Theorem cauappcvgprlemcl 6843

Description: Lemma for cauappcvgpr 6852. The putative limit is a positive real. (Contributed by Jim Kingdon, 20-Jun-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
cauappcvgpr.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:Q⟶Q)
cauappcvgpr.app	⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q ∀𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑝) <Q ((𝐹‘𝑞) +Q (𝑝 +Q 𝑞)) ∧ (𝐹‘𝑞) <Q ((𝐹‘𝑝) +Q (𝑝 +Q 𝑞))))
cauappcvgpr.bnd	⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝))
cauappcvgpr.lim	⊢ 𝐿 = ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩

Assertion

Ref	Expression
cauappcvgprlemcl	⊢ (𝜑 → 𝐿 ∈ P)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑝   𝐿,𝑝,𝑞   𝜑,𝑝,𝑞   𝐹,𝑙,𝑢,𝑝,𝑞

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑢,𝑙)   𝐴(𝑢,𝑞,𝑙)   𝐿(𝑢,𝑙)

Proof of Theorem cauappcvgprlemcl

Dummy variables 𝑟 𝑠 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cauappcvgpr.f	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:Q⟶Q)
2		cauappcvgpr.app	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q ∀𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑝) <Q ((𝐹‘𝑞) +Q (𝑝 +Q 𝑞)) ∧ (𝐹‘𝑞) <Q ((𝐹‘𝑝) +Q (𝑝 +Q 𝑞))))
3		cauappcvgpr.bnd	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝))
4		cauappcvgpr.lim	. . . 4 ⊢ 𝐿 = ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩
5	1, 2, 3, 4	cauappcvgprlemm 6835	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)))
6		ssrab2 3079	. . . . . 6 ⊢ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ⊆ Q
7		nqex 6553	. . . . . . 7 ⊢ Q ∈ V
8	7	elpw2 3932	. . . . . 6 ⊢ ({𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ∈ 𝒫 Q ↔ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ⊆ Q)
9	6, 8	mpbir 144	. . . . 5 ⊢ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ∈ 𝒫 Q
10		ssrab2 3079	. . . . . 6 ⊢ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ⊆ Q
11	7	elpw2 3932	. . . . . 6 ⊢ ({𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ∈ 𝒫 Q ↔ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ⊆ Q)
12	10, 11	mpbir 144	. . . . 5 ⊢ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ∈ 𝒫 Q
13		opelxpi 4394	. . . . 5 ⊢ (({𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ∈ 𝒫 Q ∧ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ∈ 𝒫 Q) → ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩ ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q))
14	9, 12, 13	mp2an 416	. . . 4 ⊢ ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩ ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q)
15	4, 14	eqeltri 2151	. . 3 ⊢ 𝐿 ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q)
16	5, 15	jctil 305	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐿 ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q) ∧ (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))))
17	1, 2, 3, 4	cauappcvgprlemrnd 6840	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∀𝑠 ∈ Q (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ↔ ∃𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑟 ∈ (1st ‘𝐿))) ∧ ∀𝑟 ∈ Q (𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))))
18	1, 2, 3, 4	cauappcvgprlemdisj 6841	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑠 ∈ Q ¬ (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))
19	1, 2, 3, 4	cauappcvgprlemloc 6842	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑠 ∈ Q ∀𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 → (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∨ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))))
20	17, 18, 19	3jca 1118	. 2 ⊢ (𝜑 → ((∀𝑠 ∈ Q (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ↔ ∃𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑟 ∈ (1st ‘𝐿))) ∧ ∀𝑟 ∈ Q (𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))) ∧ ∀𝑠 ∈ Q ¬ (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ ∀𝑠 ∈ Q ∀𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 → (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∨ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)))))
21		elnp1st2nd 6666	. 2 ⊢ (𝐿 ∈ P ↔ ((𝐿 ∈ (𝒫 Q × 𝒫 Q) ∧ (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))) ∧ ((∀𝑠 ∈ Q (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ↔ ∃𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑟 ∈ (1st ‘𝐿))) ∧ ∀𝑟 ∈ Q (𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)))) ∧ ∀𝑠 ∈ Q ¬ (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ 𝑠 ∈ (2nd ‘𝐿)) ∧ ∀𝑠 ∈ Q ∀𝑟 ∈ Q (𝑠 <Q 𝑟 → (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∨ 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))))))
22	16, 20, 21	sylanbrc 408	1 ⊢ (𝜑 → 𝐿 ∈ P)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 102   ↔ wb 103   ∨ wo 661   ∧ w3a 919   = wceq 1284   ∈ wcel 1433  ∀wral 2348  ∃wrex 2349  {crab 2352   ⊆ wss 2973  𝒫 cpw 3382  ⟨cop 3401   class class class wbr 3785   × cxp 4361  ⟶wf 4918  ‘cfv 4922  (class class class)co 5532  1^st c1st 5785  2^nd c2nd 5786  Qcnq 6470   +_Q cplq 6472   <_Q cltq 6475  Pcnp 6481

