Theorem xrralrecnnge 44685

Description: Show that 𝐴 is less than 𝐵 by showing that there is no positive bound on the difference. (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
xrralrecnnge.n	⊢ Ⅎ𝑛𝜑
xrralrecnnge.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
xrralrecnnge.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ*)

Assertion

Ref	Expression
xrralrecnnge	⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ 𝐵 ↔ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑛   𝐵,𝑛

Allowed substitution hint:   𝜑(𝑛)

Proof of Theorem xrralrecnnge

Step	Hyp	Ref	Expression
1		xrralrecnnge.n	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑛𝜑
2		nfv 1910	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑛 𝐴 ≤ 𝐵
3	1, 2	nfan 1895	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝐴 ≤ 𝐵)
4		xrralrecnnge.a	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
5	4	adantr 480	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℝ)
6		nnrecre 12270	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (1 / 𝑛) ∈ ℝ)
7	6	adantl 481	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (1 / 𝑛) ∈ ℝ)
8	5, 7	resubcld 11658	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐴 − (1 / 𝑛)) ∈ ℝ)
9	8	rexrd 11280	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐴 − (1 / 𝑛)) ∈ ℝ*)
10	9	adantlr 714	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐴 − (1 / 𝑛)) ∈ ℝ*)
11		xrralrecnnge.b	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ*)
12	11	ad2antrr 725	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐵 ∈ ℝ*)
13	4	rexrd 11280	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ*)
14	13	ad2antrr 725	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℝ*)
15		nnrp 13003	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℝ+)
16	15	rpreccld 13044	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (1 / 𝑛) ∈ ℝ+)
17	16	adantl 481	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (1 / 𝑛) ∈ ℝ+)
18	5, 17	ltsubrpd 13066	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐴 − (1 / 𝑛)) < 𝐴)
19	18	adantlr 714	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐴 − (1 / 𝑛)) < 𝐴)
20		simplr 768	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐴 ≤ 𝐵)
21	10, 14, 12, 19, 20	xrltletrd 13158	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐴 − (1 / 𝑛)) < 𝐵)
22	10, 12, 21	xrltled 13147	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵)
23	22	ex 412	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) → (𝑛 ∈ ℕ → (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵))
24	3, 23	ralrimi 3249	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐴 ≤ 𝐵) → ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵)
25	24	ex 412	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ 𝐵 → ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵))
26		pnfxr 11284	. . . . . . . 8 ⊢ +∞ ∈ ℝ*
27	26	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → +∞ ∈ ℝ*)
28	4	ltpnfd 13119	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < +∞)
29	13, 27, 28	xrltled 13147	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≤ +∞)
30	29	ad2antrr 725	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ 𝐵 = +∞) → 𝐴 ≤ +∞)
31		id 22	. . . . . . 7 ⊢ (𝐵 = +∞ → 𝐵 = +∞)
32	31	eqcomd 2733	. . . . . 6 ⊢ (𝐵 = +∞ → +∞ = 𝐵)
33	32	adantl 481	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ 𝐵 = +∞) → +∞ = 𝐵)
34	30, 33	breqtrd 5168	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ 𝐵 = +∞) → 𝐴 ≤ 𝐵)
35	11	ad2antrr 725	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ ¬ 𝐵 = +∞) → 𝐵 ∈ ℝ*)
36		1nn 12239	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ 1 ∈ ℕ
37	36	a1i 11	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 → 1 ∈ ℕ)
38		id 22	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 → ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵)
39		oveq2 7422	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑛 = 1 → (1 / 𝑛) = (1 / 1))
40	39	oveq2d 7430	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑛 = 1 → (𝐴 − (1 / 𝑛)) = (𝐴 − (1 / 1)))
41	40	breq1d 5152	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑛 = 1 → ((𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 ↔ (𝐴 − (1 / 1)) ≤ 𝐵))
42	41	rspcva 3605	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((1 ∈ ℕ ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) → (𝐴 − (1 / 1)) ≤ 𝐵)
43	37, 38, 42	syl2anc 583	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 → (𝐴 − (1 / 1)) ≤ 𝐵)
44	43	adantr 480	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 ∧ 𝐵 = -∞) → (𝐴 − (1 / 1)) ≤ 𝐵)
45		simpr 484	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 ∧ 𝐵 = -∞) → 𝐵 = -∞)
46	44, 45	breqtrd 5168	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 ∧ 𝐵 = -∞) → (𝐴 − (1 / 1)) ≤ -∞)
47	46	adantll 713	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ 𝐵 = -∞) → (𝐴 − (1 / 1)) ≤ -∞)
48		1red 11231	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
49		ax-1ne0 11193	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ 1 ≠ 0
50	49	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝜑 → 1 ≠ 0)
51	48, 48, 50	redivcld 12058	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → (1 / 1) ∈ ℝ)
52	4, 51	resubcld 11658	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝐴 − (1 / 1)) ∈ ℝ)
53	52	mnfltd 13122	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → -∞ < (𝐴 − (1 / 1)))
54		mnfxr 11287	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ -∞ ∈ ℝ*
55	54	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → -∞ ∈ ℝ*)
56	52	rexrd 11280	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝐴 − (1 / 1)) ∈ ℝ*)
57	55, 56	xrltnled 44658	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (-∞ < (𝐴 − (1 / 1)) ↔ ¬ (𝐴 − (1 / 1)) ≤ -∞))
58	53, 57	mpbid 231	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ¬ (𝐴 − (1 / 1)) ≤ -∞)
59	58	ad2antrr 725	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ 𝐵 = -∞) → ¬ (𝐴 − (1 / 1)) ≤ -∞)
60	47, 59	pm2.65da 816	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) → ¬ 𝐵 = -∞)
61	60	neqned 2942	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) → 𝐵 ≠ -∞)
62	61	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ ¬ 𝐵 = +∞) → 𝐵 ≠ -∞)
63		neqne 2943	. . . . . . 7 ⊢ (¬ 𝐵 = +∞ → 𝐵 ≠ +∞)
64	63	adantl 481	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ ¬ 𝐵 = +∞) → 𝐵 ≠ +∞)
65	35, 62, 64	xrred 44660	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ ¬ 𝐵 = +∞) → 𝐵 ∈ ℝ)
66		nfv 1910	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑛 𝐵 ∈ ℝ
67	1, 66	nfan 1895	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ)
68	13	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → 𝐴 ∈ ℝ*)
69		simpr 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → 𝐵 ∈ ℝ)
70	67, 68, 69	xrralrecnnle 44678	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → (𝐴 ≤ 𝐵 ↔ ∀𝑛 ∈ ℕ 𝐴 ≤ (𝐵 + (1 / 𝑛))))
71	5	adantlr 714	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℝ)
72	6	adantl 481	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (1 / 𝑛) ∈ ℝ)
73	69	adantr 480	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐵 ∈ ℝ)
74	71, 72, 73	lesubaddd 11827	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ((𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 ↔ 𝐴 ≤ (𝐵 + (1 / 𝑛))))
75	74	bicomd 222	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐴 ≤ (𝐵 + (1 / 𝑛)) ↔ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵))
76	67, 75	ralbida 3262	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → (∀𝑛 ∈ ℕ 𝐴 ≤ (𝐵 + (1 / 𝑛)) ↔ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵))
77	70, 76	bitr2d 280	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → (∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 ↔ 𝐴 ≤ 𝐵))
78	77	biimpd 228	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → (∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 → 𝐴 ≤ 𝐵))
79	78	imp 406	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐵 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) → 𝐴 ≤ 𝐵)
80	79	an32s 651	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → 𝐴 ≤ 𝐵)
81	65, 80	syldan 590	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) ∧ ¬ 𝐵 = +∞) → 𝐴 ≤ 𝐵)
82	34, 81	pm2.61dan 812	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵) → 𝐴 ≤ 𝐵)
83	82	ex 412	. 2 ⊢ (𝜑 → (∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵 → 𝐴 ≤ 𝐵))
84	25, 83	impbid 211	1 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ≤ 𝐵 ↔ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐴 − (1 / 𝑛)) ≤ 𝐵))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   = wceq 1534  Ⅎwnf 1778   ∈ wcel 2099   ≠ wne 2935  ∀wral 3056   class class class wbr 5142  (class class class)co 7414  ℝcr 11123  0cc0 11124  1c1 11125   + caddc 11127  +∞cpnf 11261  -∞cmnf 11262  ℝ^*cxr 11263   < clt 11264   ≤ cle 11265   − cmin 11460   / cdiv 11887  ℕcn 12228  ℝ⁺crp 12992

