Theorem cauappcvgprlemm 6835

Description: Lemma for cauappcvgpr 6852. The putative limit is inhabited. (Contributed by Jim Kingdon, 18-Jul-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
cauappcvgprlemm	⊢ (𝜑 → (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)))

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

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

Proof of Theorem cauappcvgprlemm

Step	Hyp	Ref	Expression
1		1nq 6556	. . . . . 6 ⊢ 1Q ∈ Q
2		cauappcvgpr.bnd	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝))
3		fveq2 5198	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑝 = 1Q → (𝐹‘𝑝) = (𝐹‘1Q))
4	3	breq2d 3797	. . . . . . 7 ⊢ (𝑝 = 1Q → (𝐴 <Q (𝐹‘𝑝) ↔ 𝐴 <Q (𝐹‘1Q)))
5	4	rspcv 2697	. . . . . 6 ⊢ (1Q ∈ Q → (∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝) → 𝐴 <Q (𝐹‘1Q)))
6	1, 2, 5	mpsyl 64	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 <Q (𝐹‘1Q))
7		ltrelnq 6555	. . . . . . 7 ⊢ <Q ⊆ (Q × Q)
8	7	brel 4410	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 <Q (𝐹‘1Q) → (𝐴 ∈ Q ∧ (𝐹‘1Q) ∈ Q))
9	8	simpld 110	. . . . 5 ⊢ (𝐴 <Q (𝐹‘1Q) → 𝐴 ∈ Q)
10	6, 9	syl 14	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Q)
11		halfnqq 6600	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ Q → ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴)
12	10, 11	syl 14	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑠 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴)
13		simplr 496	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → 𝑠 ∈ Q)
14	2	ad2antrr 471	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → ∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝))
15		fveq2 5198	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑝 = 𝑠 → (𝐹‘𝑝) = (𝐹‘𝑠))
16	15	breq2d 3797	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑝 = 𝑠 → (𝐴 <Q (𝐹‘𝑝) ↔ 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠)))
17	16	rspcv 2697	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑠 ∈ Q → (∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝) → 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠)))
18	17	ad2antlr 472	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → (∀𝑝 ∈ Q 𝐴 <Q (𝐹‘𝑝) → 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠)))
19	14, 18	mpd 13	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠))
20		breq1 3788	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴 → ((𝑠 +Q 𝑠) <Q (𝐹‘𝑠) ↔ 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠)))
21	20	adantl 271	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → ((𝑠 +Q 𝑠) <Q (𝐹‘𝑠) ↔ 𝐴 <Q (𝐹‘𝑠)))
22	19, 21	mpbird 165	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → (𝑠 +Q 𝑠) <Q (𝐹‘𝑠))
23		oveq2 5540	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑞 = 𝑠 → (𝑠 +Q 𝑞) = (𝑠 +Q 𝑠))
24		fveq2 5198	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑞 = 𝑠 → (𝐹‘𝑞) = (𝐹‘𝑠))
25	23, 24	breq12d 3798	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑞 = 𝑠 → ((𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞) ↔ (𝑠 +Q 𝑠) <Q (𝐹‘𝑠)))
26	25	rspcev 2701	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑠 ∈ Q ∧ (𝑠 +Q 𝑠) <Q (𝐹‘𝑠)) → ∃𝑞 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞))
27	13, 22, 26	syl2anc 403	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → ∃𝑞 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞))
28		oveq1 5539	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑙 = 𝑠 → (𝑙 +Q 𝑞) = (𝑠 +Q 𝑞))
29	28	breq1d 3795	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑙 = 𝑠 → ((𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞) ↔ (𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)))
30	29	rexbidv 2369	. . . . . . 7 ⊢ (𝑙 = 𝑠 → (∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞) ↔ ∃𝑞 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)))
31		cauappcvgpr.lim	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐿 = ⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩
32	31	fveq2i 5201	. . . . . . . 8 ⊢ (1st ‘𝐿) = (1st ‘⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩)
33		nqex 6553	. . . . . . . . . 10 ⊢ Q ∈ V
34	33	rabex 3922	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)} ∈ V
35	33	rabex 3922	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢} ∈ V
36	34, 35	op1st 5793	. . . . . . . 8 ⊢ (1st ‘⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩) = {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}
37	32, 36	eqtri 2101	. . . . . . 7 ⊢ (1st ‘𝐿) = {𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}
