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Theorem rpnnen2lem12

Description: Lemma for rpnnen2 . (Contributed by Mario Carneiro, 13-May-2013)

Ref Expression
Hypothesis rpnnen2.1 ⊢ F = x ∈ 𝒫 ℕ ⟼ n ∈ ℕ ⟼ if n ∈ x 1 3 n 0
Assertion rpnnen2lem12 ⊢ 𝒫 ℕ ≼ 0 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rpnnen2.1 ⊢ F = x ∈ 𝒫 ℕ ⟼ n ∈ ℕ ⟼ if n ∈ x 1 3 n 0
2 ovex ⊢ 0 1 ∈ V
3 elpwi ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → y ⊆ ℕ
4 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
5 4 sumeq1i ⊢ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ y ⁡ k
6 1nn ⊢ 1 ∈ ℕ
7 1 rpnnen2lem6 ⊢ y ⊆ ℕ ∧ 1 ∈ ℕ → ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ y ⁡ k ∈ ℝ
8 6 7 mpan2 ⊢ y ⊆ ℕ → ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ y ⁡ k ∈ ℝ
9 5 8 eqeltrid ⊢ y ⊆ ℕ → ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k ∈ ℝ
10 3 9 syl ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k ∈ ℝ
11 1zzd ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → 1 ∈ ℤ
12 eqidd ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ k ∈ ℕ → F ⁡ y ⁡ k = F ⁡ y ⁡ k
13 1 rpnnen2lem2 ⊢ y ⊆ ℕ → F ⁡ y : ℕ ⟶ ℝ
14 3 13 syl ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → F ⁡ y : ℕ ⟶ ℝ
15 14 ffvelcdmda ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ k ∈ ℕ → F ⁡ y ⁡ k ∈ ℝ
16 1 rpnnen2lem5 ⊢ y ⊆ ℕ ∧ 1 ∈ ℕ → seq 1 + F ⁡ y ∈ dom ⁡ ⇝
17 3 6 16 sylancl ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → seq 1 + F ⁡ y ∈ dom ⁡ ⇝
18 ssid ⊢ ℕ ⊆ ℕ
19 1 rpnnen2lem4 ⊢ y ⊆ ℕ ∧ ℕ ⊆ ℕ ∧ k ∈ ℕ → 0 ≤ F ⁡ y ⁡ k ∧ F ⁡ y ⁡ k ≤ F ⁡ ℕ ⁡ k
20 18 19 mp3an2 ⊢ y ⊆ ℕ ∧ k ∈ ℕ → 0 ≤ F ⁡ y ⁡ k ∧ F ⁡ y ⁡ k ≤ F ⁡ ℕ ⁡ k
21 20 simpld ⊢ y ⊆ ℕ ∧ k ∈ ℕ → 0 ≤ F ⁡ y ⁡ k
22 3 21 sylan ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ k ∈ ℕ → 0 ≤ F ⁡ y ⁡ k
23 4 11 12 15 17 22 isumge0 ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → 0 ≤ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k
24 halfre ⊢ 1 2 ∈ ℝ
25 24 a1i ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → 1 2 ∈ ℝ
26 1re ⊢ 1 ∈ ℝ
27 26 a1i ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → 1 ∈ ℝ
28 1 rpnnen2lem7 ⊢ y ⊆ ℕ ∧ ℕ ⊆ ℕ ∧ 1 ∈ ℕ → ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ y ⁡ k ≤ ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ ℕ ⁡ k
29 18 6 28 mp3an23 ⊢ y ⊆ ℕ → ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ y ⁡ k ≤ ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ ℕ ⁡ k
30 3 29 syl ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ y ⁡ k ≤ ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ ℕ ⁡ k
31 eqid ⊢ ℤ ≥ 1 = ℤ ≥ 1
32 eqidd ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ k ∈ ℤ ≥ 1 → F ⁡ ℕ ⁡ k = F ⁡ ℕ ⁡ k
33 elnnuz ⊢ k ∈ ℕ ↔ k ∈ ℤ ≥ 1
34 1 rpnnen2lem2 ⊢ ℕ ⊆ ℕ → F ⁡ ℕ : ℕ ⟶ ℝ
35 18 34 ax-mp ⊢ F ⁡ ℕ : ℕ ⟶ ℝ
36 35 ffvelcdmi ⊢ k ∈ ℕ → F ⁡ ℕ ⁡ k ∈ ℝ
37 36 recnd ⊢ k ∈ ℕ → F ⁡ ℕ ⁡ k ∈ ℂ
38 33 37 sylbir ⊢ k ∈ ℤ ≥ 1 → F ⁡ ℕ ⁡ k ∈ ℂ
39 38 adantl ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ k ∈ ℤ ≥ 1 → F ⁡ ℕ ⁡ k ∈ ℂ
40 1 rpnnen2lem3 ⊢ seq 1 + F ⁡ ℕ ⇝ 1 2
41 40 a1i ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → seq 1 + F ⁡ ℕ ⇝ 1 2
42 31 11 32 39 41 isumclim ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ ℕ ⁡ k = 1 2
43 30 42 breqtrd ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → ∑ k ∈ ℤ ≥ 1 F ⁡ y ⁡ k ≤ 1 2
44 5 43 eqbrtrid ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k ≤ 1 2
45 halflt1 ⊢ 1 2 < 1
46 24 26 45 ltleii ⊢ 1 2 ≤ 1
47 46 a1i ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → 1 2 ≤ 1
48 10 25 27 44 47 letrd ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k ≤ 1
49 elicc01 ⊢ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k ∈ 0 1 ↔ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k ∧ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k ≤ 1
50 10 23 48 49 syl3anbrc ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ → ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k ∈ 0 1
51 elpwi ⊢ z ∈ 𝒫 ℕ → z ⊆ ℕ
52 ssdifss ⊢ y ⊆ ℕ → y ∖ z ⊆ ℕ
