Theorem cvg1nlemcau 9870

Description: Lemma for cvg1n 9872. By selecting spaced out terms for the modified sequence 𝐺, the terms are within 1 / 𝑛 (without the constant 𝐶). (Contributed by Jim Kingdon, 1-Aug-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
cvg1n.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℝ)
cvg1n.c	⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ+)
cvg1n.cau	⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))))
cvg1nlem.g	⊢ 𝐺 = (𝑗 ∈ ℕ ↦ (𝐹‘(𝑗 · 𝑍)))
cvg1nlem.z	⊢ (𝜑 → 𝑍 ∈ ℕ)
cvg1nlem.start	⊢ (𝜑 → 𝐶 < 𝑍)

Assertion

Ref	Expression
cvg1nlemcau	⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐺‘𝑛) < ((𝐺‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐺‘𝑘) < ((𝐺‘𝑛) + (1 / 𝑛))))

Distinct variable groups:   𝐶,𝑛,𝑘   𝑛,𝐹,𝑗,𝑘   𝑗,𝑍   𝜑,𝑘,𝑛

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑗)   𝐶(𝑗)   𝐺(𝑗,𝑘,𝑛)   𝑍(𝑘,𝑛)

Proof of Theorem cvg1nlemcau

Dummy variables 𝑎 𝑏 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simplr 496	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑛 ∈ ℕ)
2		cvg1n.f	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℝ)
3	2	ad2antrr 471	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝐹:ℕ⟶ℝ)
4		cvg1nlem.z	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑍 ∈ ℕ)
5	4	ad2antrr 471	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑍 ∈ ℕ)
6	1, 5	nnmulcld 8087	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝑛 · 𝑍) ∈ ℕ)
7	3, 6	ffvelrnd 5324	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) ∈ ℝ)
8		oveq1 5539	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 = 𝑛 → (𝑗 · 𝑍) = (𝑛 · 𝑍))
9	8	fveq2d 5202	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑛 → (𝐹‘(𝑗 · 𝑍)) = (𝐹‘(𝑛 · 𝑍)))
10		cvg1nlem.g	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐺 = (𝑗 ∈ ℕ ↦ (𝐹‘(𝑗 · 𝑍)))
11	9, 10	fvmptg 5269	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ (𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) ∈ ℝ) → (𝐺‘𝑛) = (𝐹‘(𝑛 · 𝑍)))
12	1, 7, 11	syl2anc 403	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐺‘𝑛) = (𝐹‘(𝑛 · 𝑍)))
13	12, 7	eqeltrd 2155	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐺‘𝑛) ∈ ℝ)
14		eluznn 8687	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑘 ∈ ℕ)
15	14	adantll 459	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑘 ∈ ℕ)
16	15, 5	nnmulcld 8087	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝑘 · 𝑍) ∈ ℕ)
17	3, 16	ffvelrnd 5324	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) ∈ ℝ)
18		oveq1 5539	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → (𝑗 · 𝑍) = (𝑘 · 𝑍))
19	18	fveq2d 5202	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → (𝐹‘(𝑗 · 𝑍)) = (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)))
20	19, 10	fvmptg 5269	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) ∈ ℝ) → (𝐺‘𝑘) = (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)))
21	15, 17, 20	syl2anc 403	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐺‘𝑘) = (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)))
22	21, 17	eqeltrd 2155	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐺‘𝑘) ∈ ℝ)
23		cvg1n.c	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ+)
24	23	rpred 8773	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ)
25	24	ad2antrr 471	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝐶 ∈ ℝ)
26	25, 6	nndivred 8088	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)) ∈ ℝ)
27	22, 26	readdcld 7148	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∈ ℝ)
28	1	nnrecred 8085	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (1 / 𝑛) ∈ ℝ)
29	22, 28	readdcld 7148	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ)
30		eluzle 8631	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛) → 𝑛 ≤ 𝑘)
31	30	adantl 271	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑛 ≤ 𝑘)
32	1	nnred 8052	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑛 ∈ ℝ)
33	15	nnred 8052	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑘 ∈ ℝ)
34	5	nnrpd 8772	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑍 ∈ ℝ+)
35	32, 33, 34	lemul1d 8817	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝑛 ≤ 𝑘 ↔ (𝑛 · 𝑍) ≤ (𝑘 · 𝑍)))
36	31, 35	mpbid 145	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝑛 · 𝑍) ≤ (𝑘 · 𝑍))
37	6	nnzd 8468	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝑛 · 𝑍) ∈ ℤ)
38	16	nnzd 8468	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝑘 · 𝑍) ∈ ℤ)
39		eluz 8632	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑛 · 𝑍) ∈ ℤ ∧ (𝑘 · 𝑍) ∈ ℤ) → ((𝑘 · 𝑍) ∈ (ℤ≥‘(𝑛 · 𝑍)) ↔ (𝑛 · 𝑍) ≤ (𝑘 · 𝑍)))
40	37, 38, 39	syl2anc 403	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝑘 · 𝑍) ∈ (ℤ≥‘(𝑛 · 𝑍)) ↔ (𝑛 · 𝑍) ≤ (𝑘 · 𝑍)))
41	36, 40	mpbird 165	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝑘 · 𝑍) ∈ (ℤ≥‘(𝑛 · 𝑍)))
42		cvg1n.cau	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))))
43		fveq2 5198	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑘 = 𝑏 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑏))
44	43	oveq1d 5547	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑘 = 𝑏 → ((𝐹‘𝑘) + (𝐶 / 𝑛)) = ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑛)))
45	44	breq2d 3797	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑘 = 𝑏 → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (𝐶 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑛))))
46	43	breq1d 3795	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑘 = 𝑏 → ((𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))))
47	45, 46	anbi12d 456	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 = 𝑏 → (((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))) ↔ ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛)))))
48	47	cbvralv 2577	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))) ↔ ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))))