38	30, 37	elrab2 2751	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ↔ (𝑠 ∈ Q ∧ ∃𝑞 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)))
39	13, 27, 38	sylanbrc 408	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) ∧ (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴) → 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿))
40	39	ex 113	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑠 ∈ Q) → ((𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴 → 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿)))
41	40	reximdva 2463	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑠 ∈ Q (𝑠 +Q 𝑠) = 𝐴 → ∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿)))
42	12, 41	mpd 13	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿))
43		cauappcvgpr.f	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹:Q⟶Q)
44	1	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1Q ∈ Q)
45	43, 44	ffvelrnd 5324	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘1Q) ∈ Q)
46		addclnq 6565	. . . . 5 ⊢ (((𝐹‘1Q) ∈ Q ∧ 1Q ∈ Q) → ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) ∈ Q)
47	45, 44, 46	syl2anc 403	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) ∈ Q)
48		addclnq 6565	. . . 4 ⊢ ((((𝐹‘1Q) +Q 1Q) ∈ Q ∧ 1Q ∈ Q) → (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ Q)
49	47, 44, 48	syl2anc 403	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ Q)
50		ltaddnq 6597	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐹‘1Q) +Q 1Q) ∈ Q ∧ 1Q ∈ Q) → ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q))
51	47, 44, 50	syl2anc 403	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q))
52		fveq2 5198	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑞 = 1Q → (𝐹‘𝑞) = (𝐹‘1Q))
53		id 19	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑞 = 1Q → 𝑞 = 1Q)
54	52, 53	oveq12d 5550	. . . . . . 7 ⊢ (𝑞 = 1Q → ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) = ((𝐹‘1Q) +Q 1Q))
55	54	breq1d 3795	. . . . . 6 ⊢ (𝑞 = 1Q → (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ↔ ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q)))
56	55	rspcev 2701	. . . . 5 ⊢ ((1Q ∈ Q ∧ ((𝐹‘1Q) +Q 1Q) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q)) → ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q))
57	44, 51, 56	syl2anc 403	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q))
58		breq2 3789	. . . . . 6 ⊢ (𝑢 = (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) → (((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢 ↔ ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q)))
59	58	rexbidv 2369	. . . . 5 ⊢ (𝑢 = (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) → (∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢 ↔ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q)))
60	31	fveq2i 5201	. . . . . 6 ⊢ (2nd ‘𝐿) = (2nd ‘⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩)
61	34, 35	op2nd 5794	. . . . . 6 ⊢ (2nd ‘⟨{𝑙 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q (𝑙 +Q 𝑞) <Q (𝐹‘𝑞)}, {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}⟩) = {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}
62	60, 61	eqtri 2101	. . . . 5 ⊢ (2nd ‘𝐿) = {𝑢 ∈ Q ∣ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q 𝑢}
63	59, 62	elrab2 2751	. . . 4 ⊢ ((((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ ((((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ Q ∧ ∃𝑞 ∈ Q ((𝐹‘𝑞) +Q 𝑞) <Q (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q)))
64	49, 57, 63	sylanbrc 408	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ (2nd ‘𝐿))
65		eleq1 2141	. . . 4 ⊢ (𝑟 = (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) → (𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿) ↔ (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ (2nd ‘𝐿)))
66	65	rspcev 2701	. . 3 ⊢ (((((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ Q ∧ (((𝐹‘1Q) +Q 1Q) +Q 1Q) ∈ (2nd ‘𝐿)) → ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))
67	49, 64, 66	syl2anc 403	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿))
68	42, 67	jca 300	1 ⊢ (𝜑 → (∃𝑠 ∈ Q 𝑠 ∈ (1st ‘𝐿) ∧ ∃𝑟 ∈ Q 𝑟 ∈ (2nd ‘𝐿)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 102   ↔ wb 103   = wceq 1284   ∈ wcel 1433  ∀wral 2348  ∃wrex 2349  {crab 2352  ⟨cop 3401   class class class wbr 3785  ⟶wf 4918  ‘cfv 4922  (class class class)co 5532  1^st c1st 5785  2^nd c2nd 5786  Qcnq 6470  1_Qc1q 6471   +_Q cplq 6472   <_Q cltq 6475

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-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

This theorem is referenced by:  cauappcvgprlemcl  6843