53 ssdifss ⊢ z ⊆ ℕ → z ∖ y ⊆ ℕ
54 unss ⊢ y ∖ z ⊆ ℕ ∧ z ∖ y ⊆ ℕ ↔ y ∖ z ∪ z ∖ y ⊆ ℕ
55 54 biimpi ⊢ y ∖ z ⊆ ℕ ∧ z ∖ y ⊆ ℕ → y ∖ z ∪ z ∖ y ⊆ ℕ
56 52 53 55 syl2an ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ → y ∖ z ∪ z ∖ y ⊆ ℕ
57 3 51 56 syl2an ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ → y ∖ z ∪ z ∖ y ⊆ ℕ
58 eqss ⊢ y = z ↔ y ⊆ z ∧ z ⊆ y
59 ssdif0 ⊢ y ⊆ z ↔ y ∖ z = ∅
60 ssdif0 ⊢ z ⊆ y ↔ z ∖ y = ∅
61 59 60 anbi12i ⊢ y ⊆ z ∧ z ⊆ y ↔ y ∖ z = ∅ ∧ z ∖ y = ∅
62 un00 ⊢ y ∖ z = ∅ ∧ z ∖ y = ∅ ↔ y ∖ z ∪ z ∖ y = ∅
63 58 61 62 3bitri ⊢ y = z ↔ y ∖ z ∪ z ∖ y = ∅
64 63 necon3bii ⊢ y ≠ z ↔ y ∖ z ∪ z ∖ y ≠ ∅
65 64 biimpi ⊢ y ≠ z → y ∖ z ∪ z ∖ y ≠ ∅
66 nnwo ⊢ y ∖ z ∪ z ∖ y ⊆ ℕ ∧ y ∖ z ∪ z ∖ y ≠ ∅ → ∃ m ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y ∀ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y m ≤ n
67 57 65 66 syl2an ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ ∧ y ≠ z → ∃ m ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y ∀ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y m ≤ n
68 67 ex ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ → y ≠ z → ∃ m ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y ∀ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y m ≤ n
69 57 sselda ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ ∧ m ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y → m ∈ ℕ
70 df-ral ⊢ ∀ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y m ≤ n ↔ ∀ n n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y → m ≤ n
71 con34b ⊢ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y → m ≤ n ↔ ¬ m ≤ n → ¬ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y
72 eldif ⊢ n ∈ y ∖ z ↔ n ∈ y ∧ ¬ n ∈ z
73 eldif ⊢ n ∈ z ∖ y ↔ n ∈ z ∧ ¬ n ∈ y
74 72 73 orbi12i ⊢ n ∈ y ∖ z ∨ n ∈ z ∖ y ↔ n ∈ y ∧ ¬ n ∈ z ∨ n ∈ z ∧ ¬ n ∈ y
75 elun ⊢ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y ↔ n ∈ y ∖ z ∨ n ∈ z ∖ y
76 xor ⊢ ¬ n ∈ y ↔ n ∈ z ↔ n ∈ y ∧ ¬ n ∈ z ∨ n ∈ z ∧ ¬ n ∈ y
77 74 75 76 3bitr4ri ⊢ ¬ n ∈ y ↔ n ∈ z ↔ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y
78 77 con1bii ⊢ ¬ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y ↔ n ∈ y ↔ n ∈ z
79 78 imbi2i ⊢ ¬ m ≤ n → ¬ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y ↔ ¬ m ≤ n → n ∈ y ↔ n ∈ z
80 71 79 bitri ⊢ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y → m ≤ n ↔ ¬ m ≤ n → n ∈ y ↔ n ∈ z
81 80 albii ⊢ ∀ n n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y → m ≤ n ↔ ∀ n ¬ m ≤ n → n ∈ y ↔ n ∈ z
82 70 81 bitri ⊢ ∀ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y m ≤ n ↔ ∀ n ¬ m ≤ n → n ∈ y ↔ n ∈ z
83 alral ⊢ ∀ n ¬ m ≤ n → n ∈ y ↔ n ∈ z → ∀ n ∈ ℕ ¬ m ≤ n → n ∈ y ↔ n ∈ z
84 nnre ⊢ n ∈ ℕ → n ∈ ℝ
85 nnre ⊢ m ∈ ℕ → m ∈ ℝ
86 ltnle ⊢ n ∈ ℝ ∧ m ∈ ℝ → n < m ↔ ¬ m ≤ n
87 84 85 86 syl2anr ⊢ m ∈ ℕ ∧ n ∈ ℕ → n < m ↔ ¬ m ≤ n
88 87 imbi1d ⊢ m ∈ ℕ ∧ n ∈ ℕ → n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z ↔ ¬ m ≤ n → n ∈ y ↔ n ∈ z
89 88 ralbidva ⊢ m ∈ ℕ → ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z ↔ ∀ n ∈ ℕ ¬ m ≤ n → n ∈ y ↔ n ∈ z
90 83 89 imbitrrid ⊢ m ∈ ℕ → ∀ n ¬ m ≤ n → n ∈ y ↔ n ∈ z → ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
91 82 90 biimtrid ⊢ m ∈ ℕ → ∀ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y m ≤ n → ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
92 69 91 syl ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ ∧ m ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y → ∀ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y m ≤ n → ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
93 92 reximdva ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ → ∃ m ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y ∀ n ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y m ≤ n → ∃ m ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
94 68 93 syld ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ → y ≠ z → ∃ m ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
