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Theorem lnconi

Description: Lemma for lnopconi and lnfnconi . (Contributed by NM, 7-Feb-2006) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses lncon.1 ⊢ T ∈ C → S ∈ ℝ
lncon.2 ⊢ T ∈ C ∧ y ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ y ≤ S ⁢ norm ℎ ⁡ y
lncon.3 ⊢ T ∈ C ↔ ∀ x ∈ ℋ ∀ z ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ + ∀ w ∈ ℋ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < y → N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z
lncon.4 ⊢ y ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ y ∈ ℝ
lncon.5 ⊢ w ∈ ℋ ∧ x ∈ ℋ → T ⁡ w - ℎ x = T ⁡ w M T ⁡ x
Assertion lnconi ⊢ T ∈ C ↔ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 lncon.1 ⊢ T ∈ C → S ∈ ℝ
2 lncon.2 ⊢ T ∈ C ∧ y ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ y ≤ S ⁢ norm ℎ ⁡ y
3 lncon.3 ⊢ T ∈ C ↔ ∀ x ∈ ℋ ∀ z ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ + ∀ w ∈ ℋ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < y → N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z
4 lncon.4 ⊢ y ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ y ∈ ℝ
5 lncon.5 ⊢ w ∈ ℋ ∧ x ∈ ℋ → T ⁡ w - ℎ x = T ⁡ w M T ⁡ x
6 2 ralrimiva ⊢ T ∈ C → ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ S ⁢ norm ℎ ⁡ y
7 oveq1 ⊢ x = S → x ⁢ norm ℎ ⁡ y = S ⁢ norm ℎ ⁡ y
8 7 breq2d ⊢ x = S → N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y ↔ N ⁡ T ⁡ y ≤ S ⁢ norm ℎ ⁡ y
9 8 ralbidv ⊢ x = S → ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y ↔ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ S ⁢ norm ℎ ⁡ y
10 9 rspcev ⊢ S ∈ ℝ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ S ⁢ norm ℎ ⁡ y → ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y
11 1 6 10 syl2anc ⊢ T ∈ C → ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y
12 arch ⊢ x ∈ ℝ → ∃ n ∈ ℕ x < n
13 12 adantr ⊢ x ∈ ℝ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y → ∃ n ∈ ℕ x < n
14 nnre ⊢ n ∈ ℕ → n ∈ ℝ
15 simplll ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → x ∈ ℝ
16 simpllr ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → n ∈ ℝ
17 normcl ⊢ y ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ y ∈ ℝ
18 17 adantl ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ y ∈ ℝ
19 normge0 ⊢ y ∈ ℋ → 0 ≤ norm ℎ ⁡ y
20 19 adantl ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → 0 ≤ norm ℎ ⁡ y
21 ltle ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ → x < n → x ≤ n
22 21 imp ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n → x ≤ n
23 22 adantr ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → x ≤ n
24 15 16 18 20 23 lemul1ad ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → x ⁢ norm ℎ ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
25 4 adantl ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ y ∈ ℝ
26 simpll ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n → x ∈ ℝ
27 remulcl ⊢ x ∈ ℝ ∧ norm ℎ ⁡ y ∈ ℝ → x ⁢ norm ℎ ⁡ y ∈ ℝ
28 26 17 27 syl2an ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → x ⁢ norm ℎ ⁡ y ∈ ℝ
29 simplr ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n → n ∈ ℝ
30 remulcl ⊢ n ∈ ℝ ∧ norm ℎ ⁡ y ∈ ℝ → n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∈ ℝ
31 29 17 30 syl2an ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∈ ℝ
32 letr ⊢ N ⁡ T ⁡ y ∈ ℝ ∧ x ⁢ norm ℎ ⁡ y ∈ ℝ ∧ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∈ ℝ → N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ⁢ norm ℎ ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y → N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
33 25 28 31 32 syl3anc ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ⁢ norm ℎ ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y → N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
34 24 33 mpan2d ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n ∧ y ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y → N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
35 34 ralimdva ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ x < n → ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y → ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
36 35 impancom ⊢ x ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y → x < n → ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
37 36 an32s ⊢ x ∈ ℝ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ n ∈ ℝ → x < n → ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
38 14 37 sylan2 ⊢ x ∈ ℝ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ n ∈ ℕ → x < n → ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
39 38 reximdva ⊢ x ∈ ℝ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y → ∃ n ∈ ℕ x < n → ∃ n ∈ ℕ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
40 13 39 mpd ⊢ x ∈ ℝ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y → ∃ n ∈ ℕ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
41 40 rexlimiva ⊢ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y → ∃ n ∈ ℕ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y
42 simprr ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + → z ∈ ℝ +
43 simpll ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + → n ∈ ℕ
44 43 nnrpd ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + → n ∈ ℝ +
