Metamath Proof Explorer


Theorem minvecolem5

Description: Lemma for minveco . Discharge the assumption about the sequence F by applying countable choice ax-cc . (Contributed by Mario Carneiro, 9-May-2014) (Revised by AV, 4-Oct-2020) (New usage is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses minveco.x ⊢ X = BaseSet ⁡ U
minveco.m ⊢ M = - v ⁡ U
minveco.n ⊢ N = norm CV ⁡ U
minveco.y ⊢ Y = BaseSet ⁡ W
minveco.u ⊢ φ → U ∈ CPreHil OLD
minveco.w ⊢ φ → W ∈ SubSp ⁡ U ∩ CBan
minveco.a ⊢ φ → A ∈ X
minveco.d ⊢ D = IndMet ⁡ U
minveco.j ⊢ J = MetOpen ⁡ D
minveco.r ⊢ R = ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A M y
minveco.s ⊢ S = inf R ℝ <
Assertion minvecolem5 ⊢ φ → ∃ x ∈ Y ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 minveco.x ⊢ X = BaseSet ⁡ U
2 minveco.m ⊢ M = - v ⁡ U
3 minveco.n ⊢ N = norm CV ⁡ U
4 minveco.y ⊢ Y = BaseSet ⁡ W
5 minveco.u ⊢ φ → U ∈ CPreHil OLD
6 minveco.w ⊢ φ → W ∈ SubSp ⁡ U ∩ CBan
7 minveco.a ⊢ φ → A ∈ X
8 minveco.d ⊢ D = IndMet ⁡ U
9 minveco.j ⊢ J = MetOpen ⁡ D
10 minveco.r ⊢ R = ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A M y
11 minveco.s ⊢ S = inf R ℝ <
12 nnrecgt0 ⊢ n ∈ ℕ → 0 < 1 n
13 12 adantl ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 0 < 1 n
14 nnrecre ⊢ n ∈ ℕ → 1 n ∈ ℝ
15 14 adantl ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 1 n ∈ ℝ
16 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 minvecolem1 ⊢ φ → R ⊆ ℝ ∧ R ≠ ∅ ∧ ∀ w ∈ R 0 ≤ w
17 16 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → R ⊆ ℝ ∧ R ≠ ∅ ∧ ∀ w ∈ R 0 ≤ w
18 17 simp1d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → R ⊆ ℝ
19 17 simp2d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → R ≠ ∅
20 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
21 17 simp3d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → ∀ w ∈ R 0 ≤ w
22 breq1 ⊢ x = 0 → x ≤ w ↔ 0 ≤ w
23 22 ralbidv ⊢ x = 0 → ∀ w ∈ R x ≤ w ↔ ∀ w ∈ R 0 ≤ w
24 23 rspcev ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ ∀ w ∈ R 0 ≤ w → ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ R x ≤ w
25 20 21 24 sylancr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ R x ≤ w
26 infrecl ⊢ R ⊆ ℝ ∧ R ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ R x ≤ w → inf R ℝ < ∈ ℝ
27 18 19 25 26 syl3anc ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → inf R ℝ < ∈ ℝ
28 11 27 eqeltrid ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S ∈ ℝ
29 28 resqcld ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 ∈ ℝ
30 15 29 ltaddposd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 0 < 1 n ↔ S 2 < S 2 + 1 n
31 13 30 mpbid ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 < S 2 + 1 n
32 29 15 readdcld ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 + 1 n ∈ ℝ
33 28 sqge0d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 0 ≤ S 2
34 29 15 33 13 addgegt0d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 0 < S 2 + 1 n
35 32 34 elrpd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 + 1 n ∈ ℝ +
36 35 rpge0d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 0 ≤ S 2 + 1 n
37 resqrtth ⊢ S 2 + 1 n ∈ ℝ ∧ 0 ≤ S 2 + 1 n → S 2 + 1 n 2 = S 2 + 1 n
38 32 36 37 syl2anc ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 + 1 n 2 = S 2 + 1 n
39 31 38 breqtrrd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 < S 2 + 1 n 2
40 35 rpsqrtcld ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 + 1 n ∈ ℝ +
41 40 rpred ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 + 1 n ∈ ℝ
42 0red ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 0 ∈ ℝ
43 infregelb ⊢ R ⊆ ℝ ∧ R ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ R x ≤ w ∧ 0 ∈ ℝ → 0 ≤ inf R ℝ < ↔ ∀ w ∈ R 0 ≤ w