95 rexun ⊢ ∃ m ∈ y ∖ z ∪ z ∖ y ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z ↔ ∃ m ∈ y ∖ z ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z ∨ ∃ m ∈ z ∖ y ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
96 94 95 imbitrdi ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ → y ≠ z → ∃ m ∈ y ∖ z ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z ∨ ∃ m ∈ z ∖ y ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
97 simpll ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ y ∖ z ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → y ⊆ ℕ
98 simplr ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ y ∖ z ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → z ⊆ ℕ
99 simprl ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ y ∖ z ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → m ∈ y ∖ z
100 simprr ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ y ∖ z ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
101 biid ⊢ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k ↔ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k
102 1 97 98 99 100 101 rpnnen2lem11 ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ y ∖ z ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → ¬ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k
103 102 rexlimdvaa ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ → ∃ m ∈ y ∖ z ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → ¬ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k
104 simplr ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ z ∖ y ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → z ⊆ ℕ
105 simpll ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ z ∖ y ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → y ⊆ ℕ
106 simprl ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ z ∖ y ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → m ∈ z ∖ y
107 simprr ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ z ∖ y ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
108 bicom ⊢ n ∈ z ↔ n ∈ y ↔ n ∈ y ↔ n ∈ z
109 108 imbi2i ⊢ n < m → n ∈ z ↔ n ∈ y ↔ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
110 109 ralbii ⊢ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ z ↔ n ∈ y ↔ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z
111 107 110 sylibr ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ z ∖ y ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ z ↔ n ∈ y
112 eqcom ⊢ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k ↔ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k
113 1 104 105 106 111 112 rpnnen2lem11 ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ ∧ m ∈ z ∖ y ∧ ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → ¬ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k
114 113 rexlimdvaa ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ → ∃ m ∈ z ∖ y ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → ¬ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k
115 103 114 jaod ⊢ y ⊆ ℕ ∧ z ⊆ ℕ → ∃ m ∈ y ∖ z ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z ∨ ∃ m ∈ z ∖ y ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → ¬ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k
116 3 51 115 syl2an ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ → ∃ m ∈ y ∖ z ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z ∨ ∃ m ∈ z ∖ y ∀ n ∈ ℕ n < m → n ∈ y ↔ n ∈ z → ¬ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k
117 96 116 syld ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ → y ≠ z → ¬ ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k
118 117 necon4ad ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ → ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k → y = z
119 fveq2 ⊢ y = z → F ⁡ y = F ⁡ z
120 119 fveq1d ⊢ y = z → F ⁡ y ⁡ k = F ⁡ z ⁡ k
121 120 sumeq2sdv ⊢ y = z → ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k
122 118 121 impbid1 ⊢ y ∈ 𝒫 ℕ ∧ z ∈ 𝒫 ℕ → ∑ k ∈ ℕ F ⁡ y ⁡ k = ∑ k ∈ ℕ F ⁡ z ⁡ k ↔ y = z
123 50 122 dom2 ⊢ 0 1 ∈ V → 𝒫 ℕ ≼ 0 1
124 2 123 ax-mp ⊢ 𝒫 ℕ ≼ 0 1