Theorem rpnnen1lem3 13018

Description: Lemma for rpnnen1 13022. (Contributed by Mario Carneiro, 12-May-2013.) (Revised by NM, 13-Aug-2021.) (Proof modification is discouraged.)

Hypotheses

Ref	Expression
rpnnen1lem.1	⊢ 𝑇 = {𝑛 ∈ ℤ ∣ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥}
rpnnen1lem.2	⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℝ ↦ (𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘)))
rpnnen1lem.n	⊢ ℕ ∈ V
rpnnen1lem.q	⊢ ℚ ∈ V

Assertion

Ref	Expression
rpnnen1lem3	⊢ (𝑥 ∈ ℝ → ∀𝑛 ∈ ran (𝐹‘𝑥)𝑛 ≤ 𝑥)

Distinct variable groups:   𝑘,𝐹,𝑛,𝑥   𝑇,𝑛

Allowed substitution hints:   𝑇(𝑥,𝑘)

Proof of Theorem rpnnen1lem3

Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		rpnnen1lem.n	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ ∈ V
2	1	mptex 7242	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘)) ∈ V
3		rpnnen1lem.2	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℝ ↦ (𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘)))
4	3	fvmpt2 7026	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ (𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘)) ∈ V) → (𝐹‘𝑥) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘)))
5	2, 4	mpan2 691	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝐹‘𝑥) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘)))
6	5	fveq1d 6908	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → ((𝐹‘𝑥)‘𝑘) = ((𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘))‘𝑘))
7		ovex 7463	. . . . . 6 ⊢ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘) ∈ V
8		eqid 2734	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘)) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘))
9	8	fvmpt2 7026	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘) ∈ V) → ((𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘))‘𝑘) = (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘))
10	7, 9	mpan2 691	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → ((𝑘 ∈ ℕ ↦ (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘))‘𝑘) = (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘))
11	6, 10	sylan9eq 2794	. . . 4 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑥)‘𝑘) = (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘))
12		rpnnen1lem.1	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑇 = {𝑛 ∈ ℤ ∣ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥}
13	12	reqabi 3456	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ 𝑇 ↔ (𝑛 ∈ ℤ ∧ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥))
14		zre 12614	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑛 ∈ ℤ → 𝑛 ∈ ℝ)
15	14	adantl 481	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → 𝑛 ∈ ℝ)
16		simpll 767	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → 𝑥 ∈ ℝ)
17		nnre 12270	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℝ)
18		nngt0 12294	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → 0 < 𝑘)
19	17, 18	jca 511	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑘))
20	19	ad2antlr 727	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑘))
21		ltdivmul 12140	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑛 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ∧ (𝑘 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑘)) → ((𝑛 / 𝑘) < 𝑥 ↔ 𝑛 < (𝑘 · 𝑥)))
22	15, 16, 20, 21	syl3anc 1370	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → ((𝑛 / 𝑘) < 𝑥 ↔ 𝑛 < (𝑘 · 𝑥)))
23	17	ad2antlr 727	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → 𝑘 ∈ ℝ)
24		remulcl 11237	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑘 ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑘 · 𝑥) ∈ ℝ)
25	23, 16, 24	syl2anc 584	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (𝑘 · 𝑥) ∈ ℝ)
26		ltle 11346	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑛 ∈ ℝ ∧ (𝑘 · 𝑥) ∈ ℝ) → (𝑛 < (𝑘 · 𝑥) → 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥)))
27	15, 25, 26	syl2anc 584	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → (𝑛 < (𝑘 · 𝑥) → 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥)))
28	22, 27	sylbid 240	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → ((𝑛 / 𝑘) < 𝑥 → 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥)))
29	28	impr 454	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℤ ∧ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥)) → 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥))
30	13, 29	sylan2b 594	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑇) → 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥))
31	30	ralrimiva 3143	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ∀𝑛 ∈ 𝑇 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥))
32		ssrab2 4089	. . . . . . . . . 10 ⊢ {𝑛 ∈ ℤ ∣ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥} ⊆ ℤ
33	12, 32	eqsstri 4029	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑇 ⊆ ℤ
34		zssre 12617	. . . . . . . . 9 ⊢ ℤ ⊆ ℝ
