Theorem knoppndv 37443

Description: The continuous nowhere differentiable function 𝑊 ( Knopp, K. (1918). Math. Z. 2, 1-26 ) is, in fact, nowhere differentiable. (Contributed by Asger C. Ipsen, 19-Aug-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
knoppndv.t	⊢ 𝑇 = (𝑥 ∈ ℝ ↦ (abs‘((⌊‘(𝑥 + (1 / 2))) − 𝑥)))
knoppndv.f	⊢ 𝐹 = (𝑦 ∈ ℝ ↦ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐶↑𝑛) · (𝑇‘(((2 · 𝑁)↑𝑛) · 𝑦)))))
knoppndv.w	⊢ 𝑊 = (𝑤 ∈ ℝ ↦ Σ𝑖 ∈ ℕ0 ((𝐹‘𝑤)‘𝑖))
knoppndv.c	⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ( -1(,)1))
knoppndv.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
knoppndv.1	⊢ (𝜑 → 1 < (𝑁 · (abs‘𝐶)))

Assertion

Ref	Expression
knoppndv	⊢ (𝜑 → dom (ℝ D 𝑊) = ∅)

Distinct variable groups:   𝐶,𝑖,𝑛,𝑤,𝑦   𝑖,𝐹,𝑤   𝑖,𝑁,𝑛,𝑤,𝑦   𝑥,𝑁,𝑖,𝑤   𝑇,𝑛,𝑦   𝜑,𝑖,𝑛,𝑤,𝑦

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥)   𝐶(𝑥)   𝑇(𝑥, 𝑤, 𝑖)   𝐹(𝑥, 𝑦, 𝑛)   𝑊(𝑥, 𝑦, 𝑤, 𝑖, 𝑛)

Proof of Theorem knoppndv

Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑑 𝑒 ℎ are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpl 488	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊)) → 𝜑)
2		ax-resscn 11258	. . . . . . . . . 10 ⊢ ℝ ⊆ ℂ
3	2	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ℝ ⊆ ℂ)
4		knoppndv.t	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑇 = (𝑥 ∈ ℝ ↦ (abs‘((⌊‘(𝑥 + (1 / 2))) − 𝑥)))
5		knoppndv.f	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝐹 = (𝑦 ∈ ℝ ↦ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐶↑𝑛) · (𝑇‘(((2 · 𝑁)↑𝑛) · 𝑦)))))
6		knoppndv.w	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 𝑊 = (𝑤 ∈ ℝ ↦ Σ𝑖 ∈ ℕ0 ((𝐹‘𝑤)‘𝑖))
7		knoppndv.n	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
8		knoppndv.c	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ( -1(,)1))
9	8	knoppndvlem3 37423	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝐶 ∈ ℝ ∧ (abs‘𝐶) < 1))
10	9	simpld 500	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ)
11	9	simprd 501	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (abs‘𝐶) < 1)
12	4, 5, 6, 7, 10, 11	knoppcn 37413	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ (ℝ–cn→ℂ))
13		cncff 25215	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑊 ∈ (ℝ–cn→ℂ) → 𝑊:ℝ⟶ℂ)
14	12, 13	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑊:ℝ⟶ℂ)
15		ssidd 3931	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ℝ ⊆ ℝ)
16	3, 14, 15	dvbss 26222	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → dom (ℝ D 𝑊) ⊆ ℝ)
17	16	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊)) → dom (ℝ D 𝑊) ⊆ ℝ)
18		simpr 490	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊)) → ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊))
19	17, 18	sseldd 3909	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊)) → ℎ ∈ ℝ)
20	1, 19	jca 521	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊)) → (𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ))
21		ssidd 3931	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) → ℝ ⊆ ℝ)
22	14	adantr 486	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) → 𝑊:ℝ⟶ℂ)
23	8	ad2antrr 739	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) ∧ (𝑒 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ ℝ+)) → 𝐶 ∈ ( -1(,)1))
24		simprr 785	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) ∧ (𝑒 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ ℝ+)) → 𝑑 ∈ ℝ+)
25		simprl 783	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) ∧ (𝑒 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ ℝ+)) → 𝑒 ∈ ℝ+)
26		simplr 781	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) ∧ (𝑒 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ ℝ+)) → ℎ ∈ ℝ)
27	7	ad2antrr 739	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) ∧ (𝑒 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ ℝ+)) → 𝑁 ∈ ℕ)
28		knoppndv.1	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 1 < (𝑁 · (abs‘𝐶)))
29	28	ad2antrr 739	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) ∧ (𝑒 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ ℝ+)) → 1 < (𝑁 · (abs‘𝐶)))
30	4, 5, 6, 23, 24, 25, 26, 27, 29	knoppndvlem22 37442	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) ∧ (𝑒 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ ℝ+)) → ∃𝑎 ∈ ℝ ∃𝑏 ∈ ℝ ((𝑎 ≤ ℎ ∧ ℎ ≤ 𝑏) ∧ ((𝑏 − 𝑎) < 𝑑 ∧ 𝑎 ≠ 𝑏) ∧ 𝑒 ≤ ((abs‘((𝑊‘𝑏) − (𝑊‘𝑎))) / (𝑏 − 𝑎))))
31	30	ralrimivva 3205	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) → ∀𝑒 ∈ ℝ+ ∀𝑑 ∈ ℝ+ ∃𝑎 ∈ ℝ ∃𝑏 ∈ ℝ ((𝑎 ≤ ℎ ∧ ℎ ≤ 𝑏) ∧ ((𝑏 − 𝑎) < 𝑑 ∧ 𝑎 ≠ 𝑏) ∧ 𝑒 ≤ ((abs‘((𝑊‘𝑏) − (𝑊‘𝑎))) / (𝑏 − 𝑎))))
32	21, 22, 31	unbdqndv2 37420	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ℎ ∈ ℝ) → ¬ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊))
33	20, 32	syl 18	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊)) → ¬ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊))
34	33	pm2.01da 811	. . 3 ⊢ (𝜑 → ¬ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊))
35	34	alrimiv 1959	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀ℎ ¬ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊))
36		eq0 4296	. 2 ⊢ (dom (ℝ D 𝑊) = ∅ ↔ ∀ℎ ¬ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊))
37	35, 36	sylibr 237	1 ⊢ (𝜑 → dom (ℝ D 𝑊) = ∅)

