Theorem knoppndv 37615

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 11296	. . . . . . . . . 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 37595	. . . . . . . . . . . 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 37585	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ (ℝ–cn→ℂ))
13		cncff 25269	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑊 ∈ (ℝ–cn→ℂ) → 𝑊:ℝ⟶ℂ)
14	12, 13	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑊:ℝ⟶ℂ)
15		ssidd 3936	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ℝ ⊆ ℝ)
16	3, 14, 15	dvbss 26276	. . . . . . . 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 3914	. . . . . 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 3936	. . . . . 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 37614	. . . . . . 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 3209	. . . . . 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 37592	. . . . 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 1962	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀ℎ ¬ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊))
36		eq0 4300	. 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 1568   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959  ∃wrex 3090   ⊆ wss 3900  ∅c0 4281   class class class wbr 5108   ↦ cmpt 5192  dom cdm 5658  ⟶wf 6562  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451  ℂcc 11237  ℝcr 11238  1c1 11240   + caddc 11242   · cmul 11244   < clt 11382   ≤ cle 11383   − cmin 11580   -cneg 11581   / cdiv 12013  ℕcn 12375  2c2 12437  ℕ₀cn0 12646  ℝ⁺crp 13160  (,)cioo 13516  ⌊cfl 13970  ↑cexp 14244  abscabs 15444  Σcsu 15897  –cn→ccncf 25252   D cdv 26238

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-inf2 9679  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316  ax-pre-sup 11317  ax-addf 11318

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4841  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-iin 4959  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-se 5612  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-isom 6575  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-of 7725  df-om 7912  df-1st 8035  df-2nd 8036  df-supp 8215  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-1o 8514  df-2o 8515  df-er 8755  df-map 8887  df-pm 8888  df-ixp 8964  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-fin 9015  df-fsupp 9392  df-fi 9440  df-sup 9471  df-inf 9472  df-oi 9541  df-card 10057  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-div 12014  df-nn 12376  df-2 12445  df-3 12446  df-4 12447  df-5 12448  df-6 12449  df-7 12450  df-8 12451  df-9 12452  df-n0 12647  df-z 12734  df-dec 12855  df-uz 13006  df-q 13116  df-rp 13161  df-xneg 13281  df-xadd 13282  df-xmul 13283  df-ioo 13520  df-ico 13522  df-icc 13523  df-fz 13680  df-fzo 13829  df-fl 13972  df-seq 14185  df-exp 14245  df-hash 14516  df-cj 15309  df-re 15310  df-im 15311  df-sqrt 15445  df-abs 15446  df-limsup 15682  df-clim 15699  df-rlim 15700  df-sum 15898  df-dvds 16467  df-struct 17369  df-sets 17386  df-slot 17404  df-ndx 17416  df-base 17432  df-ress 17453  df-plusg 17486  df-mulr 17487  df-starv 17488  df-sca 17489  df-vsca 17490  df-ip 17491  df-tset 17492  df-ple 17493  df-ds 17495  df-unif 17496  df-hom 17497  df-cco 17498  df-euf 17499  df-rest 17643  df-topn 17644  df-0g 17662  df-gsum 17663  df-topgen 17664  df-pt 17665  df-prds 17668  df-xrs 17724  df-qtop 17729  df-imas 17730  df-xps 17732  df-mre 17806  df-mrc 17807  df-acs 17809  df-mgm 18866  df-sgrp 18958  df-mnd 18974  df-submnd 19029  df-mulg 19328  df-cntz 19582  df-cmn 20047  df-psmet 21721  df-xmet 21722  df-met 21723  df-bl 21724  df-mopn 21725  df-cnfld 21730  df-top 23267  df-topon 23284  df-topsp 23306  df-bases 23319  df-ntr 23393  df-cn 23600  df-cnp 23601  df-tx 23936  df-hmeo 24129  df-xms 24694  df-ms 24695  df-tms 24696  df-cncf 25254  df-limc 26241  df-dv 26242  df-ulm 26761

This theorem is used by:  cnndvlem1  37618