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Theorem climinf3

Description: A convergent, nonincreasing sequence, converges to the infimum of its range. (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021)

Ref Expression
Hypotheses climinf3.1 𝑘 𝜑
climinf3.2 𝑘 𝐹
climinf3.3 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
climinf3.4 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
climinf3.5 ( 𝜑𝐹 : 𝑍 ⟶ ℝ )
climinf3.6 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹 ‘ ( 𝑘 + 1 ) ) ≤ ( 𝐹𝑘 ) )
climinf3.7 ( 𝜑𝐹 ∈ dom ⇝ )
Assertion climinf3 ( 𝜑𝐹 ⇝ inf ( ran 𝐹 , ℝ* , < ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 climinf3.1 𝑘 𝜑
2 climinf3.2 𝑘 𝐹
3 climinf3.3 ( 𝜑𝑀 ∈ ℤ )
4 climinf3.4 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
5 climinf3.5 ( 𝜑𝐹 : 𝑍 ⟶ ℝ )
6 climinf3.6 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹 ‘ ( 𝑘 + 1 ) ) ≤ ( 𝐹𝑘 ) )
7 climinf3.7 ( 𝜑𝐹 ∈ dom ⇝ )
8 5 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ )
9 8 recnd ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
10 1 9 ralrimia ( 𝜑 → ∀ 𝑘𝑍 ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
11 2 4 climbddf ( ( 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝐹 ∈ dom ⇝ ∧ ∀ 𝑘𝑍 ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ ) → ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 )
12 3 7 10 11 syl3anc ( 𝜑 → ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 )
13 renegcl ( 𝑥 ∈ ℝ → - 𝑥 ∈ ℝ )
14 13 ad2antlr ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) → - 𝑥 ∈ ℝ )
15 nfv 𝑘 𝑥 ∈ ℝ
16 1 15 nfan 𝑘 ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ )
17 nfra1 𝑘𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥
18 16 17 nfan 𝑘 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 )
19 simpll ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) ∧ 𝑘𝑍 ) → ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) )
20 simpr ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) ∧ 𝑘𝑍 ) → 𝑘𝑍 )
21 rspa ( ( ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥𝑘𝑍 ) → ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 )
22 21 adantll ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) ∧ 𝑘𝑍 ) → ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 )
23 simpr ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝑘𝑍 ) ∧ ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) → ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 )
24 8 ad4ant13 ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝑘𝑍 ) ∧ ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ )
25 simpllr ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝑘𝑍 ) ∧ ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) → 𝑥 ∈ ℝ )
26 24 25 absled ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝑘𝑍 ) ∧ ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) → ( ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ↔ ( - 𝑥 ≤ ( 𝐹𝑘 ) ∧ ( 𝐹𝑘 ) ≤ 𝑥 ) ) )
27 23 26 mpbid ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝑘𝑍 ) ∧ ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) → ( - 𝑥 ≤ ( 𝐹𝑘 ) ∧ ( 𝐹𝑘 ) ≤ 𝑥 ) )
28 27 simpld ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ 𝑘𝑍 ) ∧ ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) → - 𝑥 ≤ ( 𝐹𝑘 ) )
29 19 20 22 28 syl21anc ( ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) ∧ 𝑘𝑍 ) → - 𝑥 ≤ ( 𝐹𝑘 ) )
30 29 ex ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) → ( 𝑘𝑍 → - 𝑥 ≤ ( 𝐹𝑘 ) ) )
31 18 30 ralrimi ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) → ∀ 𝑘𝑍 - 𝑥 ≤ ( 𝐹𝑘 ) )
32 breq1 ( 𝑦 = - 𝑥 → ( 𝑦 ≤ ( 𝐹𝑘 ) ↔ - 𝑥 ≤ ( 𝐹𝑘 ) ) )
33 32 ralbidv ( 𝑦 = - 𝑥 → ( ∀ 𝑘𝑍 𝑦 ≤ ( 𝐹𝑘 ) ↔ ∀ 𝑘𝑍 - 𝑥 ≤ ( 𝐹𝑘 ) ) )
34 33 rspcev ( ( - 𝑥 ∈ ℝ ∧ ∀ 𝑘𝑍 - 𝑥 ≤ ( 𝐹𝑘 ) ) → ∃ 𝑦 ∈ ℝ ∀ 𝑘𝑍 𝑦 ≤ ( 𝐹𝑘 ) )
35 14 31 34 syl2anc ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) ∧ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 ) → ∃ 𝑦 ∈ ℝ ∀ 𝑘𝑍 𝑦 ≤ ( 𝐹𝑘 ) )
36 35 rexlimdva2 ( 𝜑 → ( ∃ 𝑥 ∈ ℝ ∀ 𝑘𝑍 ( abs ‘ ( 𝐹𝑘 ) ) ≤ 𝑥 → ∃ 𝑦 ∈ ℝ ∀ 𝑘𝑍 𝑦 ≤ ( 𝐹𝑘 ) ) )
37 12 36 mpd ( 𝜑 → ∃ 𝑦 ∈ ℝ ∀ 𝑘𝑍 𝑦 ≤ ( 𝐹𝑘 ) )
38 1 2 4 3 5 6 37 climinf2 ( 𝜑𝐹 ⇝ inf ( ran 𝐹 , ℝ* , < ) )