Theorem resqrexlemsqa 11171

Description: Lemma for resqrex 11173. 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 11154	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℝ+)
5	4	ffvelcdmda 5694	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℝ+)
6		2z 9348	. . . . . 6 ⊢ 2 ∈ ℤ
7	6	a1i 9	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℤ)
8	5, 7	rpexpcld 10771	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑥)↑2) ∈ ℝ+)
9		eqid 2193	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2)) = (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2))
10	8, 9	fmptd 5713	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2)):ℕ⟶ℝ+)
11		rpssre 9733	. . . 4 ⊢ ℝ+ ⊆ ℝ
12	11	a1i 9	. . 3 ⊢ (𝜑 → ℝ+ ⊆ ℝ)
13	10, 12	fssd 5417	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((𝐹‘𝑥)↑2)):ℕ⟶ℝ)
14		resqrexlemgt0.rr	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐿 ∈ ℝ)
15	14	resqcld 10773	. 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 5927	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑒 = 𝑎 → (𝐿 + 𝑒) = (𝐿 + 𝑎))
18	17	breq2d 4042	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑒 = 𝑎 → ((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑒) ↔ (𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎)))
19		oveq2 5927	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑒 = 𝑎 → ((𝐹‘𝑖) + 𝑒) = ((𝐹‘𝑖) + 𝑎))
20	19	breq2d 4042	. . . . . . . 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 2520	. . . . . 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 2726	. . . . 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 5555	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑏 → (ℤ≥‘𝑗) = (ℤ≥‘𝑏))
25	24	raleqdv 2696	. . . . . . 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 2727	. . . . . 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 2500	. . . . 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 5555	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑖 = 𝑐 → (𝐹‘𝑖) = (𝐹‘𝑐))
29	28	breq1d 4040	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑖 = 𝑐 → ((𝐹‘𝑖) < (𝐿 + 𝑎) ↔ (𝐹‘𝑐) < (𝐿 + 𝑎)))
30	28	oveq1d 5934	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑖 = 𝑐 → ((𝐹‘𝑖) + 𝑎) = ((𝐹‘𝑐) + 𝑎))
31	30	breq2d 4042	. . . . . . . . 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 2726	. . . . . . 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 2501	. . . . . 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 2500	. . . . 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 11169	. 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 11170	. 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 11142	1 ⊢ (𝜑 → (𝐿↑2) = 𝐴)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1364   ∈ wcel 2164  ∀wral 2472  ∃wrex 2473   ⊆ wss 3154  {csn 3619   class class class wbr 4030   ↦ cmpt 4091   × cxp 4658  ‘cfv 5255  (class class class)co 5919   ∈ cmpo 5921  ℝcr 7873  0cc0 7874  1c1 7875   + caddc 7877   < clt 8056   ≤ cle 8057   / cdiv 8693  ℕcn 8984  2c2 9035  ℤcz 9320  ℤ_≥cuz 9595  ℝ⁺crp 9722  seqcseq 10521  ↑cexp 10612

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 2166  ax-14 2167  ax-ext 2175  ax-coll 4145  ax-sep 4148  ax-nul 4156  ax-pow 4204  ax-pr 4239  ax-un 4465  ax-setind 4570  ax-iinf 4621  ax-cnex 7965  ax-resscn 7966  ax-1cn 7967  ax-1re 7968  ax-icn 7969  ax-addcl 7970  ax-addrcl 7971  ax-mulcl 7972  ax-mulrcl 7973  ax-addcom 7974  ax-mulcom 7975  ax-addass 7976  ax-mulass 7977  ax-distr 7978  ax-i2m1 7979  ax-0lt1 7980  ax-1rid 7981  ax-0id 7982  ax-rnegex 7983  ax-precex 7984  ax-cnre 7985  ax-pre-ltirr 7986  ax-pre-ltwlin 7987  ax-pre-lttrn 7988  ax-pre-apti 7989  ax-pre-ltadd 7990  ax-pre-mulgt0 7991  ax-pre-mulext 7992  ax-arch 7993

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 2045  df-mo 2046  df-clab 2180  df-cleq 2186  df-clel 2189  df-nfc 2325  df-ne 2365  df-nel 2460  df-ral 2477  df-rex 2478  df-reu 2479  df-rmo 2480  df-rab 2481  df-v 2762  df-sbc 2987  df-csb 3082  df-dif 3156  df-un 3158  df-in 3160  df-ss 3167  df-nul 3448  df-if 3559  df-pw 3604  df-sn 3625  df-pr 3626  df-op 3628  df-uni 3837  df-int 3872  df-iun 3915  df-br 4031  df-opab 4092  df-mpt 4093  df-tr 4129  df-id 4325  df-po 4328  df-iso 4329  df-iord 4398  df-on 4400  df-ilim 4401  df-suc 4403  df-iom 4624  df-xp 4666  df-rel 4667  df-cnv 4668  df-co 4669  df-dm 4670  df-rn 4671  df-res 4672  df-ima 4673  df-iota 5216  df-fun 5257  df-fn 5258  df-f 5259  df-f1 5260  df-fo 5261  df-f1o 5262  df-fv 5263  df-riota 5874  df-ov 5922  df-oprab 5923  df-mpo 5924  df-1st 6195  df-2nd 6196  df-recs 6360  df-frec 6446  df-pnf 8058  df-mnf 8059  df-xr 8060  df-ltxr 8061  df-le 8062  df-sub 8194  df-neg 8195  df-reap 8596  df-ap 8603  df-div 8694  df-inn 8985  df-2 9043  df-3 9044  df-4 9045  df-n0 9244  df-z 9321  df-uz 9596  df-rp 9723  df-seqfrec 10522  df-exp 10613

This theorem is referenced by:  resqrexlemex  11172