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2164  ax-ext 2698  ax-sep 5293  ax-nul 5300  ax-pow 5359  ax-pr 5423  ax-un 7732  ax-cnex 11180  ax-resscn 11181  ax-1cn 11182  ax-icn 11183  ax-addcl 11184  ax-addrcl 11185  ax-mulcl 11186  ax-mulrcl 11187  ax-mulcom 11188  ax-addass 11189  ax-mulass 11190  ax-distr 11191  ax-i2m1 11192  ax-1ne0 11193  ax-1rid 11194  ax-rnegex 11195  ax-rrecex 11196  ax-cnre 11197  ax-pre-lttri 11198  ax-pre-lttrn 11199  ax-pre-ltadd 11200  ax-pre-mulgt0 11201  ax-pre-sup 11202

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 847  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2529  df-eu 2558  df-clab 2705  df-cleq 2719  df-clel 2805  df-nfc 2880  df-ne 2936  df-nel 3042  df-ral 3057  df-rex 3066  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3428  df-v 3471  df-sbc 3775  df-csb 3890  df-dif 3947  df-un 3949  df-in 3951  df-ss 3961  df-pss 3963  df-nul 4319  df-if 4525  df-pw 4600  df-sn 4625  df-pr 4627  df-op 4631  df-uni 4904  df-iun 4993  df-br 5143  df-opab 5205  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5570  df-eprel 5576  df-po 5584  df-so 5585  df-fr 5627  df-we 5629  df-xp 5678  df-rel 5679  df-cnv 5680  df-co 5681  df-dm 5682  df-rn 5683  df-res 5684  df-ima 5685  df-pred 6299  df-ord 6366  df-on 6367  df-lim 6368  df-suc 6369  df-iota 6494  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-riota 7370  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-om 7863  df-1st 7985  df-2nd 7986  df-frecs 8278  df-wrecs 8309  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-er 8716  df-en 8954  df-dom 8955  df-sdom 8956  df-sup 9451  df-inf 9452  df-pnf 11266  df-mnf 11267  df-xr 11268  df-ltxr 11269  df-le 11270  df-sub 11462  df-neg 11463  df-div 11888  df-nn 12229  df-n0 12489  df-z 12575  df-uz 12839  df-q 12949  df-rp 12993  df-fl 13775

This theorem is referenced by:  preimageiingt  46021