Theorem climinf3 43257

Description: A convergent, nonincreasing sequence, converges to the infimum of its range. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
climinf3.1	⊢ Ⅎ𝑘𝜑
climinf3.2	⊢ Ⅎ𝑘𝐹
climinf3.3	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
climinf3.4	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
climinf3.5	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶ℝ)
climinf3.6	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝐹‘𝑘))
climinf3.7	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ dom ⇝ )

Assertion

Ref	Expression
climinf3	⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ inf(ran 𝐹, ℝ*, < ))

Distinct variable groups:   𝑘,𝑀   𝑘,𝑍

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑘)   𝐹(𝑘)

Proof of Theorem climinf3

Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		climinf3.1	. 2 ⊢ Ⅎ𝑘𝜑
2		climinf3.2	. 2 ⊢ Ⅎ𝑘𝐹
3		climinf3.4	. 2 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
4		climinf3.3	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
5		climinf3.5	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶ℝ)
6		climinf3.6	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝐹‘𝑘))
7		climinf3.7	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ dom ⇝ )
8	5	ffvelrnda 6961	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
9	8	recnd 11003	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
10	1, 9	ralrimia 3430	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ 𝑍 (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
11	2, 3	climbddf 43228	. . . 4 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹 ∈ dom ⇝ ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥)
12	4, 7, 10, 11	syl3anc 1370	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥)
13		renegcl 11284	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → -𝑥 ∈ ℝ)
14	13	ad2antlr 724	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → -𝑥 ∈ ℝ)
15		nfv 1917	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘 𝑥 ∈ ℝ
16	1, 15	nfan 1902	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑘(𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ)
17		nfra1 3144	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑘∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥
18	16, 17	nfan 1902	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑘((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥)
19		simpll 764	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ))
20		simpr 485	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝑘 ∈ 𝑍)
21		rspa 3132	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥)
22	21	adantll 711	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥)
23		simpr 485	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ∧ (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥)
24	8	ad4ant13 748	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ∧ (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
25		simpllr 773	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ∧ (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → 𝑥 ∈ ℝ)
26	24, 25	absled 15142	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ∧ (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → ((abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥 ↔ (-𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘) ∧ (𝐹‘𝑘) ≤ 𝑥)))
27	23, 26	mpbid 231	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ∧ (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → (-𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘) ∧ (𝐹‘𝑘) ≤ 𝑥))
28	27	simpld 495	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ∧ (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → -𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘))
29	19, 20, 22, 28	syl21anc 835	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → -𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘))
30	29	ex 413	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → (𝑘 ∈ 𝑍 → -𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘)))
31	18, 30	ralrimi 3141	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → ∀𝑘 ∈ 𝑍 -𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘))
32		breq1 5077	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = -𝑥 → (𝑦 ≤ (𝐹‘𝑘) ↔ -𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘)))
33	32	ralbidv 3112	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 = -𝑥 → (∀𝑘 ∈ 𝑍 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑘) ↔ ∀𝑘 ∈ 𝑍 -𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘)))
34	33	rspcev 3561	. . . . 5 ⊢ ((-𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 -𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ 𝑍 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑘))
35	14, 31, 34	syl2anc 584	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ 𝑍 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑘))
36	35	rexlimdva2 3216	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ 𝑍 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑘)))
37	12, 36	mpd 15	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ 𝑍 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑘))
38	1, 2, 3, 4, 5, 6, 37	climinf2 43248	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ inf(ran 𝐹, ℝ*, < ))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1539  Ⅎwnf 1786   ∈ wcel 2106  Ⅎwnfc 2887  ∀wral 3064  ∃wrex 3065   class class class wbr 5074  dom cdm 5589  ran crn 5590  ⟶wf 6429  ‘cfv 6433  (class class class)co 7275  infcinf 9200  ℂcc 10869  ℝcr 10870  1c1 10872   + caddc 10874  ℝ^*cxr 11008   < clt 11009   ≤ cle 11010  -cneg 11206  ℤcz 12319  ℤ_≥cuz 12582  abscabs 14945   ⇝ cli 15193

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-rep 5209  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948  ax-pre-sup 10949

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-op 4568  df-uni 4840  df-iun 4926  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5489  df-eprel 5495  df-po 5503  df-so 5504  df-fr 5544  df-we 5546  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-pred 6202  df-ord 6269  df-on 6270  df-lim 6271  df-suc 6272  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-om 7713  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-frecs 8097  df-wrecs 8128  df-recs 8202  df-rdg 8241  df-1o 8297  df-er 8498  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-fin 8737  df-sup 9201  df-inf 9202  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208  df-div 11633  df-nn 11974  df-2 12036  df-3 12037  df-n0 12234  df-z 12320  df-uz 12583  df-rp 12731  df-fz 13240  df-seq 13722  df-exp 13783  df-cj 14810  df-re 14811  df-im 14812  df-sqrt 14946  df-abs 14947  df-clim 15197

This theorem is referenced by: (None)