Theorem resqrexlemlo 11057

Description: Lemma for resqrex 11070. 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	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
resqrexlemex.agt0	⊢ (𝜑 → 0 ≤ 𝐴)

Assertion

Ref	Expression
resqrexlemlo	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑁)) < (𝐹‘𝑁))

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.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oveq2 5905	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = 1 → (2↑𝑤) = (2↑1))
2	1	oveq2d 5913	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 1 → (1 / (2↑𝑤)) = (1 / (2↑1)))
3		fveq2 5534	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 1 → (𝐹‘𝑤) = (𝐹‘1))
4	2, 3	breq12d 4031	. . . 4 ⊢ (𝑤 = 1 → ((1 / (2↑𝑤)) < (𝐹‘𝑤) ↔ (1 / (2↑1)) < (𝐹‘1)))
5	4	imbi2d 230	. . 3 ⊢ (𝑤 = 1 → ((𝜑 → (1 / (2↑𝑤)) < (𝐹‘𝑤)) ↔ (𝜑 → (1 / (2↑1)) < (𝐹‘1))))
6		oveq2 5905	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → (2↑𝑤) = (2↑𝑘))
7	6	oveq2d 5913	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → (1 / (2↑𝑤)) = (1 / (2↑𝑘)))
8		fveq2 5534	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → (𝐹‘𝑤) = (𝐹‘𝑘))
9	7, 8	breq12d 4031	. . . 4 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → ((1 / (2↑𝑤)) < (𝐹‘𝑤) ↔ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)))
10	9	imbi2d 230	. . 3 ⊢ (𝑤 = 𝑘 → ((𝜑 → (1 / (2↑𝑤)) < (𝐹‘𝑤)) ↔ (𝜑 → (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘))))
11		oveq2 5905	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → (2↑𝑤) = (2↑(𝑘 + 1)))
12	11	oveq2d 5913	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → (1 / (2↑𝑤)) = (1 / (2↑(𝑘 + 1))))
13		fveq2 5534	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → (𝐹‘𝑤) = (𝐹‘(𝑘 + 1)))
14	12, 13	breq12d 4031	. . . 4 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → ((1 / (2↑𝑤)) < (𝐹‘𝑤) ↔ (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1))))
15	14	imbi2d 230	. . 3 ⊢ (𝑤 = (𝑘 + 1) → ((𝜑 → (1 / (2↑𝑤)) < (𝐹‘𝑤)) ↔ (𝜑 → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1)))))
16		oveq2 5905	. . . . . 6 ⊢ (𝑤 = 𝑁 → (2↑𝑤) = (2↑𝑁))
17	16	oveq2d 5913	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 𝑁 → (1 / (2↑𝑤)) = (1 / (2↑𝑁)))
18		fveq2 5534	. . . . 5 ⊢ (𝑤 = 𝑁 → (𝐹‘𝑤) = (𝐹‘𝑁))
19	17, 18	breq12d 4031	. . . 4 ⊢ (𝑤 = 𝑁 → ((1 / (2↑𝑤)) < (𝐹‘𝑤) ↔ (1 / (2↑𝑁)) < (𝐹‘𝑁)))
20	19	imbi2d 230	. . 3 ⊢ (𝑤 = 𝑁 → ((𝜑 → (1 / (2↑𝑤)) < (𝐹‘𝑤)) ↔ (𝜑 → (1 / (2↑𝑁)) < (𝐹‘𝑁))))
21		2cnd 9023	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
22	21	exp1d 10683	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (2↑1) = 2)
23		2rp 9690	. . . . . . 7 ⊢ 2 ∈ ℝ+
24	22, 23	eqeltrdi 2280	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (2↑1) ∈ ℝ+)
25	24	rprecred 9740	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (1 / (2↑1)) ∈ ℝ)
26		1red 8003	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
27		resqrexlemex.a	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
28	26, 27	readdcld 8018	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (1 + 𝐴) ∈ ℝ)
29	22	oveq2d 5913	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (1 / (2↑1)) = (1 / 2))
30		halflt1 9167	. . . . . 6 ⊢ (1 / 2) < 1
31	29, 30	eqbrtrdi 4057	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (1 / (2↑1)) < 1)
32		resqrexlemex.agt0	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ 𝐴)
33	26, 27	addge01d 8521	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (0 ≤ 𝐴 ↔ 1 ≤ (1 + 𝐴)))
34	32, 33	mpbid 147	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 1 ≤ (1 + 𝐴))
35	25, 26, 28, 31, 34	ltletrd 8411	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (1 / (2↑1)) < (1 + 𝐴))
36		resqrexlemex.seq	. . . . 5 ⊢ 𝐹 = seq1((𝑦 ∈ ℝ+, 𝑧 ∈ ℝ+ ↦ ((𝑦 + (𝐴 / 𝑦)) / 2)), (ℕ × {(1 + 𝐴)}))
37	36, 27, 32	resqrexlemf1 11052	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘1) = (1 + 𝐴))
38	35, 37	breqtrrd 4046	. . 3 ⊢ (𝜑 → (1 / (2↑1)) < (𝐹‘1))
39	23	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → 2 ∈ ℝ+)
40		nnz 9303	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℤ)
41	40	ad2antlr 489	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → 𝑘 ∈ ℤ)
