Users' Mathboxes Mathbox for Jeff Madsen < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  incsequz2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem incsequz2 38084
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 38083 . 2 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) → ∃𝑛 ∈ ℕ (𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴))
2 nnssre 12169 . . . . . . . 8 ℕ ⊆ ℝ
3 ltso 11217 . . . . . . . . 9 < Or ℝ
4 sopo 5551 . . . . . . . . 9 ( < Or ℝ → < Po ℝ)
53, 4ax-mp 5 . . . . . . . 8 < Po ℝ
6 poss 5534 . . . . . . . 8 (ℕ ⊆ ℝ → ( < Po ℝ → < Po ℕ))
72, 5, 6mp2 9 . . . . . . 7 < Po ℕ
8 seqpo 38082 . . . . . . 7 (( < Po ℕ ∧ 𝐹:ℕ⟶ℕ) → (∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) ↔ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)))
97, 8mpan 691 . . . . . 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 12816 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (ℤ𝑛) → (𝑘 = 𝑛𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))))
13 fveq2 6834 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 = 𝑛 → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑛))
1413adantl 481 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 = 𝑛) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑛))
15 ffvelcdm 7027 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐹𝑛) ∈ ℕ)
1615nnzd 12541 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐹𝑛) ∈ ℤ)
17 uzid 12794 . . . . . . . . . . . . . 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 2837 . . . . . . . . . . 11 (((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 = 𝑛) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
2120adantllr 720 . . . . . . . . . 10 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 = 𝑛) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
22 fvoveq1 7383 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑝 = 𝑛 → (ℤ‘(𝑝 + 1)) = (ℤ‘(𝑛 + 1)))
23 fveq2 6834 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑝 = 𝑛 → (𝐹𝑝) = (𝐹𝑛))
2423breq1d 5096 . . . . . . . . . . . . . . 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 3564 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))(𝐹𝑛) < (𝐹𝑞))
27 fveq2 6834 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑞 = 𝑘 → (𝐹𝑞) = (𝐹𝑘))
2827breq2d 5098 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑞 = 𝑘 → ((𝐹𝑛) < (𝐹𝑞) ↔ (𝐹𝑛) < (𝐹𝑘)))
2928rspccva 3564 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))(𝐹𝑛) < (𝐹𝑞) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → (𝐹𝑛) < (𝐹𝑘))
3026, 29sylan 581 . . . . . . . . . . . 12 (((∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → (𝐹𝑛) < (𝐹𝑘))
3130adantlll 719 . . . . . . . . . . 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 12177 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℕ)
34 elnnuz 12819 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑛 + 1) ∈ ℕ ↔ (𝑛 + 1) ∈ (ℤ‘1))
3533, 34sylib 218 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ (ℤ‘1))
36 uztrn 12797 . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 12819 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑘 ∈ ℕ ↔ 𝑘 ∈ (ℤ‘1))
3937, 38sylibr 234 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑛 + 1) ∈ (ℤ‘1) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
4035, 39sylan 581 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
41 ffvelcdm 7027 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℕ)
4241nnzd 12541 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℤ)
4340, 42sylan2 594 . . . . . . . . . . . . . 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 12519 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐹𝑛) ∈ ℤ → (𝐹𝑛) ∈ ℝ)
46 zre 12519 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝐹𝑘) ∈ ℤ → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
47 ltle 11225 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝐹𝑛) ∈ ℝ ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℝ) → ((𝐹𝑛) < (𝐹𝑘) → (𝐹𝑛) ≤ (𝐹𝑘)))
4845, 46, 47syl2an 597 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝐹𝑛) ∈ ℤ ∧ (𝐹𝑘) ∈ ℤ) → ((𝐹𝑛) < (𝐹𝑘) → (𝐹𝑛) ≤ (𝐹𝑘)))
49 eluz 12793 . . . . . . . . . . . . . 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 585 . . . . . . . . . . . 12 (((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1))) → ((𝐹𝑛) < (𝐹𝑘) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛))))
5251adantllr 720 . . . . . . . . . . 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 960 . . . . . . . . 9 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ (𝑘 = 𝑛𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑛 + 1)))) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
5512, 54sylan2 594 . . . . . . . 8 ((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑛)) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ‘(𝐹𝑛)))
56 uztrn 12797 . . . . . . . . 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 720 . . . . . 6 (((((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑝 ∈ ℕ ∀𝑞 ∈ (ℤ‘(𝑝 + 1))(𝐹𝑝) < (𝐹𝑞)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑛)) → ((𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴) → (𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴)))
6059ralrimdva 3138 . . . . 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 1778 . . 3 ((𝐹:ℕ⟶ℕ ∧ ∀𝑚 ∈ ℕ (𝐹𝑚) < (𝐹‘(𝑚 + 1)) ∧ 𝐴 ∈ ℕ) → (𝑛 ∈ ℕ → ((𝐹𝑛) ∈ (ℤ𝐴) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑛)(𝐹𝑘) ∈ (ℤ𝐴))))
6362reximdvai 3149 . 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 848  w3a 1087   = wceq 1542  wcel 2114  wral 3052  wrex 3062  wss 3890   class class class wbr 5086   Po wpo 5530   Or wor 5531  wf 6488  cfv 6492  (class class class)co 7360  cr 11028  1c1 11030   + caddc 11032   < clt 11170  cle 11171  cn 12165  cz 12515  cuz 12779
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 2709  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106
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 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-om 7811  df-2nd 7936  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-er 8636  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-nn 12166  df-n0 12429  df-z 12516  df-uz 12780
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator