Theorem knoppndv 37380

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 11250	. . . . . . . . . 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 37360	. . . . . . . . . . . 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 37350	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ (ℝ–cn→ℂ))
13		cncff 25207	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑊 ∈ (ℝ–cn→ℂ) → 𝑊:ℝ⟶ℂ)
14	12, 13	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑊:ℝ⟶ℂ)
15		ssidd 3954	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ℝ ⊆ ℝ)
16	3, 14, 15	dvbss 26214	. . . . . . . 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 3932	. . . . . 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 3954	. . . . . 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 37379	. . . . . . 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 3206	. . . . . 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 37357	. . . . 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 1960	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀ℎ ¬ ℎ ∈ dom (ℝ D 𝑊))
36		eq0 4297	. 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 2145   ≠ wne 2956  ∃wrex 3087   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186  dom cdm 5651  ⟶wf 6533  ‘cfv 6537  (class class class)co 7418  ℂcc 11191  ℝcr 11192  1c1 11194   + caddc 11196   · cmul 11198   < clt 11336   ≤ cle 11337   − cmin 11534  -cneg 11535   / cdiv 11966  ℕcn 12328  2c2 12390  ℕ₀cn0 12599  ℝ⁺crp 13113  (,)cioo 13469  ⌊cfl 13923  ↑cexp 14197  abscabs 15394  Σcsu 15846  –cn→ccncf 25190   D cdv 26176

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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7749  ax-inf2 9635  ax-cnex 11249  ax-resscn 11250  ax-1cn 11251  ax-icn 11252  ax-addcl 11253  ax-addrcl 11254  ax-mulcl 11255  ax-mulrcl 11256  ax-mulcom 11257  ax-addass 11258  ax-mulass 11259  ax-distr 11260  ax-i2m1 11261  ax-1ne0 11262  ax-1rid 11263  ax-rnegex 11264  ax-rrecex 11265  ax-cnre 11266  ax-pre-lttri 11267  ax-pre-lttrn 11268  ax-pre-ltadd 11269  ax-pre-mulgt0 11270  ax-pre-sup 11271  ax-addf 11272

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 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-tp 4589  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-iin 4954  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7375  df-ov 7421  df-oprab 7422  df-mpo 7423  df-of 7691  df-om 7876  df-1st 7999  df-2nd 8000  df-supp 8171  df-frecs 8292  df-wrecs 8323  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-1o 8469  df-2o 8470  df-er 8710  df-map 8842  df-pm 8843  df-ixp 8919  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-fin 8970  df-fsupp 9347  df-fi 9396  df-sup 9427  df-inf 9428  df-oi 9497  df-card 10013  df-pnf 11338  df-mnf 11339  df-xr 11340  df-ltxr 11341  df-le 11342  df-sub 11536  df-neg 11537  df-div 11967  df-nn 12329  df-2 12398  df-3 12399  df-4 12400  df-5 12401  df-6 12402  df-7 12403  df-8 12404  df-9 12405  df-n0 12600  df-z 12687  df-dec 12808  df-uz 12959  df-q 13069  df-rp 13114  df-xneg 13234  df-xadd 13235  df-xmul 13236  df-ioo 13473  df-ico 13475  df-icc 13476  df-fz 13633  df-fzo 13782  df-fl 13925  df-seq 14138  df-exp 14198  df-hash 14468  df-cj 15259  df-re 15260  df-im 15261  df-sqrt 15395  df-abs 15396  df-limsup 15631  df-clim 15648  df-rlim 15649  df-sum 15847  df-dvds 16416  df-struct 17318  df-sets 17335  df-slot 17353  df-ndx 17365  df-base 17381  df-ress 17402  df-plusg 17434  df-mulr 17435  df-starv 17436  df-sca 17437  df-vsca 17438  df-ip 17439  df-tset 17440  df-ple 17441  df-ds 17443  df-unif 17444  df-hom 17445  df-cco 17446  df-rest 17586  df-topn 17587  df-0g 17605  df-gsum 17606  df-topgen 17607  df-pt 17608  df-prds 17611  df-xrs 17667  df-qtop 17672  df-imas 17673  df-xps 17675  df-mre 17749  df-mrc 17750  df-acs 17752  df-mgm 18809  df-sgrp 18901  df-mnd 18917  df-submnd 18972  df-mulg 19271  df-cntz 19524  df-cmn 19989  df-psmet 21663  df-xmet 21664  df-met 21665  df-bl 21666  df-mopn 21667  df-cnfld 21672  df-top 23205  df-topon 23222  df-topsp 23244  df-bases 23257  df-ntr 23331  df-cn 23538  df-cnp 23539  df-tx 23874  df-hmeo 24067  df-xms 24632  df-ms 24633  df-tms 24634  df-cncf 25192  df-limc 26179  df-dv 26180  df-ulm 26697

This theorem is used by:  cnndvlem1  37383