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

Theorem resqrexlemlo 10446
Description: Lemma for resqrex 10459. A (variable) lower bound for each term of the sequence. (Contributed by Mario Carneiro and Jim Kingdon, 29-Jul-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
resqrexlemex.seq 𝐹 = seq1((𝑦 ∈ ℝ+, 𝑧 ∈ ℝ+ ↦ ((𝑦 + (𝐴 / 𝑦)) / 2)), (ℕ × {(1 + 𝐴)}))
resqrexlemex.a (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
resqrexlemex.agt0 (𝜑 → 0 ≤ 𝐴)
Assertion
Ref Expression
resqrexlemlo ((𝜑𝑁 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑁)) < (𝐹𝑁))
Distinct variable groups:   𝑦,𝐴,𝑧   𝜑,𝑦,𝑧
Allowed substitution hints:   𝐹(𝑦,𝑧)   𝑁(𝑦,𝑧)

Proof of Theorem resqrexlemlo
Dummy variables 𝑘 𝑤 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 oveq2 5660 . . . . . 6 (𝑤 = 1 → (2↑𝑤) = (2↑1))
21oveq2d 5668 . . . . 5 (𝑤 = 1 → (1 / (2↑𝑤)) = (1 / (2↑1)))
3 fveq2 5305 . . . . 5 (𝑤 = 1 → (𝐹𝑤) = (𝐹‘1))
42, 3breq12d 3858 . . . 4 (𝑤 = 1 → ((1 / (2↑𝑤)) < (𝐹𝑤) ↔ (1 / (2↑1)) < (𝐹‘1)))
54imbi2d 228 . . 3 (𝑤 = 1 → ((𝜑 → (1 / (2↑𝑤)) < (𝐹𝑤)) ↔ (𝜑 → (1 / (2↑1)) < (𝐹‘1))))
6 oveq2 5660 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑘 → (2↑𝑤) = (2↑𝑘))
76oveq2d 5668 . . . . 5 (𝑤 = 𝑘 → (1 / (2↑𝑤)) = (1 / (2↑𝑘)))
8 fveq2 5305 . . . . 5 (𝑤 = 𝑘 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑘))
97, 8breq12d 3858 . . . 4 (𝑤 = 𝑘 → ((1 / (2↑𝑤)) < (𝐹𝑤) ↔ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)))
109imbi2d 228 . . 3 (𝑤 = 𝑘 → ((𝜑 → (1 / (2↑𝑤)) < (𝐹𝑤)) ↔ (𝜑 → (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘))))
11 oveq2 5660 . . . . . 6 (𝑤 = (𝑘 + 1) → (2↑𝑤) = (2↑(𝑘 + 1)))
1211oveq2d 5668 . . . . 5 (𝑤 = (𝑘 + 1) → (1 / (2↑𝑤)) = (1 / (2↑(𝑘 + 1))))
13 fveq2 5305 . . . . 5 (𝑤 = (𝑘 + 1) → (𝐹𝑤) = (𝐹‘(𝑘 + 1)))
1412, 13breq12d 3858 . . . 4 (𝑤 = (𝑘 + 1) → ((1 / (2↑𝑤)) < (𝐹𝑤) ↔ (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1))))
1514imbi2d 228 . . 3 (𝑤 = (𝑘 + 1) → ((𝜑 → (1 / (2↑𝑤)) < (𝐹𝑤)) ↔ (𝜑 → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1)))))
16 oveq2 5660 . . . . . 6 (𝑤 = 𝑁 → (2↑𝑤) = (2↑𝑁))
1716oveq2d 5668 . . . . 5 (𝑤 = 𝑁 → (1 / (2↑𝑤)) = (1 / (2↑𝑁)))
18 fveq2 5305 . . . . 5 (𝑤 = 𝑁 → (𝐹𝑤) = (𝐹𝑁))
1917, 18breq12d 3858 . . . 4 (𝑤 = 𝑁 → ((1 / (2↑𝑤)) < (𝐹𝑤) ↔ (1 / (2↑𝑁)) < (𝐹𝑁)))
2019imbi2d 228 . . 3 (𝑤 = 𝑁 → ((𝜑 → (1 / (2↑𝑤)) < (𝐹𝑤)) ↔ (𝜑 → (1 / (2↑𝑁)) < (𝐹𝑁))))
21 2cnd 8495 . . . . . . . 8 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
2221exp1d 10081 . . . . . . 7 (𝜑 → (2↑1) = 2)
23 2rp 9139 . . . . . . 7 2 ∈ ℝ+
2422, 23syl6eqel 2178 . . . . . 6 (𝜑 → (2↑1) ∈ ℝ+)
2524rprecred 9185 . . . . 5 (𝜑 → (1 / (2↑1)) ∈ ℝ)
26 1red 7503 . . . . 5 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
27 resqrexlemex.a . . . . . 6 (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
2826, 27readdcld 7517 . . . . 5 (𝜑 → (1 + 𝐴) ∈ ℝ)
2922oveq2d 5668 . . . . . 6 (𝜑 → (1 / (2↑1)) = (1 / 2))
30 halflt1 8633 . . . . . 6 (1 / 2) < 1
3129, 30syl6eqbr 3882 . . . . 5 (𝜑 → (1 / (2↑1)) < 1)
32 resqrexlemex.agt0 . . . . . 6 (𝜑 → 0 ≤ 𝐴)
3326, 27addge01d 8010 . . . . . 6 (𝜑 → (0 ≤ 𝐴 ↔ 1 ≤ (1 + 𝐴)))
3432, 33mpbid 145 . . . . 5 (𝜑 → 1 ≤ (1 + 𝐴))
3525, 26, 28, 31, 34ltletrd 7901 . . . 4 (𝜑 → (1 / (2↑1)) < (1 + 𝐴))
36 resqrexlemex.seq . . . . 5 𝐹 = seq1((𝑦 ∈ ℝ+, 𝑧 ∈ ℝ+ ↦ ((𝑦 + (𝐴 / 𝑦)) / 2)), (ℕ × {(1 + 𝐴)}))
