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Theorem incsequz2 37788
Description: An increasing sequence of positive integers takes on indefinitely large values. (Contributed by Jeff Madsen, 2-Sep-2009.)
Assertion
Ref Expression
incsequz2 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) → ∃𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑛)(𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴))
Distinct variable groups:   𝑘,𝐹,𝑚,𝑛   𝐴,𝑘,𝑚,𝑛

Proof of Theorem incsequz2
Dummy variables 𝑝 𝑞 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 incsequz 37787 . 2 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) → ∃𝑛 ∈ ℕ (𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴))
2 nnssre 12126 . . . . . . . 8 ℕ ⊆ ℝ
3 ltso 11190 . . . . . . . . 9 < Or ℝ
4 sopo 5543 . . . . . . . . 9 ( < Or ℝ → < Po ℝ)
53, 4ax-mp 5 . . . . . . . 8 < Po ℝ
6 poss 5526 . . . . . . . 8 (ℕ ⊆ ℝ → ( < Po ℝ → < Po ℕ))
72, 5, 6mp2 9 . . . . . . 7 < Po ℕ
8 seqpo 37786 . . . . . . 7 (( < Po ℕ ∧ 𝐹:ℕ⟶ℕ) → (∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) ↔ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)))
97, 8mpan 690 . . . . . 6 (𝐹:ℕ⟶ℕ → (∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) ↔ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)))
109biimpd 229 . . . . 5 (𝐹:ℕ⟶ℕ → (∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) → ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)))
1110imdistani 568 . . . 4 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1))) → (𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)))
12 uzp1 12770 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (ℤ𝑛) → (𝑘 = 𝑛𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))))
13 fveq2 6822 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 = 𝑛 → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑛))
1413adantl 481 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 = 𝑛) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑛))
15 ffvelcdm 7014 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐹𝑛) ∈ ℕ)
1615nnzd 12492 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐹𝑛) ∈ ℤ)
17 uzid 12744 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐹𝑛) ∈ ℤ → (𝐹𝑛) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
1816, 17syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐹𝑛) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
1918adantr 480 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 = 𝑛) → (𝐹𝑛) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
2014, 19eqeltrd 2831 . . . . . . . . . . 11 (((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 = 𝑛) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
2120adantllr 719 . . . . . . . . . 10 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 = 𝑛) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
22 fvoveq1 7369 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑝 = 𝑛 → (ℤ‘(𝑝 + 1)) = (ℤ‘(𝑛 + 1)))
23 fveq2 6822 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑝 = 𝑛 → (𝐹𝑝) = (𝐹𝑛))
2423breq1d 5101 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑝 = 𝑛 → ((𝐹𝑝) < (𝐹𝑞) ↔ (𝐹𝑛) < (𝐹𝑞)))
2522, 24raleqbidv 3312 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑝 = 𝑛 → (∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞) ↔ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))(𝐹𝑛) < (𝐹𝑞)))
2625rspccva 3576 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))(𝐹𝑛) < (𝐹𝑞))
27 fveq2 6822 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑞 = 𝑘 → (𝐹𝑞) = (𝐹𝑘))
2827breq2d 5103 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑞 = 𝑘 → ((𝐹𝑛) < (𝐹𝑞) ↔ (𝐹𝑛) < (𝐹𝑘)))
2928rspccva 3576 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))(𝐹𝑛) < (𝐹𝑞) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → (𝐹𝑛) < (𝐹𝑘))
3026, 29sylan 580 . . . . . . . . . . . 12 (((∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → (𝐹𝑛) < (𝐹𝑘))
3130adantlll 718 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → (𝐹𝑛) < (𝐹𝑘))
3216adantr 480 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → (𝐹𝑛) ∈ ℤ)
33 peano2nn 12134 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℕ)
34 elnnuz 12773 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑛 + 1) ∈ ℕ ↔ (𝑛 + 1) ∈ (ℤ‘1))
3533, 34sylib 218 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ (ℤ‘1))
36 uztrn 12747 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ((𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1)) ∧ (𝑛 + 1) ∈ (ℤ‘1)) → 𝑘 ∈ (ℤ‘1))
3736ancoms 458 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑛 + 1) ∈ (ℤ‘1) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → 𝑘 ∈ (ℤ‘1))
38 elnnuz 12773 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℕ ↔ 𝑘 ∈ (ℤ‘1))
3937, 38sylibr 234 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑛 + 1) ∈ (ℤ‘1) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
4035, 39sylan 580 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
41 ffvelcdm 7014 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℕ)
4241nnzd 12492 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℤ)
4340, 42sylan2 593 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ (𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1)))) → (𝐹𝑘) ∈ ℤ)
4443anassrs 467 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → (𝐹𝑘) ∈ ℤ)
45 zre 12469 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐹𝑛) ∈ ℤ → (𝐹𝑛) ∈ ℝ)
