Metamath Proof Explorer


Theorem fourierdlem11

Description: If there is a partition, than the lower bound is strictly less than the upper bound. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses fourierdlem11.p ⊢ P = m ∈ ℕ ⟼ p ∈ ℝ 0 … m | p ⁡ 0 = A ∧ p ⁡ m = B ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ m p ⁡ i < p ⁡ i + 1
fourierdlem11.m ⊢ φ → M ∈ ℕ
fourierdlem11.q ⊢ φ → Q ∈ P ⁡ M
Assertion fourierdlem11 ⊢ φ → A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ ∧ A < B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fourierdlem11.p ⊢ P = m ∈ ℕ ⟼ p ∈ ℝ 0 … m | p ⁡ 0 = A ∧ p ⁡ m = B ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ m p ⁡ i < p ⁡ i + 1
2 fourierdlem11.m ⊢ φ → M ∈ ℕ
3 fourierdlem11.q ⊢ φ → Q ∈ P ⁡ M
4 1 fourierdlem2 ⊢ M ∈ ℕ → Q ∈ P ⁡ M ↔ Q ∈ ℝ 0 … M ∧ Q ⁡ 0 = A ∧ Q ⁡ M = B ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ M Q ⁡ i < Q ⁡ i + 1
5 2 4 syl ⊢ φ → Q ∈ P ⁡ M ↔ Q ∈ ℝ 0 … M ∧ Q ⁡ 0 = A ∧ Q ⁡ M = B ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ M Q ⁡ i < Q ⁡ i + 1
6 3 5 mpbid ⊢ φ → Q ∈ ℝ 0 … M ∧ Q ⁡ 0 = A ∧ Q ⁡ M = B ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ M Q ⁡ i < Q ⁡ i + 1
7 6 simprd ⊢ φ → Q ⁡ 0 = A ∧ Q ⁡ M = B ∧ ∀ i ∈ 0 ..^ M Q ⁡ i < Q ⁡ i + 1
8 7 simpld ⊢ φ → Q ⁡ 0 = A ∧ Q ⁡ M = B
9 8 simpld ⊢ φ → Q ⁡ 0 = A
10 6 simpld ⊢ φ → Q ∈ ℝ 0 … M
11 elmapi ⊢ Q ∈ ℝ 0 … M → Q : 0 … M ⟶ ℝ
12 10 11 syl ⊢ φ → Q : 0 … M ⟶ ℝ
13 0zd ⊢ φ → 0 ∈ ℤ
14 2 nnzd ⊢ φ → M ∈ ℤ
15 0red ⊢ φ → 0 ∈ ℝ
16 15 leidd ⊢ φ → 0 ≤ 0
17 2 nnred ⊢ φ → M ∈ ℝ
18 2 nngt0d ⊢ φ → 0 < M
19 15 17 18 ltled ⊢ φ → 0 ≤ M
20 13 14 13 16 19 elfzd ⊢ φ → 0 ∈ 0 … M
21 12 20 ffvelcdmd ⊢ φ → Q ⁡ 0 ∈ ℝ
22 9 21 eqeltrrd ⊢ φ → A ∈ ℝ
23 8 simprd ⊢ φ → Q ⁡ M = B
24 17 leidd ⊢ φ → M ≤ M
25 13 14 14 19 24 elfzd ⊢ φ → M ∈ 0 … M
26 12 25 ffvelcdmd ⊢ φ → Q ⁡ M ∈ ℝ
27 23 26 eqeltrrd ⊢ φ → B ∈ ℝ
28 1zzd ⊢ φ → 1 ∈ ℤ
29 0le1 ⊢ 0 ≤ 1
30 29 a1i ⊢ φ → 0 ≤ 1
31 2 nnge1d ⊢ φ → 1 ≤ M
32 13 14 28 30 31 elfzd ⊢ φ → 1 ∈ 0 … M
33 12 32 ffvelcdmd ⊢ φ → Q ⁡ 1 ∈ ℝ
34 elfzo ⊢ 0 ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ ∧ M ∈ ℤ → 0 ∈ 0 ..^ M ↔ 0 ≤ 0 ∧ 0 < M
35 13 13 14 34 syl3anc ⊢ φ → 0 ∈ 0 ..^ M ↔ 0 ≤ 0 ∧ 0 < M
36 16 18 35 mpbir2and ⊢ φ → 0 ∈ 0 ..^ M
37 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
38 eleq1 ⊢ i = 0 → i ∈ 0 ..^ M ↔ 0 ∈ 0 ..^ M
39 38 anbi2d ⊢ i = 0 → φ ∧ i ∈ 0 ..^ M ↔ φ ∧ 0 ∈ 0 ..^ M
40 fveq2 ⊢ i = 0 → Q ⁡ i = Q ⁡ 0
41 oveq1 ⊢ i = 0 → i + 1 = 0 + 1
42 41 fveq2d ⊢ i = 0 → Q ⁡ i + 1 = Q ⁡ 0 + 1
43 40 42 breq12d ⊢ i = 0 → Q ⁡ i < Q ⁡ i + 1 ↔ Q ⁡ 0 < Q ⁡ 0 + 1
44 39 43 imbi12d ⊢ i = 0 → φ ∧ i ∈ 0 ..^ M → Q ⁡ i < Q ⁡ i + 1 ↔ φ ∧ 0 ∈ 0 ..^ M → Q ⁡ 0 < Q ⁡ 0 + 1
45 7 simprd ⊢ φ → ∀ i ∈ 0 ..^ M Q ⁡ i < Q ⁡ i + 1
46 45 r19.21bi ⊢ φ ∧ i ∈ 0 ..^ M → Q ⁡ i < Q ⁡ i + 1
47 44 46 vtoclg ⊢ 0 ∈ ℝ → φ ∧ 0 ∈ 0 ..^ M → Q ⁡ 0 < Q ⁡ 0 + 1
48 37 47 ax-mp ⊢ φ ∧ 0 ∈ 0 ..^ M → Q ⁡ 0 < Q ⁡ 0 + 1
49 36 48 mpdan ⊢ φ → Q ⁡ 0 < Q ⁡ 0 + 1
50 0p1e1 ⊢ 0 + 1 = 1
51 50 a1i ⊢ φ → 0 + 1 = 1
52 51 fveq2d ⊢ φ → Q ⁡ 0 + 1 = Q ⁡ 1
53 49 9 52 3brtr3d ⊢ φ → A < Q ⁡ 1
54 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
55 2 54 eleqtrdi ⊢ φ → M ∈ ℤ ≥ 1
56 12 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M → Q : 0 … M ⟶ ℝ
57 0zd ⊢ i ∈ 1 … M → 0 ∈ ℤ
58 elfzel2 ⊢ i ∈ 1 … M → M ∈ ℤ
59 elfzelz ⊢ i ∈ 1 … M → i ∈ ℤ
60 0red ⊢ i ∈ 1 … M → 0 ∈ ℝ
61 59 zred ⊢ i ∈ 1 … M → i ∈ ℝ
62 1red ⊢ i ∈ 1 … M → 1 ∈ ℝ
63 0lt1 ⊢ 0 < 1
64 63 a1i ⊢ i ∈ 1 … M → 0 < 1
65 elfzle1 ⊢ i ∈ 1 … M → 1 ≤ i
66 60 62 61 64 65 ltletrd ⊢ i ∈ 1 … M → 0 < i
67 60 61 66 ltled ⊢ i ∈ 1 … M → 0 ≤ i
68 elfzle2 ⊢ i ∈ 1 … M → i ≤ M
69 57 58 59 67 68 elfzd ⊢ i ∈ 1 … M → i ∈ 0 … M
70 69 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M → i ∈ 0 … M
71 56 70 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M → Q ⁡ i ∈ ℝ
72 12 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → Q : 0 … M ⟶ ℝ
73 0zd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → 0 ∈ ℤ
74 14 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → M ∈ ℤ
75 elfzelz ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → i ∈ ℤ
76 75 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i ∈ ℤ
77 0red ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → 0 ∈ ℝ
78 75 zred ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → i ∈ ℝ
79 1red ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → 1 ∈ ℝ
80 63 a1i ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → 0 < 1
81 elfzle1 ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → 1 ≤ i
82 77 79 78 80 81 ltletrd ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → 0 < i
83 77 78 82 ltled ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → 0 ≤ i
84 83 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → 0 ≤ i
85 78 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i ∈ ℝ
86 17 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → M ∈ ℝ
87 peano2rem ⊢ M ∈ ℝ → M − 1 ∈ ℝ
88 86 87 syl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → M − 1 ∈ ℝ
89 elfzle2 ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → i ≤ M − 1
90 89 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i ≤ M − 1
91 86 ltm1d ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → M − 1 < M
92 85 88 86 90 91 lelttrd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i < M
93 85 86 92 ltled ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i ≤ M
94 73 74 76 84 93 elfzd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i ∈ 0 … M
95 72 94 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → Q ⁡ i ∈ ℝ
96 76 peano2zd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i + 1 ∈ ℤ
97 0red ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → 0 ∈ ℝ
98 peano2re ⊢ i ∈ ℝ → i + 1 ∈ ℝ
99 85 98 syl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i + 1 ∈ ℝ
100 1red ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → 1 ∈ ℝ
101 63 a1i ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → 0 < 1
102 78 98 syl ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → i + 1 ∈ ℝ
103 78 ltp1d ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → i < i + 1
104 79 78 102 81 103 lelttrd ⊢ i ∈ 1 … M − 1 → 1 < i + 1
105 104 adantl ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → 1 < i + 1
106 97 100 99 101 105 lttrd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → 0 < i + 1
107 97 99 106 ltled ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → 0 ≤ i + 1
108 85 88 100 90 leadd1dd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i + 1 ≤ M - 1 + 1
109 2 nncnd ⊢ φ → M ∈ ℂ
110 1cnd ⊢ φ → 1 ∈ ℂ
111 109 110 npcand ⊢ φ → M - 1 + 1 = M
112 111 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → M - 1 + 1 = M
113 108 112 breqtrd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i + 1 ≤ M
114 73 74 96 107 113 elfzd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i + 1 ∈ 0 … M
115 72 114 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → Q ⁡ i + 1 ∈ ℝ
116 elfzo ⊢ i ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ ∧ M ∈ ℤ → i ∈ 0 ..^ M ↔ 0 ≤ i ∧ i < M
117 76 73 74 116 syl3anc ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i ∈ 0 ..^ M ↔ 0 ≤ i ∧ i < M
118 84 92 117 mpbir2and ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → i ∈ 0 ..^ M
119 118 46 syldan ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → Q ⁡ i < Q ⁡ i + 1
120 95 115 119 ltled ⊢ φ ∧ i ∈ 1 … M − 1 → Q ⁡ i ≤ Q ⁡ i + 1
121 55 71 120 monoord ⊢ φ → Q ⁡ 1 ≤ Q ⁡ M
122 121 23 breqtrd ⊢ φ → Q ⁡ 1 ≤ B
123 22 33 27 53 122 ltletrd ⊢ φ → A < B
124 22 27 123 3jca ⊢ φ → A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ ∧ A < B