Theorem heiborlem7 38138

Description: Lemma for heibor 38142. Since the sizes of the balls decrease exponentially, the sequence converges to zero. (Contributed by Jeff Madsen, 23-Jan-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
heibor.1	⊢ 𝐽 = (MetOpen‘𝐷)
heibor.3	⊢ 𝐾 = {𝑢 ∣ ¬ ∃𝑣 ∈ (𝒫 𝑈 ∩ Fin)𝑢 ⊆ ∪ 𝑣}
heibor.4	⊢ 𝐺 = {⟨𝑦, 𝑛⟩ ∣ (𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 𝑦 ∈ (𝐹‘𝑛) ∧ (𝑦𝐵𝑛) ∈ 𝐾)}
heibor.5	⊢ 𝐵 = (𝑧 ∈ 𝑋, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑧(ball‘𝐷)(1 / (2↑𝑚))))
heibor.6	⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ (CMet‘𝑋))
heibor.7	⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ0⟶(𝒫 𝑋 ∩ Fin))
heibor.8	⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ0 𝑋 = ∪ 𝑦 ∈ (𝐹‘𝑛)(𝑦𝐵𝑛))
heibor.9	⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ 𝐺 ((𝑇‘𝑥)𝐺((2nd ‘𝑥) + 1) ∧ ((𝐵‘𝑥) ∩ ((𝑇‘𝑥)𝐵((2nd ‘𝑥) + 1))) ∈ 𝐾))
heibor.10	⊢ (𝜑 → 𝐶𝐺0)
heibor.11	⊢ 𝑆 = seq0(𝑇, (𝑚 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑚 = 0, 𝐶, (𝑚 − 1))))
heibor.12	⊢ 𝑀 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ⟨(𝑆‘𝑛), (3 / (2↑𝑛))⟩)

Assertion

Ref	Expression
heiborlem7	⊢ ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑘 ∈ ℕ (2nd ‘(𝑀‘𝑘)) < 𝑟

Distinct variable groups:   𝑥,𝑛,𝑦,𝑘,𝑟,𝑢,𝐹   𝑘,𝐺,𝑥   𝜑,𝑘,𝑟,𝑥   𝑘,𝑚,𝑣,𝑧,𝐷,𝑛,𝑟,𝑢,𝑥,𝑦   𝑘,𝑀,𝑚,𝑟,𝑢,𝑥,𝑦,𝑧   𝑇,𝑚,𝑛,𝑥,𝑦,𝑧   𝐵,𝑛,𝑢,𝑣,𝑦   𝑘,𝐽,𝑚,𝑛,𝑟,𝑢,𝑣,𝑥,𝑦,𝑧   𝑈,𝑛,𝑢,𝑣,𝑥,𝑦,𝑧   𝑆,𝑘,𝑚,𝑛,𝑢,𝑣,𝑥,𝑦,𝑧   𝑘,𝑋,𝑚,𝑛,𝑟,𝑢,𝑣,𝑥,𝑦,𝑧   𝐶,𝑚,𝑛,𝑢,𝑣,𝑦   𝑛,𝐾,𝑥,𝑦,𝑧   𝑥,𝐵

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑦,𝑧,𝑣,𝑢,𝑚,𝑛)   𝐵(𝑧,𝑘,𝑚,𝑟)   𝐶(𝑥,𝑧,𝑘,𝑟)   𝑆(𝑟)   𝑇(𝑣,𝑢,𝑘,𝑟)   𝑈(𝑘,𝑚,𝑟)   𝐹(𝑧,𝑣,𝑚)   𝐺(𝑦,𝑧,𝑣,𝑢,𝑚,𝑛,𝑟)   𝐾(𝑣,𝑢,𝑘,𝑚,𝑟)   𝑀(𝑣,𝑛)

