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Theorem sermono

Description: The partial sums in an infinite series of positive terms form a monotonic sequence. (Contributed by NM, 17-Mar-2005) (Revised by Mario Carneiro, 30-Jun-2013)

Ref Expression
Hypotheses sermono.1 ⊢ φ → K ∈ ℤ ≥ M
sermono.2 ⊢ φ → N ∈ ℤ ≥ K
sermono.3 ⊢ φ ∧ x ∈ M … N → F ⁡ x ∈ ℝ
sermono.4 ⊢ φ ∧ x ∈ K + 1 … N → 0 ≤ F ⁡ x
Assertion sermono ⊢ φ → seq M + F ⁡ K ≤ seq M + F ⁡ N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sermono.1 ⊢ φ → K ∈ ℤ ≥ M
2 sermono.2 ⊢ φ → N ∈ ℤ ≥ K
3 sermono.3 ⊢ φ ∧ x ∈ M … N → F ⁡ x ∈ ℝ
4 sermono.4 ⊢ φ ∧ x ∈ K + 1 … N → 0 ≤ F ⁡ x
5 elfzuz ⊢ k ∈ K … N → k ∈ ℤ ≥ K
6 uztrn ⊢ k ∈ ℤ ≥ K ∧ K ∈ ℤ ≥ M → k ∈ ℤ ≥ M
7 5 1 6 syl2anr ⊢ φ ∧ k ∈ K … N → k ∈ ℤ ≥ M
8 elfzuz3 ⊢ k ∈ K … N → N ∈ ℤ ≥ k
9 8 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N → N ∈ ℤ ≥ k
10 fzss2 ⊢ N ∈ ℤ ≥ k → M … k ⊆ M … N
11 9 10 syl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N → M … k ⊆ M … N
12 11 sselda ⊢ φ ∧ k ∈ K … N ∧ x ∈ M … k → x ∈ M … N
13 3 adantlr ⊢ φ ∧ k ∈ K … N ∧ x ∈ M … N → F ⁡ x ∈ ℝ
14 12 13 syldan ⊢ φ ∧ k ∈ K … N ∧ x ∈ M … k → F ⁡ x ∈ ℝ
15 readdcl ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → x + y ∈ ℝ
16 15 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N ∧ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ → x + y ∈ ℝ
17 7 14 16 seqcl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N → seq M + F ⁡ k ∈ ℝ
18 fveq2 ⊢ x = k + 1 → F ⁡ x = F ⁡ k + 1
19 18 breq2d ⊢ x = k + 1 → 0 ≤ F ⁡ x ↔ 0 ≤ F ⁡ k + 1
20 4 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ K + 1 … N 0 ≤ F ⁡ x
21 20 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → ∀ x ∈ K + 1 … N 0 ≤ F ⁡ x
22 simpr ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k ∈ K … N − 1
23 1 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → K ∈ ℤ ≥ M
24 eluzelz ⊢ K ∈ ℤ ≥ M → K ∈ ℤ
25 23 24 syl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → K ∈ ℤ
26 2 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → N ∈ ℤ ≥ K
27 eluzelz ⊢ N ∈ ℤ ≥ K → N ∈ ℤ
28 26 27 syl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → N ∈ ℤ
29 peano2zm ⊢ N ∈ ℤ → N − 1 ∈ ℤ
30 28 29 syl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → N − 1 ∈ ℤ
31 elfzelz ⊢ k ∈ K … N − 1 → k ∈ ℤ
32 31 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k ∈ ℤ
33 1zzd ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → 1 ∈ ℤ
34 fzaddel ⊢ K ∈ ℤ ∧ N − 1 ∈ ℤ ∧ k ∈ ℤ ∧ 1 ∈ ℤ → k ∈ K … N − 1 ↔ k + 1 ∈ K + 1 … N - 1 + 1
35 25 30 32 33 34 syl22anc ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k ∈ K … N − 1 ↔ k + 1 ∈ K + 1 … N - 1 + 1
36 22 35 mpbid ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k + 1 ∈ K + 1 … N - 1 + 1
37 zcn ⊢ N ∈ ℤ → N ∈ ℂ
38 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
39 npcan ⊢ N ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → N - 1 + 1 = N
40 37 38 39 sylancl ⊢ N ∈ ℤ → N - 1 + 1 = N
41 28 40 syl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → N - 1 + 1 = N
42 41 oveq2d ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → K + 1 … N - 1 + 1 = K + 1 … N
43 36 42 eleqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k + 1 ∈ K + 1 … N
44 19 21 43 rspcdva ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → 0 ≤ F ⁡ k + 1
45 fzelp1 ⊢ k ∈ K … N − 1 → k ∈ K … N - 1 + 1
46 45 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k ∈ K … N - 1 + 1
47 41 oveq2d ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → K … N - 1 + 1 = K … N
48 46 47 eleqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k ∈ K … N
49 48 17 syldan ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → seq M + F ⁡ k ∈ ℝ
50 18 eleq1d ⊢ x = k + 1 → F ⁡ x ∈ ℝ ↔ F ⁡ k + 1 ∈ ℝ
51 3 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ M … N F ⁡ x ∈ ℝ
52 51 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → ∀ x ∈ M … N F ⁡ x ∈ ℝ
53 fzss1 ⊢ K ∈ ℤ ≥ M → K … N ⊆ M … N
54 23 53 syl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → K … N ⊆ M … N
55 fzp1elp1 ⊢ k ∈ K … N − 1 → k + 1 ∈ K … N - 1 + 1
56 55 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k + 1 ∈ K … N - 1 + 1
57 56 47 eleqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k + 1 ∈ K … N
58 54 57 sseldd ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k + 1 ∈ M … N
59 50 52 58 rspcdva ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → F ⁡ k + 1 ∈ ℝ
60 49 59 addge01d ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → 0 ≤ F ⁡ k + 1 ↔ seq M + F ⁡ k ≤ seq M + F ⁡ k + F ⁡ k + 1
61 44 60 mpbid ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → seq M + F ⁡ k ≤ seq M + F ⁡ k + F ⁡ k + 1
62 48 7 syldan ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → k ∈ ℤ ≥ M
63 seqp1 ⊢ k ∈ ℤ ≥ M → seq M + F ⁡ k + 1 = seq M + F ⁡ k + F ⁡ k + 1
64 62 63 syl ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → seq M + F ⁡ k + 1 = seq M + F ⁡ k + F ⁡ k + 1
65 61 64 breqtrrd ⊢ φ ∧ k ∈ K … N − 1 → seq M + F ⁡ k ≤ seq M + F ⁡ k + 1
66 2 17 65 monoord ⊢ φ → seq M + F ⁡ K ≤ seq M + F ⁡ N