46 zre 12469 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐹𝑘) ∈ ℤ → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
47 ltle 11198 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐹𝑛) ∈ ℝ ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℝ) → ((𝐹𝑛) < (𝐹𝑘) → (𝐹𝑛) ≤ (𝐹𝑘)))
4845, 46, 47syl2an 596 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐹𝑛) ∈ ℤ ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℤ) → ((𝐹𝑛) < (𝐹𝑘) → (𝐹𝑛) ≤ (𝐹𝑘)))
49 eluz 12743 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐹𝑛) ∈ ℤ ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℤ) → ((𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)) ↔ (𝐹𝑛) ≤ (𝐹𝑘)))
5048, 49sylibrd 259 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝐹𝑛) ∈ ℤ ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℤ) → ((𝐹𝑛) < (𝐹𝑘) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛))))
5132, 44, 50syl2anc 584 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → ((𝐹𝑛) < (𝐹𝑘) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛))))
5251adantllr 719 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → ((𝐹𝑛) < (𝐹𝑘) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛))))
5331, 52mpd 15 . . . . . . . . . 10 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
5421, 53jaodan 959 . . . . . . . . 9 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ (𝑘 = 𝑛𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1)))) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
5512, 54sylan2 593 . . . . . . . 8 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑛)) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
56 uztrn 12747 . . . . . . . . 9 (((𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)) ∧ (𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴)) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴))
5756ex 412 . . . . . . . 8 ((𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)) → ((𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴)))
5855, 57syl 17 . . . . . . 7 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑛)) → ((𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴)))
5958adantllr 719 . . . . . 6 (((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑛)) → ((𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴)))
6059ralrimdva 3132 . . . . 5 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ((𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑛)(𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴)))
6160ex 412 . . . 4 (((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) → (𝑛 ∈ ℕ → ((𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑛)(𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴))))
6211, 61stoic3 1777 . . 3 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) → (𝑛 ∈ ℕ → ((𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑛)(𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴))))
6362reximdvai 3143 . 2 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) → (∃𝑛 ∈ ℕ (𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴) → ∃𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑛)(𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴)))
641, 63mpd 15 1 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) → ∃𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑛)(𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  wo 847  w3a 1086   = wceq 1541  wcel 2111  wral 3047  wrex 3056  wss 3902   class class class wbr 5091   Po wpo 5522   Or wor 5523  wf 6477  cfv 6481  (class class class)co 7346  cr 11002  1c1 11004   + caddc 11006   < clt 11143  cle 11144  cn 12122  cz 12465  cuz 12729
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1968  ax-7 2009  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2144  ax-11 2160  ax-12 2180  ax-ext 2703  ax-sep 5234  ax-nul 5244  ax-pow 5303  ax-pr 5370  ax-un 7668  ax-cnex 11059  ax-resscn 11060  ax-1cn 11061  ax-icn 11062  ax-addcl 11063  ax-addrcl 11064  ax-mulcl 11065  ax-mulrcl 11066  ax-mulcom 11067  ax-addass 11068  ax-mulass 11069  ax-distr 11070  ax-i2m1 11071  ax-1ne0 11072  ax-1rid 11073  ax-rnegex 11074  ax-rrecex 11075  ax-cnre 11076  ax-pre-lttri 11077  ax-pre-lttrn 11078  ax-pre-ltadd 11079  ax-pre-mulgt0 11080
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2068  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2710  df-cleq 2723  df-clel 2806  df-nfc 2881  df-ne 2929  df-nel 3033  df-ral 3048  df-rex 3057  df-reu 3347  df-rab 3396  df-v 3438  df-sbc 3742  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4284  df-if 4476  df-pw 4552  df-sn 4577  df-pr 4579  df-op 4583  df-uni 4860  df-iun 4943  df-br 5092  df-opab 5154  df-mpt 5173  df-tr 5199  df-id 5511  df-eprel 5516  df-po 5524  df-so 5525  df-fr 5569  df-we 5571  df-xp 5622  df-rel 5623  df-cnv 5624  df-co 5625  df-dm 5626  df-rn 5627  df-res 5628  df-ima 5629  df-pred 6248  df-ord 6309  df-on 6310  df-lim 6311  df-suc 6312  df-iota 6437  df-fun 6483  df-fn 6484  df-f 6485  df-f1 6486  df-fo 6487  df-f1o 6488  df-fv 6489  df-riota 7303  df-ov 7349  df-oprab 7350  df-mpo 7351  df-om 7797  df-2nd 7922  df-frecs 8211  df-wrecs 8242  df-recs 8291  df-rdg 8329  df-er 8622  df-en 8870  df-dom 8871  df-sdom 8872  df-pnf 11145  df-mnf 11146  df-xr 11147  df-ltxr 11148  df-le 11149  df-sub 11343  df-neg 11344  df-nn 12123  df-n0 12379  df-z 12466  df-uz 12730
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