Proof of Theorem heiborlem7

Step	Hyp	Ref	Expression
1		3re 12261	. . . . . . 7 ⊢ 3 ∈ ℝ
2		3pos 12286	. . . . . . 7 ⊢ 0 < 3
3	1, 2	elrpii 12945	. . . . . 6 ⊢ 3 ∈ ℝ+
4		rpdivcl 12969	. . . . . 6 ⊢ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 3 ∈ ℝ+) → (𝑟 / 3) ∈ ℝ+)
5	3, 4	mpan2 692	. . . . 5 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → (𝑟 / 3) ∈ ℝ+)
6		2re 12255	. . . . . 6 ⊢ 2 ∈ ℝ
7		1lt2 12347	. . . . . 6 ⊢ 1 < 2
8		expnlbnd 14195	. . . . . 6 ⊢ (((𝑟 / 3) ∈ ℝ+ ∧ 2 ∈ ℝ ∧ 1 < 2) → ∃𝑘 ∈ ℕ (1 / (2↑𝑘)) < (𝑟 / 3))
9	6, 7, 8	mp3an23 1456	. . . . 5 ⊢ ((𝑟 / 3) ∈ ℝ+ → ∃𝑘 ∈ ℕ (1 / (2↑𝑘)) < (𝑟 / 3))
10	5, 9	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → ∃𝑘 ∈ ℕ (1 / (2↑𝑘)) < (𝑟 / 3))
11		2nn 12254	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ ℕ
12		nnnn0 12444	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℕ0)
13		nnexpcl 14036	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (2↑𝑘) ∈ ℕ)
14	11, 12, 13	sylancr 588	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (2↑𝑘) ∈ ℕ)
15	14	nnrpd 12984	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (2↑𝑘) ∈ ℝ+)
16		rpcn 12953	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2↑𝑘) ∈ ℝ+ → (2↑𝑘) ∈ ℂ)
17		rpne0 12959	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2↑𝑘) ∈ ℝ+ → (2↑𝑘) ≠ 0)
18		3cn 12262	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 3 ∈ ℂ
19		divrec 11825	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((3 ∈ ℂ ∧ (2↑𝑘) ∈ ℂ ∧ (2↑𝑘) ≠ 0) → (3 / (2↑𝑘)) = (3 · (1 / (2↑𝑘))))
20	18, 19	mp3an1 1451	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((2↑𝑘) ∈ ℂ ∧ (2↑𝑘) ≠ 0) → (3 / (2↑𝑘)) = (3 · (1 / (2↑𝑘))))
21	16, 17, 20	syl2anc 585	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2↑𝑘) ∈ ℝ+ → (3 / (2↑𝑘)) = (3 · (1 / (2↑𝑘))))
22	15, 21	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (3 / (2↑𝑘)) = (3 · (1 / (2↑𝑘))))
23	22	adantl 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (3 / (2↑𝑘)) = (3 · (1 / (2↑𝑘))))
24	23	breq1d 5095	. . . . . 6 ⊢ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((3 / (2↑𝑘)) < 𝑟 ↔ (3 · (1 / (2↑𝑘))) < 𝑟))
25	14	nnrecred 12228	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (1 / (2↑𝑘)) ∈ ℝ)
26		rpre 12951	. . . . . . 7 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → 𝑟 ∈ ℝ)
27	1, 2	pm3.2i 470	. . . . . . . 8 ⊢ (3 ∈ ℝ ∧ 0 < 3)
28		ltmuldiv2 12030	. . . . . . . 8 ⊢ (((1 / (2↑𝑘)) ∈ ℝ ∧ 𝑟 ∈ ℝ ∧ (3 ∈ ℝ ∧ 0 < 3)) → ((3 · (1 / (2↑𝑘))) < 𝑟 ↔ (1 / (2↑𝑘)) < (𝑟 / 3)))
29	27, 28	mp3an3 1453	. . . . . . 7 ⊢ (((1 / (2↑𝑘)) ∈ ℝ ∧ 𝑟 ∈ ℝ) → ((3 · (1 / (2↑𝑘))) < 𝑟 ↔ (1 / (2↑𝑘)) < (𝑟 / 3)))
30	25, 26, 29	syl2anr 598	. . . . . 6 ⊢ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((3 · (1 / (2↑𝑘))) < 𝑟 ↔ (1 / (2↑𝑘)) < (𝑟 / 3)))
31	24, 30	bitrd 279	. . . . 5 ⊢ ((𝑟 ∈ ℝ+ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((3 / (2↑𝑘)) < 𝑟 ↔ (1 / (2↑𝑘)) < (𝑟 / 3)))
32	31	rexbidva 3159	. . . 4 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → (∃𝑘 ∈ ℕ (3 / (2↑𝑘)) < 𝑟 ↔ ∃𝑘 ∈ ℕ (1 / (2↑𝑘)) < (𝑟 / 3)))
33	10, 32	mpbird 257	. . 3 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → ∃𝑘 ∈ ℕ (3 / (2↑𝑘)) < 𝑟)
34		fveq2 6840	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑆‘𝑛) = (𝑆‘𝑘))
35		oveq2 7375	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (2↑𝑛) = (2↑𝑘))
36	35	oveq2d 7383	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (3 / (2↑𝑛)) = (3 / (2↑𝑘)))
37	34, 36	opeq12d 4824	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → ⟨(𝑆‘𝑛), (3 / (2↑𝑛))⟩ = ⟨(𝑆‘𝑘), (3 / (2↑𝑘))⟩)
38		heibor.12	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑀 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ⟨(𝑆‘𝑛), (3 / (2↑𝑛))⟩)
39		opex 5416	. . . . . . . 8 ⊢ ⟨(𝑆‘𝑘), (3 / (2↑𝑘))⟩ ∈ V
40	37, 38, 39	fvmpt 6947	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝑀‘𝑘) = ⟨(𝑆‘𝑘), (3 / (2↑𝑘))⟩)
41	40	fveq2d 6844	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (2nd ‘(𝑀‘𝑘)) = (2nd ‘⟨(𝑆‘𝑘), (3 / (2↑𝑘))⟩))
42		fvex 6853	. . . . . . 7 ⊢ (𝑆‘𝑘) ∈ V
43		ovex 7400	. . . . . . 7 ⊢ (3 / (2↑𝑘)) ∈ V
44	42, 43	op2nd 7951	. . . . . 6 ⊢ (2nd ‘⟨(𝑆‘𝑘), (3 / (2↑𝑘))⟩) = (3 / (2↑𝑘))
45	41, 44	eqtrdi 2787	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (2nd ‘(𝑀‘𝑘)) = (3 / (2↑𝑘)))
46	45	breq1d 5095	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → ((2nd ‘(𝑀‘𝑘)) < 𝑟 ↔ (3 / (2↑𝑘)) < 𝑟))
47	46	rexbiia 3082	. . 3 ⊢ (∃𝑘 ∈ ℕ (2nd ‘(𝑀‘𝑘)) < 𝑟 ↔ ∃𝑘 ∈ ℕ (3 / (2↑𝑘)) < 𝑟)
48	33, 47	sylibr 234	. 2 ⊢ (𝑟 ∈ ℝ+ → ∃𝑘 ∈ ℕ (2nd ‘(𝑀‘𝑘)) < 𝑟)
49	48	rgen 3053	1 ⊢ ∀𝑟 ∈ ℝ+ ∃𝑘 ∈ ℕ (2nd ‘(𝑀‘𝑘)) < 𝑟