44 18 19 25 42 43 syl31anc ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 0 ≤ inf R ℝ < ↔ ∀ w ∈ R 0 ≤ w
45 21 44 mpbird ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 0 ≤ inf R ℝ <
46 45 11 breqtrrdi ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 0 ≤ S
47 32 36 sqrtge0d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 0 ≤ S 2 + 1 n
48 28 41 46 47 lt2sqd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S < S 2 + 1 n ↔ S 2 < S 2 + 1 n 2
49 39 48 mpbird ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S < S 2 + 1 n
50 28 41 ltnled ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S < S 2 + 1 n ↔ ¬ S 2 + 1 n ≤ S
51 49 50 mpbid ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → ¬ S 2 + 1 n ≤ S
52 11 breq2i ⊢ S 2 + 1 n ≤ S ↔ S 2 + 1 n ≤ inf R ℝ <
53 infregelb ⊢ R ⊆ ℝ ∧ R ≠ ∅ ∧ ∃ x ∈ ℝ ∀ w ∈ R x ≤ w ∧ S 2 + 1 n ∈ ℝ → S 2 + 1 n ≤ inf R ℝ < ↔ ∀ w ∈ R S 2 + 1 n ≤ w
54 18 19 25 41 53 syl31anc ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 + 1 n ≤ inf R ℝ < ↔ ∀ w ∈ R S 2 + 1 n ≤ w
55 52 54 bitrid ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 + 1 n ≤ S ↔ ∀ w ∈ R S 2 + 1 n ≤ w
56 10 raleqi ⊢ ∀ w ∈ R S 2 + 1 n ≤ w ↔ ∀ w ∈ ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A M y S 2 + 1 n ≤ w
57 fvex ⊢ N ⁡ A M y ∈ V
58 57 rgenw ⊢ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M y ∈ V
59 eqid ⊢ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A M y = y ∈ Y ⟼ N ⁡ A M y
60 breq2 ⊢ w = N ⁡ A M y → S 2 + 1 n ≤ w ↔ S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y
61 59 60 ralrnmptw ⊢ ∀ y ∈ Y N ⁡ A M y ∈ V → ∀ w ∈ ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A M y S 2 + 1 n ≤ w ↔ ∀ y ∈ Y S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y
62 58 61 ax-mp ⊢ ∀ w ∈ ran ⁡ y ∈ Y ⟼ N ⁡ A M y S 2 + 1 n ≤ w ↔ ∀ y ∈ Y S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y
63 56 62 bitri ⊢ ∀ w ∈ R S 2 + 1 n ≤ w ↔ ∀ y ∈ Y S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y
64 55 63 bitrdi ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → S 2 + 1 n ≤ S ↔ ∀ y ∈ Y S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y
65 51 64 mtbid ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → ¬ ∀ y ∈ Y S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y
66 rexnal ⊢ ∃ y ∈ Y ¬ S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y ↔ ¬ ∀ y ∈ Y S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y
67 65 66 sylibr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → ∃ y ∈ Y ¬ S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y
68 32 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → S 2 + 1 n ∈ ℝ
69 phnv ⊢ U ∈ CPreHil OLD → U ∈ NrmCVec
70 5 69 syl ⊢ φ → U ∈ NrmCVec
71 70 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → U ∈ NrmCVec
72 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → A ∈ X
73 inss1 ⊢ SubSp ⁡ U ∩ CBan ⊆ SubSp ⁡ U
74 73 6 sselid ⊢ φ → W ∈ SubSp ⁡ U
75 eqid ⊢ SubSp ⁡ U = SubSp ⁡ U
76 1 4 75 sspba ⊢ U ∈ NrmCVec ∧ W ∈ SubSp ⁡ U → Y ⊆ X
77 70 74 76 syl2anc ⊢ φ → Y ⊆ X
78 77 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → Y ⊆ X
79 78 sselda ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → y ∈ X
80 1 2 nvmcl ⊢ U ∈ NrmCVec ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X → A M y ∈ X
81 71 72 79 80 syl3anc ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → A M y ∈ X
82 1 3 nvcl ⊢ U ∈ NrmCVec ∧ A M y ∈ X → N ⁡ A M y ∈ ℝ
83 71 81 82 syl2anc ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → N ⁡ A M y ∈ ℝ
84 83 resqcld ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → N ⁡ A M y 2 ∈ ℝ
85 68 84 letrid ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y 2 ∨ N ⁡ A M y 2 ≤ S 2 + 1 n
86 85 ord ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → ¬ S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y 2 → N ⁡ A M y 2 ≤ S 2 + 1 n
