Theorem resqrexlemsqa 11208

Description: Lemma for resqrex 11210. The square of a limit is 𝐴. (Contributed by Jim Kingdon, 7-Aug-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)
resqrexlemgt0.rr	⊢ (𝜑 → 𝐿 ∈ ℝ)
resqrexlemgt0.lim	⊢ (𝜑 → ∀𝑒 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑒) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑒)))

Assertion

Ref	Expression
resqrexlemsqa	⊢ (𝜑 → (𝐿↑2) = 𝐴)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑒,𝑗   𝑦,𝐴,𝑧   𝑒,𝐹,𝑗   𝑦,𝐹,𝑧   𝑖,𝐹   𝑒,𝐿,𝑗,𝑖   𝑦,𝐿,𝑧   𝑒,𝑖,𝑗   𝜑,𝑦,𝑧

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑒,𝑖,𝑗)   𝐴(𝑖)

Proof of Theorem resqrexlemsqa

Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑐 𝑑 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		resqrexlemex.seq	. . . . . . 7 ⊢ 𝐹 = seq1((𝑦 ∈ ℝ+, 𝑧 ∈ ℝ+ ↦ ((𝑦 + (𝐴 / 𝑦)) / 2)), (ℕ × {(1 + 𝐴)}))
2		resqrexlemex.a	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
3		resqrexlemex.agt0	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ 𝐴)
4	1, 2, 3	resqrexlemf 11191	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℝ+)
5	4	ffvelcdmda 5700	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℝ+)
6		2z 9373	. . . . . 6 ⊢ 2 ∈ ℤ
7	6	a1i 9	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℤ)
8	5, 7	rpexpcld 10808	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑥)↑2) ∈ ℝ+)
9		eqid 2196	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2)) = (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2))
10	8, 9	fmptd 5719	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2)):ℕ⟶ℝ+)
11		rpssre 9758	. . . 4 ⊢ ℝ+ ⊆ ℝ
12	11	a1i 9	. . 3 ⊢ (𝜑 → ℝ+ ⊆ ℝ)
13	10, 12	fssd 5423	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2)):ℕ⟶ℝ)
14		resqrexlemgt0.rr	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐿 ∈ ℝ)
15	14	resqcld 10810	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐿↑2) ∈ ℝ)
16		resqrexlemgt0.lim	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑒 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑒) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑒)))
17		oveq2 5933	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑒 = 𝑎 → (𝐿 + 𝑒) = (𝐿 + 𝑎))
18	17	breq2d 4046	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑒 = 𝑎 → ((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑒) ↔ (𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎)))
19		oveq2 5933	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑒 = 𝑎 → ((𝐹‘𝑖) + 𝑒) = ((𝐹‘𝑖) + 𝑎))
20	19	breq2d 4046	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑒 = 𝑎 → (𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑒) ↔ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)))
21	18, 20	anbi12d 473	. . . . . . 7 ⊢ (𝑒 = 𝑎 → (((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑒) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑒)) ↔ ((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎))))
22	21	rexralbidv 2523	. . . . . 6 ⊢ (𝑒 = 𝑎 → (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑒) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑒)) ↔ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎))))
23	22	cbvralv 2729	. . . . 5 ⊢ (∀𝑒 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑒) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑒)) ↔ ∀𝑎 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)))
24		fveq2 5561	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑏 → (ℤ≥‘𝑗) = (ℤ≥‘𝑏))
25	24	raleqdv 2699	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = 𝑏 → (∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)) ↔ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎))))
26	25	cbvrexv 2730	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)) ↔ ∃𝑏 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)))
27	26	ralbii 2503	. . . . 5 ⊢ (∀𝑎 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)) ↔ ∀𝑎 ∈ ℝ+ ∃𝑏 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)))
28		fveq2 5561	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑖 = 𝑐 → (𝐹‘𝑖) = (𝐹‘𝑐))
29	28	breq1d 4044	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑖 = 𝑐 → ((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ↔ (𝐹‘𝑐) < (𝐿 + 𝑎)))
30	28	oveq1d 5940	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑖 = 𝑐 → ((𝐹‘𝑖) + 𝑎) = ((𝐹‘𝑐) + 𝑎))
31	30	breq2d 4046	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑖 = 𝑐 → (𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎) ↔ 𝐿 < ((𝐹‘𝑐) + 𝑎)))
32	29, 31	anbi12d 473	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑖 = 𝑐 → (((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)) ↔ ((𝐹‘𝑐) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑐) + 𝑎))))
33	32	cbvralv 2729	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)) ↔ ∀𝑐 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑐) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑐) + 𝑎)))
34	33	rexbii 2504	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑏 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)) ↔ ∃𝑏 ∈ ℕ ∀𝑐 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑐) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑐) + 𝑎)))
35	34	ralbii 2503	. . . . 5 ⊢ (∀𝑎 ∈ ℝ+ ∃𝑏 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑎)) ↔ ∀𝑎 ∈ ℝ+ ∃𝑏 ∈ ℕ ∀𝑐 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑐) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑐) + 𝑎)))
36	23, 27, 35	3bitri 206	. . . 4 ⊢ (∀𝑒 ∈ ℝ+ ∃𝑗 ∈ ℕ ∀𝑖 ∈ (ℤ≥‘𝑗)((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑒) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑖) + 𝑒)) ↔ ∀𝑎 ∈ ℝ+ ∃𝑏 ∈ ℕ ∀𝑐 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑐) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑐) + 𝑎)))
37	16, 36	sylib 122	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑎 ∈ ℝ+ ∃𝑏 ∈ ℕ ∀𝑐 ∈ (ℤ≥‘𝑏)((𝐹‘𝑐) < (𝐿 + 𝑎) ∧ 𝐿 < ((𝐹‘𝑐) + 𝑎)))
38	1, 2, 3, 14, 37, 9	resqrexlemglsq 11206	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑎 ∈ ℝ+ ∃𝑏 ∈ ℕ ∀𝑑 ∈ (ℤ≥‘𝑏)(((𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2))‘𝑑) < ((𝐿↑2) + 𝑎) ∧ (𝐿↑2) < (((𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2))‘𝑑) + 𝑎)))
39	1, 2, 3, 14, 37, 9	resqrexlemga 11207	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑎 ∈ ℝ+ ∃𝑏 ∈ ℕ ∀𝑑 ∈ (ℤ≥‘𝑏)(((𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2))‘𝑑) < (𝐴 + 𝑎) ∧ 𝐴 < (((𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2))‘𝑑) + 𝑎)))
40	13, 15, 38, 2, 39	recvguniq 11179	1 ⊢ (𝜑 → (𝐿↑2) = 𝐴)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1364   ∈ wcel 2167  ∀wral 2475  ∃wrex 2476   ⊆ wss 3157  {csn 3623   class class class wbr 4034   ↦ cmpt 4095   × cxp 4662  ‘cfv 5259  (class class class)co 5925   ∈ cmpo 5927  ℝcr 7897  0cc0 7898  1c1 7899   + caddc 7901   < clt 8080   ≤ cle 8081   / cdiv 8718  ℕcn 9009  2c2 9060  ℤcz 9345  ℤ_≥cuz 9620  ℝ⁺crp 9747  seqcseq 10558  ↑cexp 10649