42	39, 41	rpexpcld 10712	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (2↑𝑘) ∈ ℝ+)
43	42	rpcnd 9730	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (2↑𝑘) ∈ ℂ)
44		2cnd 9023	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → 2 ∈ ℂ)
45	42	rpap0d 9734	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (2↑𝑘) # 0)
46	39	rpap0d 9734	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → 2 # 0)
47	43, 44, 45, 46	recdivap2d 8796	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → ((1 / (2↑𝑘)) / 2) = (1 / ((2↑𝑘) · 2)))
48		nnnn0 9214	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℕ0)
49	48	ad2antlr 489	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
50	44, 49	expp1d 10689	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (2↑(𝑘 + 1)) = ((2↑𝑘) · 2))
51	50	oveq2d 5913	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) = (1 / ((2↑𝑘) · 2)))
52	47, 51	eqtr4d 2225	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → ((1 / (2↑𝑘)) / 2) = (1 / (2↑(𝑘 + 1))))
53	42	rprecred 9740	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (1 / (2↑𝑘)) ∈ ℝ)
54	36, 27, 32	resqrexlemf 11051	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℝ+)
55	54	ffvelcdmda 5672	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ+)
56	55	rpred 9728	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
57	56	adantr 276	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
58	27	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℝ)
59	58, 55	rerpdivcld 9760	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐴 / (𝐹‘𝑘)) ∈ ℝ)
60	59	adantr 276	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (𝐴 / (𝐹‘𝑘)) ∈ ℝ)
61	57, 60	readdcld 8018	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → ((𝐹‘𝑘) + (𝐴 / (𝐹‘𝑘))) ∈ ℝ)
62		simpr 110	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘))
63	32	adantr 276	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 0 ≤ 𝐴)
64	58, 55, 63	divge0d 9769	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐴 / (𝐹‘𝑘)))
65	56, 59	addge01d 8521	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (0 ≤ (𝐴 / (𝐹‘𝑘)) ↔ (𝐹‘𝑘) ≤ ((𝐹‘𝑘) + (𝐴 / (𝐹‘𝑘)))))
66	64, 65	mpbid 147	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ≤ ((𝐹‘𝑘) + (𝐴 / (𝐹‘𝑘))))
67	66	adantr 276	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (𝐹‘𝑘) ≤ ((𝐹‘𝑘) + (𝐴 / (𝐹‘𝑘))))
68	53, 57, 61, 62, 67	ltletrd 8411	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (1 / (2↑𝑘)) < ((𝐹‘𝑘) + (𝐴 / (𝐹‘𝑘))))
69	53, 61, 39, 68	ltdiv1dd 9786	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → ((1 / (2↑𝑘)) / 2) < (((𝐹‘𝑘) + (𝐴 / (𝐹‘𝑘))) / 2))
70	36, 27, 32	resqrexlemfp1 11053	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) = (((𝐹‘𝑘) + (𝐴 / (𝐹‘𝑘))) / 2))
71	70	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) = (((𝐹‘𝑘) + (𝐴 / (𝐹‘𝑘))) / 2))
72	69, 71	breqtrrd 4046	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → ((1 / (2↑𝑘)) / 2) < (𝐹‘(𝑘 + 1)))
73	52, 72	eqbrtrrd 4042	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1)))
74	73	ex 115	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘) → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1))))
75	74	expcom 116	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝜑 → ((1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘) → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1)))))
76	75	a2d 26	. . 3 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → ((𝜑 → (1 / (2↑𝑘)) < (𝐹‘𝑘)) → (𝜑 → (1 / (2↑(𝑘 + 1))) < (𝐹‘(𝑘 + 1)))))
77	5, 10, 15, 20, 38, 76	nnind 8966	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝜑 → (1 / (2↑𝑁)) < (𝐹‘𝑁)))
78	77	impcom 125	1 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑁)) < (𝐹‘𝑁))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1364   ∈ wcel 2160  {csn 3607   class class class wbr 4018   × cxp 4642  ‘cfv 5235  (class class class)co 5897   ∈ cmpo 5899  ℝcr 7841  0cc0 7842  1c1 7843   + caddc 7845   · cmul 7847   < clt 8023   ≤ cle 8024   / cdiv 8660  ℕcn 8950  2c2 9001  ℕ₀cn0 9207  ℤcz 9284  ℝ⁺crp 9685  seqcseq 10478  ↑cexp 10553

