 49syl2an 285 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑁𝑘) − 1) = (𝑁 − (𝑘 + 1)))
5150breq2d 3909 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑁𝑘) − 1) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
5245, 51bitrd 187 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
5352adantr 272 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘) ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
5433, 35, 533bitr2d 215 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → (𝑘 < 𝑁 ↔ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
5554biimpa 292 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) ∧ 𝑘 < 𝑁) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))
5655an32s 540 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))
5756a1d 22 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0) → ((𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
58 nn0seqcvgd.3 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0 → (𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝐹𝑘)))
5938nn0red 8982 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ)
602ffvelrnda 5521 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹𝑘) ∈ ℕ0)
6160nn0red 8982 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
6243zred 9124 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑁𝑘) ∈ ℝ)
63 ltletr 7817 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℝ ∧ (𝑁𝑘) ∈ ℝ) → (((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝐹𝑘) ∧ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘)))
6459, 61, 62, 63syl3anc 1199 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝐹𝑘) ∧ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝑁𝑘)))
6564, 52sylibd 148 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝐹‘(𝑘 + 1)) < (𝐹𝑘) ∧ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
6658, 65syland 289 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0 ∧ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
6766adantr 272 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) → (((𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0 ∧ (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
6867expdimp 257 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) ∧ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0) → ((𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
6939adantr 272 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℤ)
70 0zd 9017 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) → 0 ∈ ℤ)
71 zdceq 9077 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐹‘(𝑘 + 1)) ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ) → DECID (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0)
7269, 70, 71syl2anc 406 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) → DECID (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0)
73 dcne 2294 . . . . . . . . . . . 12 (DECID (𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0 ↔ ((𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0 ∨ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0))
7472, 73sylib 121 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) → ((𝐹‘(𝑘 + 1)) = 0 ∨ (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≠ 0))
7557, 68, 74mpjaodan 770 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 < 𝑁) → ((𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
7675anasss 394 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 < 𝑁)) → ((𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1))))
7776expcom 115 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑘 < 𝑁) → (𝜑 → ((𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))))
7877a2d 26 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑘 < 𝑁) → ((𝜑 → (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝜑 → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))))
79783adant1 982 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℕ0𝑘 < 𝑁) → ((𝜑 → (𝐹𝑘) ≤ (𝑁𝑘)) → (𝜑 → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝑁 − (𝑘 + 1)))))
8012, 16, 20, 24, 29, 79fnn0ind 9118 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0𝑁𝑁) → (𝜑 → (𝐹𝑁) ≤ (𝑁𝑁)))
816, 6, 8, 80syl3anc 1199 . . . 4 (𝜑 → (𝜑 → (𝐹𝑁) ≤ (𝑁𝑁)))
8281pm2.43i 49 . . 3 (𝜑 → (𝐹𝑁) ≤ (𝑁𝑁))
8326subidd 8025 . . 3 (𝜑 → (𝑁𝑁) = 0)
8482, 83breqtrd 3922 . 2 (𝜑 → (𝐹𝑁) ≤ 0)
852, 6ffvelrnd 5522 . . 3 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℕ0)
8685nn0ge0d 8984 . 2 (𝜑 → 0 ≤ (𝐹𝑁))
8785nn0red 8982 . . 3 (𝜑 → (𝐹𝑁) ∈ ℝ)
88 0re 7730 . . 3 0 ∈ ℝ
89 letri3 7809 . . 3 (((𝐹𝑁) ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ) → ((𝐹𝑁) = 0 ↔ ((𝐹𝑁) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (𝐹𝑁))))
9087, 88, 89sylancl 407 . 2 (𝜑 → ((𝐹𝑁) = 0 ↔ ((𝐹𝑁) ≤ 0 ∧ 0 ≤ (𝐹𝑁))))
9184, 86, 90mpbir2and 911 1 (𝜑 → (𝐹𝑁) = 0)
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 103  wb 104  wo 680  DECID wdc 802   = wceq 1314  wcel 1463  wne 2283   class class class wbr 3897  wf 5087  cfv 5091  (class class class)co 5740  cc 7582  cr 7583  0cc0 7584  1c1 7585   + caddc 7587   < clt 7764  cle 7765  cmin 7897  0cn0 8928  cz 9005
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 586  ax-in2 587  ax-io 681  ax-5 1406  ax-7 1407  ax-gen 1408  ax-ie1 1452  ax-ie2 1453  ax-8 1465  ax-10 1466  ax-11 1467  ax-i12 1468  ax-bndl 1469  ax-4 1470  ax-13 1474  ax-14 1475  ax-17 1489  ax-i9 1493  ax-ial 1497  ax-i5r 1498  ax-ext 2097  ax-sep 4014  ax-pow 4066  ax-pr 4099  ax-un 4323  ax-setind 4420  ax-cnex 7675  ax-resscn 7676  ax-1cn 7677  ax-1re 7678  ax-icn 7679  ax-addcl 7680  ax-addrcl 7681  ax-mulcl 7682  ax-addcom 7684  ax-addass 7686  ax-distr 7688  ax-i2m1 7689  ax-0lt1 7690  ax-0id 7692  ax-rnegex 7693  ax-cnre 7695  ax-pre-ltirr 7696  ax-pre-ltwlin 7697  ax-pre-lttrn 7698  ax-pre-apti 7699  ax-pre-ltadd 7700
This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 803  df-3or 946  df-3an 947  df-tru 1317  df-fal 1320  df-nf 1420  df-sb 1719  df-eu 1978  df-mo 1979  df-clab 2102  df-cleq 2108  df-clel 2111  df-nfc 2245  df-ne 2284  df-nel 2379  df-ral 2396  df-rex 2397  df-reu 2398  df-rab 2400  df-v 2660  df-sbc 2881  df-dif 3041  df-un 3043  df-in 3045  df-ss 3052  df-pw 3480  df-sn 3501  df-pr 3502  df-op 3504  df-uni 3705  df-int 3740  df-br 3898  df-opab 3958  df-id 4183  df-xp 4513  df-rel 4514  df-cnv 4515  df-co 4516  df-dm 4517  df-rn 4518  df-iota 5056  df-fun 5093  df-fn 5094  df-f 5095  df-fv 5099  df-riota 5696  df-ov 5743  df-oprab 5744  df-mpo 5745  df-pnf 7766  df-mnf 7767  df-xr 7768  df-ltxr 7769  df-le 7770  df-sub 7899  df-neg 7900  df-inn 8678  df-n0 8929  df-z 9006
This theorem is referenced by:  algcvg  11625
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