45 42 44 rpdivcld ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + → z n ∈ ℝ +
46 simprr ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → w ∈ ℋ
47 simprll ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → x ∈ ℋ
48 hvsubcl ⊢ w ∈ ℋ ∧ x ∈ ℋ → w - ℎ x ∈ ℋ
49 46 47 48 syl2anc ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → w - ℎ x ∈ ℋ
50 2fveq3 ⊢ y = w - ℎ x → N ⁡ T ⁡ y = N ⁡ T ⁡ w - ℎ x
51 fveq2 ⊢ y = w - ℎ x → norm ℎ ⁡ y = norm ℎ ⁡ w - ℎ x
52 51 oveq2d ⊢ y = w - ℎ x → n ⁢ norm ℎ ⁡ y = n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x
53 50 52 breq12d ⊢ y = w - ℎ x → N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ↔ N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x
54 53 rspcva ⊢ w - ℎ x ∈ ℋ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x
55 49 54 sylan ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x
56 55 an32s ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x
57 50 eleq1d ⊢ y = w - ℎ x → N ⁡ T ⁡ y ∈ ℝ ↔ N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ
58 57 4 vtoclga ⊢ w - ℎ x ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ
59 49 58 syl ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ
60 14 adantr ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → n ∈ ℝ
61 normcl ⊢ w - ℎ x ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ
62 49 61 syl ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ
63 remulcl ⊢ n ∈ ℝ ∧ norm ℎ ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ → n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ
64 60 62 63 syl2anc ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ
65 simprlr ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → z ∈ ℝ +
66 65 rpred ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → z ∈ ℝ
67 lelttr ⊢ N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ ∧ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x ∧ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x < z
68 59 64 66 67 syl3anc ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x ∧ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x < z
69 68 adantlr ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x ∧ n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x < z
70 56 69 mpand ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x < z
71 nnrp ⊢ n ∈ ℕ → n ∈ ℝ +
72 71 rpregt0d ⊢ n ∈ ℕ → n ∈ ℝ ∧ 0 < n
73 72 adantr ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → n ∈ ℝ ∧ 0 < n
74 ltmuldiv2 ⊢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ ∧ 0 < n → n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z ↔ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z n
75 62 66 73 74 syl3anc ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z ↔ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z n
76 75 adantlr ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → n ⁢ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z ↔ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z n
77 46 47 5 syl2anc ⊢ n ∈ ℕ ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → T ⁡ w - ℎ x = T ⁡ w M T ⁡ x
78 77 adantlr ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → T ⁡ w - ℎ x = T ⁡ w M T ⁡ x
79 78 fveq2d ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x = N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x
80 79 breq1d ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → N ⁡ T ⁡ w - ℎ x < z ↔ N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z
81 70 76 80 3imtr3d ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z n → N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z
82 81 anassrs ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + ∧ w ∈ ℋ → norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z n → N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z
83 82 ralrimiva ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + → ∀ w ∈ ℋ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z n → N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z
84 breq2 ⊢ y = z n → norm ℎ ⁡ w - ℎ x < y ↔ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z n
85 84 rspceaimv ⊢ z n ∈ ℝ + ∧ ∀ w ∈ ℋ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < z n → N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z → ∃ y ∈ ℝ + ∀ w ∈ ℋ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < y → N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z
86 45 83 85 syl2anc ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y ∧ x ∈ ℋ ∧ z ∈ ℝ + → ∃ y ∈ ℝ + ∀ w ∈ ℋ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < y → N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z
87 86 ralrimivva ⊢ n ∈ ℕ ∧ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y → ∀ x ∈ ℋ ∀ z ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ + ∀ w ∈ ℋ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < y → N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z
88 87 rexlimiva ⊢ ∃ n ∈ ℕ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y → ∀ x ∈ ℋ ∀ z ∈ ℝ + ∃ y ∈ ℝ + ∀ w ∈ ℋ norm ℎ ⁡ w - ℎ x < y → N ⁡ T ⁡ w M T ⁡ x < z
89 88 3 sylibr ⊢ ∃ n ∈ ℕ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ n ⁢ norm ℎ ⁡ y → T ∈ C
90 41 89 syl ⊢ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y → T ∈ C
91 11 90 impbii ⊢ T ∈ C ↔ ∃ x ∈ ℝ ∀ y ∈ ℋ N ⁡ T ⁡ y ≤ x ⁢ norm ℎ ⁡ y