35	33, 34	sstri 4004	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑇 ⊆ ℝ
36	35	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑇 ⊆ ℝ)
37	24	ancoms 458	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℝ) → (𝑘 · 𝑥) ∈ ℝ)
38	17, 37	sylan2 593	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑘 · 𝑥) ∈ ℝ)
39		btwnz 12718	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑘 · 𝑥) ∈ ℝ → (∃𝑛 ∈ ℤ 𝑛 < (𝑘 · 𝑥) ∧ ∃𝑛 ∈ ℤ (𝑘 · 𝑥) < 𝑛))
40	39	simpld 494	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑘 · 𝑥) ∈ ℝ → ∃𝑛 ∈ ℤ 𝑛 < (𝑘 · 𝑥))
41	38, 40	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ∃𝑛 ∈ ℤ 𝑛 < (𝑘 · 𝑥))
42	22	rexbidva 3174	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (∃𝑛 ∈ ℤ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥 ↔ ∃𝑛 ∈ ℤ 𝑛 < (𝑘 · 𝑥)))
43	41, 42	mpbird 257	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ∃𝑛 ∈ ℤ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥)
44		rabn0 4394	. . . . . . . . 9 ⊢ ({𝑛 ∈ ℤ ∣ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥} ≠ ∅ ↔ ∃𝑛 ∈ ℤ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥)
45	43, 44	sylibr 234	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → {𝑛 ∈ ℤ ∣ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥} ≠ ∅)
46	12	neeq1i 3002	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑇 ≠ ∅ ↔ {𝑛 ∈ ℤ ∣ (𝑛 / 𝑘) < 𝑥} ≠ ∅)
47	45, 46	sylibr 234	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑇 ≠ ∅)
48		breq2 5151	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 = (𝑘 · 𝑥) → (𝑛 ≤ 𝑦 ↔ 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥)))
49	48	ralbidv 3175	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = (𝑘 · 𝑥) → (∀𝑛 ∈ 𝑇 𝑛 ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑛 ∈ 𝑇 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥)))
50	49	rspcev 3621	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑘 · 𝑥) ∈ ℝ ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑇 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑇 𝑛 ≤ 𝑦)
51	38, 31, 50	syl2anc 584	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑇 𝑛 ≤ 𝑦)
52		suprleub 12231	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑇 ⊆ ℝ ∧ 𝑇 ≠ ∅ ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑇 𝑛 ≤ 𝑦) ∧ (𝑘 · 𝑥) ∈ ℝ) → (sup(𝑇, ℝ, < ) ≤ (𝑘 · 𝑥) ↔ ∀𝑛 ∈ 𝑇 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥)))
53	36, 47, 51, 38, 52	syl31anc 1372	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (sup(𝑇, ℝ, < ) ≤ (𝑘 · 𝑥) ↔ ∀𝑛 ∈ 𝑇 𝑛 ≤ (𝑘 · 𝑥)))
54	31, 53	mpbird 257	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → sup(𝑇, ℝ, < ) ≤ (𝑘 · 𝑥))
55	12, 3	rpnnen1lem2 13016	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → sup(𝑇, ℝ, < ) ∈ ℤ)
56	55	zred 12719	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → sup(𝑇, ℝ, < ) ∈ ℝ)
57		simpl 482	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑥 ∈ ℝ)
58	19	adantl 481	. . . . . 6 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑘 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑘))
59		ledivmul 12141	. . . . . 6 ⊢ ((sup(𝑇, ℝ, < ) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ ∧ (𝑘 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑘)) → ((sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘) ≤ 𝑥 ↔ sup(𝑇, ℝ, < ) ≤ (𝑘 · 𝑥)))
60	56, 57, 58, 59	syl3anc 1370	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘) ≤ 𝑥 ↔ sup(𝑇, ℝ, < ) ≤ (𝑘 · 𝑥)))
61	54, 60	mpbird 257	. . . 4 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (sup(𝑇, ℝ, < ) / 𝑘) ≤ 𝑥)
62	11, 61	eqbrtrd 5169	. . 3 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘𝑥)‘𝑘) ≤ 𝑥)
63	62	ralrimiva 3143	. 2 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → ∀𝑘 ∈ ℕ ((𝐹‘𝑥)‘𝑘) ≤ 𝑥)
64		rpnnen1lem.q	. . . . 5 ⊢ ℚ ∈ V
65	12, 3, 1, 64	rpnnen1lem1 13017	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝐹‘𝑥) ∈ (ℚ ↑m ℕ))
66	64, 1	elmap 8909	. . . 4 ⊢ ((𝐹‘𝑥) ∈ (ℚ ↑m ℕ) ↔ (𝐹‘𝑥):ℕ⟶ℚ)
67	65, 66	sylib 218	. . 3 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝐹‘𝑥):ℕ⟶ℚ)
68		ffn 6736	. . 3 ⊢ ((𝐹‘𝑥):ℕ⟶ℚ → (𝐹‘𝑥) Fn ℕ)
69		breq1 5150	. . . 4 ⊢ (𝑛 = ((𝐹‘𝑥)‘𝑘) → (𝑛 ≤ 𝑥 ↔ ((𝐹‘𝑥)‘𝑘) ≤ 𝑥))
70	69	ralrn 7107	. . 3 ⊢ ((𝐹‘𝑥) Fn ℕ → (∀𝑛 ∈ ran (𝐹‘𝑥)𝑛 ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑘 ∈ ℕ ((𝐹‘𝑥)‘𝑘) ≤ 𝑥))
71	67, 68, 70	3syl 18	. 2 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (∀𝑛 ∈ ran (𝐹‘𝑥)𝑛 ≤ 𝑥 ↔ ∀𝑘 ∈ ℕ ((𝐹‘𝑥)‘𝑘) ≤ 𝑥))
72	63, 71	mpbird 257	1 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → ∀𝑛 ∈ ran (𝐹‘𝑥)𝑛 ≤ 𝑥)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1536   ∈ wcel 2105   ≠ wne 2937  ∀wral 3058  ∃wrex 3067  {crab 3432  Vcvv 3477   ⊆ wss 3962  ∅c0 4338   class class class wbr 5147   ↦ cmpt 5230  ran crn 5689   Fn wfn 6557  ⟶wf 6558  ‘cfv 6562  (class class class)co 7430   ↑_m cmap 8864  supcsup 9477  ℝcr 11151  0cc0 11152   · cmul 11157   < clt 11292   ≤ cle 11293   / cdiv 11917  ℕcn 12263  ℤcz 12610  ℚcq 12987