87 41 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → S 2 + 1 n ∈ ℝ
88 47 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → 0 ≤ S 2 + 1 n
89 1 3 nvge0 ⊢ U ∈ NrmCVec ∧ A M y ∈ X → 0 ≤ N ⁡ A M y
90 71 81 89 syl2anc ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → 0 ≤ N ⁡ A M y
91 87 83 88 90 le2sqd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y ↔ S 2 + 1 n 2 ≤ N ⁡ A M y 2
92 38 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → S 2 + 1 n 2 = S 2 + 1 n
93 92 breq1d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → S 2 + 1 n 2 ≤ N ⁡ A M y 2 ↔ S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y 2
94 91 93 bitrd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y ↔ S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y 2
95 94 notbid ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → ¬ S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y ↔ ¬ S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y 2
96 1 2 3 8 imsdval ⊢ U ∈ NrmCVec ∧ A ∈ X ∧ y ∈ X → A D y = N ⁡ A M y
97 71 72 79 96 syl3anc ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → A D y = N ⁡ A M y
98 97 oveq1d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → A D y 2 = N ⁡ A M y 2
99 98 breq1d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → A D y 2 ≤ S 2 + 1 n ↔ N ⁡ A M y 2 ≤ S 2 + 1 n
100 86 95 99 3imtr4d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ ∧ y ∈ Y → ¬ S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y → A D y 2 ≤ S 2 + 1 n
101 100 reximdva ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → ∃ y ∈ Y ¬ S 2 + 1 n ≤ N ⁡ A M y → ∃ y ∈ Y A D y 2 ≤ S 2 + 1 n
102 67 101 mpd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → ∃ y ∈ Y A D y 2 ≤ S 2 + 1 n
103 102 ralrimiva ⊢ φ → ∀ n ∈ ℕ ∃ y ∈ Y A D y 2 ≤ S 2 + 1 n
104 4 fvexi ⊢ Y ∈ V
105 nnenom ⊢ ℕ ≈ ω
106 oveq2 ⊢ y = f ⁡ n → A D y = A D f ⁡ n
107 106 oveq1d ⊢ y = f ⁡ n → A D y 2 = A D f ⁡ n 2
108 107 breq1d ⊢ y = f ⁡ n → A D y 2 ≤ S 2 + 1 n ↔ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n
109 104 105 108 axcc4 ⊢ ∀ n ∈ ℕ ∃ y ∈ Y A D y 2 ≤ S 2 + 1 n → ∃ f f : ℕ ⟶ Y ∧ ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n
110 103 109 syl ⊢ φ → ∃ f f : ℕ ⟶ Y ∧ ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n
111 5 adantr ⊢ φ ∧ f : ℕ ⟶ Y ∧ ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n → U ∈ CPreHil OLD
112 6 adantr ⊢ φ ∧ f : ℕ ⟶ Y ∧ ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n → W ∈ SubSp ⁡ U ∩ CBan
113 7 adantr ⊢ φ ∧ f : ℕ ⟶ Y ∧ ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n → A ∈ X
114 simprl ⊢ φ ∧ f : ℕ ⟶ Y ∧ ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n → f : ℕ ⟶ Y
115 simprr ⊢ φ ∧ f : ℕ ⟶ Y ∧ ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n → ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n
116 fveq2 ⊢ n = k → f ⁡ n = f ⁡ k
117 116 oveq2d ⊢ n = k → A D f ⁡ n = A D f ⁡ k
118 117 oveq1d ⊢ n = k → A D f ⁡ n 2 = A D f ⁡ k 2
119 oveq2 ⊢ n = k → 1 n = 1 k
120 119 oveq2d ⊢ n = k → S 2 + 1 n = S 2 + 1 k
121 118 120 breq12d ⊢ n = k → A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n ↔ A D f ⁡ k 2 ≤ S 2 + 1 k
122 121 rspccva ⊢ ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n ∧ k ∈ ℕ → A D f ⁡ k 2 ≤ S 2 + 1 k
123 115 122 sylan ⊢ φ ∧ f : ℕ ⟶ Y ∧ ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n ∧ k ∈ ℕ → A D f ⁡ k 2 ≤ S 2 + 1 k
124 eqid ⊢ 1 A D ⇝t ⁡ J ⁡ f + S 2 2 − S 2 = 1 A D ⇝t ⁡ J ⁡ f + S 2 2 − S 2
125 1 2 3 4 111 112 113 8 9 10 11 114 123 124 minvecolem4 ⊢ φ ∧ f : ℕ ⟶ Y ∧ ∀ n ∈ ℕ A D f ⁡ n 2 ≤ S 2 + 1 n → ∃ x ∈ Y ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y
126 110 125 exlimddv ⊢ φ → ∃ x ∈ Y ∀ y ∈ Y N ⁡ A M x ≤ N ⁡ A M y