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103  ∀wal 1567   = wceq 1569   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2955  ∃wrex 3086   ⊆ wss 3895  ∅c0 4278   class class class wbr 5102   ↦ cmpt 5185  dom cdm 5650  ⟶wf 6534  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11199  ℝcr 11200  1c1 11202   + caddc 11204   · cmul 11206   < clt 11344   ≤ cle 11345   − cmin 11542   -cneg 11543   / cdiv 11974  ℕcn 12336  2c2 12398  ℕ₀cn0 12607  ℝ⁺crp 13121  (,)cioo 13477  ⌊cfl 13931  ↑cexp 14205  abscabs 15402  Σcsu 15854  –cn→ccncf 25198   D cdv 26184

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-inf2 9643  ax-cnex 11257  ax-resscn 11258  ax-1cn 11259  ax-icn 11260  ax-addcl 11261  ax-addrcl 11262  ax-mulcl 11263  ax-mulrcl 11264  ax-mulcom 11265  ax-addass 11266  ax-mulass 11267  ax-distr 11268  ax-i2m1 11269  ax-1ne0 11270  ax-1rid 11271  ax-rnegex 11272  ax-rrecex 11273  ax-cnre 11274  ax-pre-lttri 11275  ax-pre-lttrn 11276  ax-pre-ltadd 11277  ax-pre-mulgt0 11278  ax-pre-sup 11279  ax-addf 11280

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4584  df-pr 4586  df-tp 4588  df-op 4590  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-iin 4953  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-se 5604  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-isom 6547  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-of 7693  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-supp 8178  df-frecs 8300  df-wrecs 8331  df-recs 8380  df-rdg 8419  df-1o 8477  df-2o 8478  df-er 8718  df-map 8850  df-pm 8851  df-ixp 8927  df-en 8975  df-dom 8976  df-sdom 8977  df-fin 8978  df-fsupp 9355  df-fi 9404  df-sup 9435  df-inf 9436  df-oi 9505  df-card 10021  df-pnf 11346  df-mnf 11347  df-xr 11348  df-ltxr 11349  df-le 11350  df-sub 11544  df-neg 11545  df-div 11975  df-nn 12337  df-2 12406  df-3 12407  df-4 12408  df-5 12409  df-6 12410  df-7 12411  df-8 12412  df-9 12413  df-n0 12608  df-z 12695  df-dec 12816  df-uz 12967  df-q 13077  df-rp 13122  df-xneg 13242  df-xadd 13243  df-xmul 13244  df-ioo 13481  df-ico 13483  df-icc 13484  df-fz 13641  df-fzo 13790  df-fl 13933  df-seq 14146  df-exp 14206  df-hash 14476  df-cj 15267  df-re 15268  df-im 15269  df-sqrt 15403  df-abs 15404  df-limsup 15639  df-clim 15656  df-rlim 15657  df-sum 15855  df-dvds 16424  df-struct 17326  df-sets 17343  df-slot 17361  df-ndx 17373  df-base 17389  df-ress 17410  df-plusg 17442  df-mulr 17443  df-starv 17444  df-sca 17445  df-vsca 17446  df-ip 17447  df-tset 17448  df-ple 17449  df-ds 17451  df-unif 17452  df-hom 17453  df-cco 17454  df-rest 17594  df-topn 17595  df-0g 17613  df-gsum 17614  df-topgen 17615  df-pt 17616  df-prds 17619  df-xrs 17675  df-qtop 17680  df-imas 17681  df-xps 17683  df-mre 17757  df-mrc 17758  df-acs 17760  df-mgm 18817  df-sgrp 18909  df-mnd 18925  df-submnd 18980  df-mulg 19279  df-cntz 19532  df-cmn 19997  df-psmet 21671  df-xmet 21672  df-met 21673  df-bl 21674  df-mopn 21675  df-cnfld 21680  df-top 23213  df-topon 23230  df-topsp 23252  df-bases 23265  df-ntr 23339  df-cn 23546  df-cnp 23547  df-tx 23882  df-hmeo 24075  df-xms 24640  df-ms 24641  df-tms 24642  df-cncf 25200  df-limc 26187  df-dv 26188  df-ulm 26705

This theorem is used by:  cnndvlem1  37446