3736, 27, 32resqrexlemf1 10441 . . . 4 (𝜑 → (𝐹‘1) = (1 + 𝐴))
3835, 37breqtrrd 3871 . . 3 (𝜑 → (1 / (2↑1)) < (𝐹‘1))
3923a1i 9 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → 2 ∈ ℝ+)
40 nnz 8769 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℤ)
4140ad2antlr 473 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → 𝑘 ∈ ℤ)
4239, 41rpexpcld 10110 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (2↑𝑘) ∈ ℝ+)
4342rpcnd 9175 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (2↑𝑘) ∈ ℂ)
44 2cnd 8495 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → 2 ∈ ℂ)
4542rpap0d 9179 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (2↑𝑘) # 0)
4639rpap0d 9179 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → 2 # 0)
4743, 44, 45, 46recdivap2d 8275 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → ((1 / (2↑𝑘)) / 2) = (1 / ((2↑𝑘) · 2)))
48 nnnn0 8680 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℕ0)
4948ad2antlr 473 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
5044, 49expp1d 10087 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (2↑(𝑘 + 1)) = ((2↑𝑘) · 2))
5150oveq2d 5668 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) = (1 / ((2↑𝑘) · 2)))
5247, 51eqtr4d 2123 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → ((1 / (2↑𝑘)) / 2) = (1 / (2↑(𝑘 + 1))))
5342rprecred 9185 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (1 / (2↑𝑘)) ∈ ℝ)
5436, 27, 32resqrexlemf 10440 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝐹:ℕ⟶ℝ+)
5554ffvelrnda 5434 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ+)
5655rpred 9173 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
5756adantr 270 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
5827adantr 270 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℝ)
5958, 55rerpdivcld 9205 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐴 / (𝐹𝑘)) ∈ ℝ)
6059adantr 270 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (𝐴 / (𝐹𝑘)) ∈ ℝ)
6157, 60readdcld 7517 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → ((𝐹𝑘) + (𝐴 / (𝐹𝑘))) ∈ ℝ)
62 simpr 108 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘))
6332adantr 270 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → 0 ≤ 𝐴)
6458, 55, 63divge0d 9214 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐴 / (𝐹𝑘)))
6556, 59addge01d 8010 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (0 ≤ (𝐴 / (𝐹𝑘)) ↔ (𝐹𝑘) ≤ ((𝐹𝑘) + (𝐴 / (𝐹𝑘)))))
6664, 65mpbid 145 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ≤ ((𝐹𝑘) + (𝐴 / (𝐹𝑘))))
6766adantr 270 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (𝐹𝑘) ≤ ((𝐹𝑘) + (𝐴 / (𝐹𝑘))))
6853, 57, 61, 62, 67ltletrd 7901 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (1 / (2↑𝑘)) < ((𝐹𝑘) + (𝐴 / (𝐹𝑘))))
6953, 61, 39, 68ltdiv1dd 9231 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → ((1 / (2↑𝑘)) / 2) < (((𝐹𝑘) + (𝐴 / (𝐹𝑘))) / 2))
7036, 27, 32resqrexlemfp1 10442 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) = (((𝐹𝑘) + (𝐴 / (𝐹𝑘))) / 2))
7170adantr 270 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) = (((𝐹𝑘) + (𝐴 / (𝐹𝑘))) / 2))
7269, 71breqtrrd 3871 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → ((1 / (2↑𝑘)) / 2) < (𝐹‘(𝑘 + 1)))
7352, 72eqbrtrrd 3867 . . . . . 6 (((𝜑𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1)))