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 576  ax-in2 577  ax-io 662  ax-5 1376  ax-7 1377  ax-gen 1378  ax-ie1 1422  ax-ie2 1423  ax-8 1435  ax-10 1436  ax-11 1437  ax-i12 1438  ax-bndl 1439  ax-4 1440  ax-13 1444  ax-14 1445  ax-17 1459  ax-i9 1463  ax-ial 1467  ax-i5r 1468  ax-ext 2063  ax-coll 3893  ax-sep 3896  ax-nul 3904  ax-pow 3948  ax-pr 3964  ax-un 4188  ax-setind 4280  ax-iinf 4329

This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 776  df-3or 920  df-3an 921  df-tru 1287  df-fal 1290  df-nf 1390  df-sb 1686  df-eu 1944  df-mo 1945  df-clab 2068  df-cleq 2074  df-clel 2077  df-nfc 2208  df-ne 2246  df-ral 2353  df-rex 2354  df-reu 2355  df-rab 2357  df-v 2603  df-sbc 2816  df-csb 2909  df-dif 2975  df-un 2977  df-in 2979  df-ss 2986  df-nul 3252  df-pw 3384  df-sn 3404  df-pr 3405  df-op 3407  df-uni 3602  df-int 3637  df-iun 3680  df-br 3786  df-opab 3840  df-mpt 3841  df-tr 3876  df-eprel 4044  df-id 4048  df-po 4051  df-iso 4052  df-iord 4121  df-on 4123  df-suc 4126  df-iom 4332  df-xp 4369  df-rel 4370  df-cnv 4371  df-co 4372  df-dm 4373  df-rn 4374  df-res 4375  df-ima 4376  df-iota 4887  df-fun 4924  df-fn 4925  df-f 4926  df-f1 4927  df-fo 4928  df-f1o 4929  df-fv 4930  df-ov 5535  df-oprab 5536  df-mpt2 5537  df-1st 5787  df-2nd 5788  df-recs 5943  df-irdg 5980  df-1o 6024  df-oadd 6028  df-omul 6029  df-er 6129  df-ec 6131  df-qs 6135  df-ni 6494  df-pli 6495  df-mi 6496  df-lti 6497  df-plpq 6534  df-mpq 6535  df-enq 6537  df-nqqs 6538  df-plqqs 6539  df-mqqs 6540  df-1nqqs 6541  df-rq 6542  df-ltnqqs 6543  df-inp 6656

This theorem is referenced by:  cauappcvgprlemladdfu  6844  cauappcvgprlemladdfl  6845  cauappcvgprlemladdru  6846  cauappcvgprlemladdrl  6847  cauappcvgprlemladd  6848  cauappcvgprlem1  6849  cauappcvgprlem2  6850  cauappcvgpr  6852