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 710  ax-5 1458  ax-7 1459  ax-gen 1460  ax-ie1 1504  ax-ie2 1505  ax-8 1515  ax-10 1516  ax-11 1517  ax-i12 1518  ax-bndl 1520  ax-4 1521  ax-17 1537  ax-i9 1541  ax-ial 1545  ax-i5r 1546  ax-13 2162  ax-14 2163  ax-ext 2171  ax-coll 4133  ax-sep 4136  ax-nul 4144  ax-pow 4192  ax-pr 4227  ax-un 4451  ax-setind 4554  ax-iinf 4605  ax-cnex 7933  ax-resscn 7934  ax-1cn 7935  ax-1re 7936  ax-icn 7937  ax-addcl 7938  ax-addrcl 7939  ax-mulcl 7940  ax-mulrcl 7941  ax-addcom 7942  ax-mulcom 7943  ax-addass 7944  ax-mulass 7945  ax-distr 7946  ax-i2m1 7947  ax-0lt1 7948  ax-1rid 7949  ax-0id 7950  ax-rnegex 7951  ax-precex 7952  ax-cnre 7953  ax-pre-ltirr 7954  ax-pre-ltwlin 7955  ax-pre-lttrn 7956  ax-pre-apti 7957  ax-pre-ltadd 7958  ax-pre-mulgt0 7959  ax-pre-mulext 7960

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1472  df-sb 1774  df-eu 2041  df-mo 2042  df-clab 2176  df-cleq 2182  df-clel 2185  df-nfc 2321  df-ne 2361  df-nel 2456  df-ral 2473  df-rex 2474  df-reu 2475  df-rmo 2476  df-rab 2477  df-v 2754  df-sbc 2978  df-csb 3073  df-dif 3146  df-un 3148  df-in 3150  df-ss 3157  df-nul 3438  df-if 3550  df-pw 3592  df-sn 3613  df-pr 3614  df-op 3616  df-uni 3825  df-int 3860  df-iun 3903  df-br 4019  df-opab 4080  df-mpt 4081  df-tr 4117  df-id 4311  df-po 4314  df-iso 4315  df-iord 4384  df-on 4386  df-ilim 4387  df-suc 4389  df-iom 4608  df-xp 4650  df-rel 4651  df-cnv 4652  df-co 4653  df-dm 4654  df-rn 4655  df-res 4656  df-ima 4657  df-iota 5196  df-fun 5237  df-fn 5238  df-f 5239  df-f1 5240  df-fo 5241  df-f1o 5242  df-fv 5243  df-riota 5852  df-ov 5900  df-oprab 5901  df-mpo 5902  df-1st 6166  df-2nd 6167  df-recs 6331  df-frec 6417  df-pnf 8025  df-mnf 8026  df-xr 8027  df-ltxr 8028  df-le 8029  df-sub 8161  df-neg 8162  df-reap 8563  df-ap 8570  df-div 8661  df-inn 8951  df-2 9009  df-n0 9208  df-z 9285  df-uz 9560  df-rp 9686  df-seqfrec 10479  df-exp 10554

This theorem is referenced by:  resqrexlemnm  11062