49	48	ralbii 2372	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))) ↔ ∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))))
50		fveq2 5198	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (ℤ≥‘𝑛) = (ℤ≥‘𝑎))
51		fveq2 5198	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (𝐹‘𝑛) = (𝐹‘𝑎))
52		oveq2 5540	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (𝐶 / 𝑛) = (𝐶 / 𝑎))
53	52	oveq2d 5548	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑛)) = ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)))
54	51, 53	breq12d 3798	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → ((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎))))
55	51, 52	oveq12d 5550	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛)) = ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎)))
56	55	breq2d 3797	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → ((𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛)) ↔ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎))))
57	54, 56	anbi12d 456	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))) ↔ ((𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎)))))
58	50, 57	raleqbidv 2561	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))) ↔ ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑎)((𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎)))))
59	58	cbvralv 2577	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))) ↔ ∀𝑎 ∈ ℕ ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑎)((𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎))))
60	49, 59	bitri 182	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐹‘𝑛) < ((𝐹‘𝑘) + (𝐶 / 𝑛)) ∧ (𝐹‘𝑘) < ((𝐹‘𝑛) + (𝐶 / 𝑛))) ↔ ∀𝑎 ∈ ℕ ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑎)((𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎))))
61	42, 60	sylib 120	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → ∀𝑎 ∈ ℕ ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑎)((𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎))))
62	61	ad2antrr 471	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ∀𝑎 ∈ ℕ ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑎)((𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎))))
63		fveq2 5198	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑎 = (𝑛 · 𝑍) → (ℤ≥‘𝑎) = (ℤ≥‘(𝑛 · 𝑍)))
64		fveq2 5198	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑎 = (𝑛 · 𝑍) → (𝐹‘𝑎) = (𝐹‘(𝑛 · 𝑍)))
65		oveq2 5540	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑎 = (𝑛 · 𝑍) → (𝐶 / 𝑎) = (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))
66	65	oveq2d 5548	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑎 = (𝑛 · 𝑍) → ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) = ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))
67	64, 66	breq12d 3798	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑎 = (𝑛 · 𝑍) → ((𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) ↔ (𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
68	64, 65	oveq12d 5550	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑎 = (𝑛 · 𝑍) → ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎)) = ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))
69	68	breq2d 3797	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑎 = (𝑛 · 𝑍) → ((𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎)) ↔ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
70	67, 69	anbi12d 456	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑎 = (𝑛 · 𝑍) → (((𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎))) ↔ ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))))
71	63, 70	raleqbidv 2561	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑎 = (𝑛 · 𝑍) → (∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑎)((𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎))) ↔ ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 · 𝑍))((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))))
72	71	rspcv 2697	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑛 · 𝑍) ∈ ℕ → (∀𝑎 ∈ ℕ ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘𝑎)((𝐹‘𝑎) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / 𝑎)) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘𝑎) + (𝐶 / 𝑎))) → ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 · 𝑍))((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))))
73	6, 62, 72	sylc 61	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 · 𝑍))((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
74		fveq2 5198	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑏 = (𝑘 · 𝑍) → (𝐹‘𝑏) = (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)))
75	74	oveq1d 5547	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑏 = (𝑘 · 𝑍) → ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) = ((𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))
76	75	breq2d 3797	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑏 = (𝑘 · 𝑍) → ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ↔ (𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
77	74	breq1d 3795	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑏 = (𝑘 · 𝑍) → ((𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ↔ (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
78	76, 77	anbi12d 456	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑏 = (𝑘 · 𝑍) → (((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))) ↔ ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))))
79	78	rspcv 2697	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑘 · 𝑍) ∈ (ℤ≥‘(𝑛 · 𝑍)) → (∀𝑏 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 · 𝑍))((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘𝑏) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐹‘𝑏) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))) → ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))))