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 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-coll 4149  ax-sep 4152  ax-nul 4160  ax-pow 4208  ax-pr 4243  ax-un 4469  ax-setind 4574  ax-iinf 4625  ax-cnex 7989  ax-resscn 7990  ax-1cn 7991  ax-1re 7992  ax-icn 7993  ax-addcl 7994  ax-addrcl 7995  ax-mulcl 7996  ax-mulrcl 7997  ax-addcom 7998  ax-mulcom 7999  ax-addass 8000  ax-mulass 8001  ax-distr 8002  ax-i2m1 8003  ax-0lt1 8004  ax-1rid 8005  ax-0id 8006  ax-rnegex 8007  ax-precex 8008  ax-cnre 8009  ax-pre-ltirr 8010  ax-pre-ltwlin 8011  ax-pre-lttrn 8012  ax-pre-apti 8013  ax-pre-ltadd 8014  ax-pre-mulgt0 8015  ax-pre-mulext 8016  ax-arch 8017

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 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-nel 2463  df-ral 2480  df-rex 2481  df-reu 2482  df-rmo 2483  df-rab 2484  df-v 2765  df-sbc 2990  df-csb 3085  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-nul 3452  df-if 3563  df-pw 3608  df-sn 3629  df-pr 3630  df-op 3632  df-uni 3841  df-int 3876  df-iun 3919  df-br 4035  df-opab 4096  df-mpt 4097  df-tr 4133  df-id 4329  df-po 4332  df-iso 4333  df-iord 4402  df-on 4404  df-ilim 4405  df-suc 4407  df-iom 4628  df-xp 4670  df-rel 4671  df-cnv 4672  df-co 4673  df-dm 4674  df-rn 4675  df-res 4676  df-ima 4677  df-iota 5220  df-fun 5261  df-fn 5262  df-f 5263  df-f1 5264  df-fo 5265  df-f1o 5266  df-fv 5267  df-riota 5880  df-ov 5928  df-oprab 5929  df-mpo 5930  df-1st 6207  df-2nd 6208  df-recs 6372  df-frec 6458  df-pnf 8082  df-mnf 8083  df-xr 8084  df-ltxr 8085  df-le 8086  df-sub 8218  df-neg 8219  df-reap 8621  df-ap 8628  df-div 8719  df-inn 9010  df-2 9068  df-3 9069  df-4 9070  df-n0 9269  df-z 9346  df-uz 9621  df-rp 9748  df-seqfrec 10559  df-exp 10650

This theorem is referenced by:  resqrexlemex  11209