7473ex 113 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → ((1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘) → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1))))
7574expcom 114 . . . 4 (𝑘 ∈ ℕ → (𝜑 → ((1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘) → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1)))))
7675a2d 26 . . 3 (𝑘 ∈ ℕ → ((𝜑 → (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹𝑘)) → (𝜑 → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1)))))
775, 10, 15, 20, 38, 76nnind 8438 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (𝜑 → (1 / (2↑𝑁)) < (𝐹𝑁)))
7877impcom 123 1 ((𝜑𝑁 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑁)) < (𝐹𝑁))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 102   = wceq 1289  wcel 1438  {csn 3446   class class class wbr 3845   × cxp 4436  cfv 5015  (class class class)co 5652  cmpt2 5654  cr 7349  0cc0 7350  1c1 7351   + caddc 7353   · cmul 7355   < clt 7522  cle 7523   / cdiv 8139  cn 8422  2c2 8473  0cn0 8673  cz 8750  +crp 9134  seqcseq 9852  cexp 9954
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 579  ax-in2 580  ax-io 665  ax-5 1381  ax-7 1382  ax-gen 1383  ax-ie1 1427  ax-ie2 1428  ax-8 1440  ax-10 1441  ax-11 1442  ax-i12 1443  ax-bndl 1444  ax-4 1445  ax-13 1449  ax-14 1450  ax-17 1464  ax-i9 1468  ax-ial 1472  ax-i5r 1473  ax-ext 2070  ax-coll 3954  ax-sep 3957  ax-nul 3965  ax-pow 4009  ax-pr 4036  ax-un 4260  ax-setind 4353  ax-iinf 4403  ax-cnex 7436  ax-resscn 7437  ax-1cn 7438  ax-1re 7439  ax-icn 7440  ax-addcl 7441  ax-addrcl 7442  ax-mulcl 7443  ax-mulrcl 7444  ax-addcom 7445  ax-mulcom 7446  ax-addass 7447  ax-mulass 7448  ax-distr 7449  ax-i2m1 7450  ax-0lt1 7451  ax-1rid 7452  ax-0id 7453  ax-rnegex 7454  ax-precex 7455  ax-cnre 7456  ax-pre-ltirr 7457  ax-pre-ltwlin 7458  ax-pre-lttrn 7459  ax-pre-apti 7460  ax-pre-ltadd 7461  ax-pre-mulgt0 7462  ax-pre-mulext 7463
This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 781  df-3or 925  df-3an 926  df-tru 1292  df-fal 1295  df-nf 1395  df-sb 1693  df-eu 1951  df-mo 1952  df-clab 2075  df-cleq 2081  df-clel 2084  df-nfc 2217  df-ne 2256  df-nel 2351  df-ral 2364  df-rex 2365  df-reu 2366  df-rmo 2367  df-rab 2368  df-v 2621  df-sbc 2841  df-csb 2934  df-dif 3001  df-un 3003  df-in 3005  df-ss 3012  df-nul 3287  df-if 3394  df-pw 3431  df-sn 3452  df-pr 3453  df-op 3455  df-uni 3654  df-int 3689  df-iun 3732  df-br 3846  df-opab 3900  df-mpt 3901  df-tr 3937  df-id 4120  df-po 4123  df-iso 4124  df-iord 4193  df-on 4195  df-ilim 4196  df-suc 4198  df-iom 4406  df-xp 4444  df-rel 4445  df-cnv 4446  df-co 4447  df-dm 4448  df-rn 4449  df-res 4450  df-ima 4451  df-iota 4980  df-fun 5017  df-fn 5018  df-f 5019  df-f1 5020  df-fo 5021  df-f1o 5022  df-fv 5023  df-riota 5608  df-ov 5655  df-oprab 5656  df-mpt2 5657  df-1st 5911  df-2nd 5912  df-recs 6070  df-frec 6156  df-pnf 7524  df-mnf 7525  df-xr 7526  df-ltxr 7527  df-le 7528  df-sub 7655  df-neg 7656  df-reap 8052  df-ap 8059  df-div 8140  df-inn 8423  df-2 8481  df-n0 8674  df-z 8751  df-uz 9020  df-rp 9135  df-iseq 9853  df-seq3 9854  df-exp 9955
This theorem is referenced by:  resqrexlemnm  10451
  Copyright terms: Public domain W3C validator