80	41, 73, 79	sylc 61	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
81	21	oveq1d 5547	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) = ((𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))
82	81	breq2d 3797	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ↔ (𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
83	21	breq1d 3795	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑘) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ↔ (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
84	82, 83	anbi12d 456	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐺‘𝑘) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))) ↔ ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐹‘(𝑘 · 𝑍)) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))))
85	80, 84	mpbird 165	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐺‘𝑘) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
86	12	breq1d 3795	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑛) < ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ↔ (𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
87	12	oveq1d 5547	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑛) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) = ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))
88	87	breq2d 3797	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑘) < ((𝐺‘𝑛) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ↔ (𝐺‘𝑘) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
89	86, 88	anbi12d 456	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (((𝐺‘𝑛) < ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐺‘𝑘) < ((𝐺‘𝑛) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))) ↔ ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) < ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐺‘𝑘) < ((𝐹‘(𝑛 · 𝑍)) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))))
90	85, 89	mpbird 165	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑛) < ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∧ (𝐺‘𝑘) < ((𝐺‘𝑛) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)))))
91	90	simpld 110	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐺‘𝑛) < ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))
92	5	nnred 8052	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑍 ∈ ℝ)
93	1	nnrpd 8772	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑛 ∈ ℝ+)
94		cvg1nlem.start	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐶 < 𝑍)
95	94	ad2antrr 471	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝐶 < 𝑍)
96	25, 92, 93, 95	ltmul1dd 8829	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐶 · 𝑛) < (𝑍 · 𝑛))
97	6	nncnd 8053	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝑛 · 𝑍) ∈ ℂ)
98	97	mulid2d 7137	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (1 · (𝑛 · 𝑍)) = (𝑛 · 𝑍))
99	98	breq2d 3797	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐶 · 𝑛) < (1 · (𝑛 · 𝑍)) ↔ (𝐶 · 𝑛) < (𝑛 · 𝑍)))
100		1red 7134	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 1 ∈ ℝ)
101	6	nnrpd 8772	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝑛 · 𝑍) ∈ ℝ+)
102	25, 93, 100, 101	lt2mul2divd 8836	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐶 · 𝑛) < (1 · (𝑛 · 𝑍)) ↔ (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)) < (1 / 𝑛)))
103	1	nncnd 8053	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑛 ∈ ℂ)
104	5	nncnd 8053	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → 𝑍 ∈ ℂ)
105	103, 104	mulcomd 7140	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝑛 · 𝑍) = (𝑍 · 𝑛))
106	105	breq2d 3797	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐶 · 𝑛) < (𝑛 · 𝑍) ↔ (𝐶 · 𝑛) < (𝑍 · 𝑛)))
107	99, 102, 106	3bitr3d 216	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐶 / (𝑛 · 𝑍)) < (1 / 𝑛) ↔ (𝐶 · 𝑛) < (𝑍 · 𝑛)))
108	96, 107	mpbird 165	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐶 / (𝑛 · 𝑍)) < (1 / 𝑛))
109	26, 28, 22, 108	ltadd2dd 7526	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑘) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) < ((𝐺‘𝑘) + (1 / 𝑛)))
110	13, 27, 29, 91, 109	lttrd 7235	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐺‘𝑛) < ((𝐺‘𝑘) + (1 / 𝑛)))
111	13, 26	readdcld 7148	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑛) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) ∈ ℝ)
112	13, 28	readdcld 7148	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑛) + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ)
113	90	simprd 112	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐺‘𝑘) < ((𝐺‘𝑛) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))))
114	26, 28, 13, 108	ltadd2dd 7526	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑛) + (𝐶 / (𝑛 · 𝑍))) < ((𝐺‘𝑛) + (1 / 𝑛)))
115	22, 111, 112, 113, 114	lttrd 7235	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → (𝐺‘𝑘) < ((𝐺‘𝑛) + (1 / 𝑛)))
116	110, 115	jca 300	. . 3 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)) → ((𝐺‘𝑛) < ((𝐺‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐺‘𝑘) < ((𝐺‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
117	116	ralrimiva 2434	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐺‘𝑛) < ((𝐺‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐺‘𝑘) < ((𝐺‘𝑛) + (1 / 𝑛))))
118	117	ralrimiva 2434	1 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ ∀𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑛)((𝐺‘𝑛) < ((𝐺‘𝑘) + (1 / 𝑛)) ∧ (𝐺‘𝑘) < ((𝐺‘𝑛) + (1 / 𝑛))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 102   ↔ wb 103   = wceq 1284   ∈ wcel 1433  ∀wral 2348   class class class wbr 3785   ↦ cmpt 3839  ⟶wf 4918  ‘cfv 4922  (class class class)co 5532  ℝcr 6980  1c1 6982   + caddc 6984   · cmul 6986   < clt 7153   ≤ cle 7154   / cdiv 7760  ℕcn 8039  ℤcz 8351  ℤ_≥cuz 8619  ℝ⁺crp 8734