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  {cab 2714   ≠ wne 2932  ∀wral 3051  ∃wrex 3061   ∩ cin 3888   ⊆ wss 3889  ifcif 4466  𝒫 cpw 4541  ⟨cop 4573  ∪ cuni 4850  ∪ ciun 4933   class class class wbr 5085  {copab 5147   ↦ cmpt 5166  ⟶wf 6494  ‘cfv 6498  (class class class)co 7367   ∈ cmpo 7369  2^nd c2nd 7941  Fincfn 8893  ℂcc 11036  ℝcr 11037  0cc0 11038  1c1 11039   + caddc 11041   · cmul 11043   < clt 11179   − cmin 11377   / cdiv 11807  ℕcn 12174  2c2 12236  3c3 12237  ℕ₀cn0 12437  ℝ⁺crp 12942  seqcseq 13963  ↑cexp 14023  ballcbl 21339  MetOpencmopn 21342  CMetccmet 25221

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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2708  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5307  ax-pr 5375  ax-un 7689  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115  ax-pre-sup 11116

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3062  df-rmo 3342  df-reu 3343  df-rab 3390  df-v 3431  df-sbc 3729  df-csb 3838  df-dif 3892  df-un 3894  df-in 3896  df-ss 3906  df-pss 3909  df-nul 4274  df-if 4467  df-pw 4543  df-sn 4568  df-pr 4570  df-op 4574  df-uni 4851  df-iun 4935  df-br 5086  df-opab 5148  df-mpt 5167  df-tr 5193  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6265  df-ord 6326  df-on 6327  df-lim 6328  df-suc 6329  df-iota 6454  df-fun 6500  df-fn 6501  df-f 6502  df-f1 6503  df-fo 6504  df-f1o 6505  df-fv 6506  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-om 7818  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-er 8643  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-sup 9355  df-inf 9356  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-div 11808  df-nn 12175  df-2 12244  df-3 12245  df-n0 12438  df-z 12525  df-uz 12789  df-rp 12943  df-fl 13751  df-seq 13964  df-exp 14024

This theorem is referenced by:  heiborlem8  38139  heiborlem9  38140