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1791  ax-4 1805  ax-5 1907  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2138  ax-11 2154  ax-12 2174  ax-ext 2705  ax-rep 5284  ax-sep 5301  ax-nul 5311  ax-pow 5370  ax-pr 5437  ax-un 7753  ax-resscn 11209  ax-1cn 11210  ax-icn 11211  ax-addcl 11212  ax-addrcl 11213  ax-mulcl 11214  ax-mulrcl 11215  ax-mulcom 11216  ax-addass 11217  ax-mulass 11218  ax-distr 11219  ax-i2m1 11220  ax-1ne0 11221  ax-1rid 11222  ax-rnegex 11223  ax-rrecex 11224  ax-cnre 11225  ax-pre-lttri 11226  ax-pre-lttrn 11227  ax-pre-ltadd 11228  ax-pre-mulgt0 11229  ax-pre-sup 11230

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1539  df-fal 1549  df-ex 1776  df-nf 1780  df-sb 2062  df-mo 2537  df-eu 2566  df-clab 2712  df-cleq 2726  df-clel 2813  df-nfc 2889  df-ne 2938  df-nel 3044  df-ral 3059  df-rex 3068  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3433  df-v 3479  df-sbc 3791  df-csb 3908  df-dif 3965  df-un 3967  df-in 3969  df-ss 3979  df-pss 3982  df-nul 4339  df-if 4531  df-pw 4606  df-sn 4631  df-pr 4633  df-op 4637  df-uni 4912  df-iun 4997  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-tr 5265  df-id 5582  df-eprel 5588  df-po 5596  df-so 5597  df-fr 5640  df-we 5642  df-xp 5694  df-rel 5695  df-cnv 5696  df-co 5697  df-dm 5698  df-rn 5699  df-res 5700  df-ima 5701  df-pred 6322  df-ord 6388  df-on 6389  df-lim 6390  df-suc 6391  df-iota 6515  df-fun 6564  df-fn 6565  df-f 6566  df-f1 6567  df-fo 6568  df-f1o 6569  df-fv 6570  df-riota 7387  df-ov 7433  df-oprab 7434  df-mpo 7435  df-om 7887  df-1st 8012  df-2nd 8013  df-frecs 8304  df-wrecs 8335  df-recs 8409  df-rdg 8448  df-er 8743  df-map 8866  df-en 8984  df-dom 8985  df-sdom 8986  df-sup 9479  df-pnf 11294  df-mnf 11295  df-xr 11296  df-ltxr 11297  df-le 11298  df-sub 11491  df-neg 11492  df-div 11918  df-nn 12264  df-n0 12524  df-z 12611  df-q 12988

This theorem is referenced by:  rpnnen1lem4  13019  rpnnen1lem5  13020