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-sep 3896  ax-pow 3948  ax-pr 3964  ax-un 4188  ax-setind 4280  ax-cnex 7067  ax-resscn 7068  ax-1cn 7069  ax-1re 7070  ax-icn 7071  ax-addcl 7072  ax-addrcl 7073  ax-mulcl 7074  ax-mulrcl 7075  ax-addcom 7076  ax-mulcom 7077  ax-addass 7078  ax-mulass 7079  ax-distr 7080  ax-i2m1 7081  ax-0lt1 7082  ax-1rid 7083  ax-0id 7084  ax-rnegex 7085  ax-precex 7086  ax-cnre 7087  ax-pre-ltirr 7088  ax-pre-ltwlin 7089  ax-pre-lttrn 7090  ax-pre-apti 7091  ax-pre-ltadd 7092  ax-pre-mulgt0 7093  ax-pre-mulext 7094

This theorem depends on definitions:  df-bi 115  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-nel 2340  df-ral 2353  df-rex 2354  df-reu 2355  df-rmo 2356  df-rab 2357  df-v 2603  df-sbc 2816  df-dif 2975  df-un 2977  df-in 2979  df-ss 2986  df-pw 3384  df-sn 3404  df-pr 3405  df-op 3407  df-uni 3602  df-int 3637  df-br 3786  df-opab 3840  df-mpt 3841  df-id 4048  df-po 4051  df-iso 4052  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-fv 4930  df-riota 5488  df-ov 5535  df-oprab 5536  df-mpt2 5537  df-pnf 7155  df-mnf 7156  df-xr 7157  df-ltxr 7158  df-le 7159  df-sub 7281  df-neg 7282  df-reap 7675  df-ap 7682  df-div 7761  df-inn 8040  df-n0 8289  df-z 8352  df-uz 8620  df-rp 8735

This theorem is referenced by:  cvg1nlemres  9871