Theorem climinf3 44110

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	ffvelcdmda 7055	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
9	8	recnd 11207	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
10	1, 9	ralrimia 3252	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ 𝑍 (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
11	2, 3	climbddf 44081	. . . 4 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹 ∈ dom ⇝ ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥)
12	4, 7, 10, 11	syl3anc 1371	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥)
13		renegcl 11488	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → -𝑥 ∈ ℝ)
14	13	ad2antlr 725	. . . . 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 3278	. . . . . . 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 765	. . . . . . . 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 3242	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥)
22	21	adantll 712	. . . . . . . 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 749	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ∧ (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
25		simpllr 774	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ∧ (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → 𝑥 ∈ ℝ)
26	24, 25	absled 15342	. . . . . . . . . 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 836	. . . . . . 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 3251	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑍 (abs‘(𝐹‘𝑘)) ≤ 𝑥) → ∀𝑘 ∈ 𝑍 -𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘))
32		breq1 5128	. . . . . . 7 ⊢ (𝑦 = -𝑥 → (𝑦 ≤ (𝐹‘𝑘) ↔ -𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘)))
33	32	ralbidv 3176	. . . . . 6 ⊢ (𝑦 = -𝑥 → (∀𝑘 ∈ 𝑍 𝑦 ≤ (𝐹‘𝑘) ↔ ∀𝑘 ∈ 𝑍 -𝑥 ≤ (𝐹‘𝑘)))
34	33	rspcev 3595	. . . . 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 3156	. . 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 44101	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ inf(ran 𝐹, ℝ*, < ))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1541  Ⅎwnf 1785   ∈ wcel 2106  Ⅎwnfc 2882  ∀wral 3060  ∃wrex 3069   class class class wbr 5125  dom cdm 5653  ran crn 5654  ⟶wf 6512  ‘cfv 6516  (class class class)co 7377  infcinf 9401  ℂcc 11073  ℝcr 11074  1c1 11076   + caddc 11078  ℝ^*cxr 11212   < clt 11213   ≤ cle 11214  -cneg 11410  ℤcz 12523  ℤ_≥cuz 12787  abscabs 15146   ⇝ cli 15393

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  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 2702  ax-rep 5262  ax-sep 5276  ax-nul 5283  ax-pow 5340  ax-pr 5404  ax-un 7692  ax-cnex 11131  ax-resscn 11132  ax-1cn 11133  ax-icn 11134  ax-addcl 11135  ax-addrcl 11136  ax-mulcl 11137  ax-mulrcl 11138  ax-mulcom 11139  ax-addass 11140  ax-mulass 11141  ax-distr 11142  ax-i2m1 11143  ax-1ne0 11144  ax-1rid 11145  ax-rnegex 11146  ax-rrecex 11147  ax-cnre 11148  ax-pre-lttri 11149  ax-pre-lttrn 11150  ax-pre-ltadd 11151  ax-pre-mulgt0 11152  ax-pre-sup 11153

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2709  df-cleq 2723  df-clel 2809  df-nfc 2884  df-ne 2940  df-nel 3046  df-ral 3061  df-rex 3070  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3419  df-v 3461  df-sbc 3758  df-csb 3874  df-dif 3931  df-un 3933  df-in 3935  df-ss 3945  df-pss 3947  df-nul 4303  df-if 4507  df-pw 4582  df-sn 4607  df-pr 4609  df-op 4613  df-uni 4886  df-iun 4976  df-br 5126  df-opab 5188  df-mpt 5209  df-tr 5243  df-id 5551  df-eprel 5557  df-po 5565  df-so 5566  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5659  df-rel 5660  df-cnv 5661  df-co 5662  df-dm 5663  df-rn 5664  df-res 5665  df-ima 5666  df-pred 6273  df-ord 6340  df-on 6341  df-lim 6342  df-suc 6343  df-iota 6468  df-fun 6518  df-fn 6519  df-f 6520  df-f1 6521  df-fo 6522  df-f1o 6523  df-fv 6524  df-riota 7333  df-ov 7380  df-oprab 7381  df-mpo 7382  df-om 7823  df-1st 7941  df-2nd 7942  df-frecs 8232  df-wrecs 8263  df-recs 8337  df-rdg 8376  df-1o 8432  df-er 8670  df-en 8906  df-dom 8907  df-sdom 8908  df-fin 8909  df-sup 9402  df-inf 9403  df-pnf 11215  df-mnf 11216  df-xr 11217  df-ltxr 11218  df-le 11219  df-sub 11411  df-neg 11412  df-div 11837  df-nn 12178  df-2 12240  df-3 12241  df-n0 12438  df-z 12524  df-uz 12788  df-rp 12940  df-fz 13450  df-seq 13932  df-exp 13993  df-cj 15011  df-re 15012  df-im 15013  df-sqrt 15147  df-abs 15148  df-clim 15397

This theorem is referenced by: (None)