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Theorem minvecolem4

Description: Lemma for minveco . The convergent point of the cauchy sequence F attains the minimum distance, and so is closer to A than any other point in Y . (Contributed by Mario Carneiro, 7-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 = sup R <
minveco.f φ F : Y
minveco.1 φ n A D F n 2 S 2 + 1 n
minveco.t T = 1 A D t J F + S 2 2 S 2
Assertion minvecolem4 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 = sup R <
12 minveco.f φ F : Y
13 minveco.1 φ n A D F n 2 S 2 + 1 n
14 minveco.t T = 1 A D t J F + S 2 2 S 2
15 phnv U CPreHil OLD U NrmCVec
16 1 8 imsxmet U NrmCVec D ∞Met X
17 5 15 16 3syl φ D ∞Met X
18 9 methaus D ∞Met X J Haus
19 lmfun J Haus Fun t J
20 17 18 19 3syl φ Fun t J
21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 minvecolem4a φ F t MetOpen D Y × Y t MetOpen D Y × Y F
22 eqid J 𝑡 Y = J 𝑡 Y
23 nnuz = 1
24 4 fvexi Y V
25 24 a1i φ Y V
26 5 15 syl φ U NrmCVec
27 9 mopntop D ∞Met X J Top
28 26 16 27 3syl φ J Top
29 elin W SubSp U CBan W SubSp U W CBan
30 6 29 sylib φ W SubSp U W CBan
31 30 simpld φ W SubSp U
32 eqid SubSp U = SubSp U
33 1 4 32 sspba U NrmCVec W SubSp U Y X
34 26 31 33 syl2anc φ Y X
35 xmetres2 D ∞Met X Y X D Y × Y ∞Met Y
36 17 34 35 syl2anc φ D Y × Y ∞Met Y
37 eqid MetOpen D Y × Y = MetOpen D Y × Y
38 37 mopntopon D Y × Y ∞Met Y MetOpen D Y × Y TopOn Y
39 36 38 syl φ MetOpen D Y × Y TopOn Y
40 lmcl MetOpen D Y × Y TopOn Y F t MetOpen D Y × Y t MetOpen D Y × Y F t MetOpen D Y × Y F Y
41 39 21 40 syl2anc φ t MetOpen D Y × Y F Y
42 1zzd φ 1
43 22 23 25 28 41 42 12 lmss φ F t J t MetOpen D Y × Y F F t J 𝑡 Y t MetOpen D Y × Y F
44 eqid D Y × Y = D Y × Y
45 44 9 37 metrest D ∞Met X Y X J 𝑡 Y = MetOpen D Y × Y
46 17 34 45 syl2anc φ J 𝑡 Y = MetOpen D Y × Y
47 46 fveq2d φ t J 𝑡 Y = t MetOpen D Y × Y
48 47 breqd φ F t J 𝑡 Y t MetOpen D Y × Y F F t MetOpen D Y × Y t MetOpen D Y × Y F
49 43 48 bitrd φ F t J t MetOpen D Y × Y F F t MetOpen D Y × Y t MetOpen D Y × Y F
50 21 49 mpbird φ F t J t MetOpen D Y × Y F
51 funbrfv Fun t J F t J t MetOpen D Y × Y F t J F = t MetOpen D Y × Y F
52 20 50 51 sylc φ t J F = t MetOpen D Y × Y F
53 52 41 eqeltrd φ t J F Y
54 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 minvecolem4b φ t J F X
55 1 2 3 8 imsdval U NrmCVec A X t J F X A D t J F = N A M t J F
56 26 7 54 55 syl3anc φ A D t J F = N A M t J F
57 56 adantr φ y Y A D t J F = N A M t J F
58 1 8 imsmet U NrmCVec D Met X
59 5 15 58 3syl φ D Met X
60 metcl D Met X A X t J F X A D t J F
61 59 7 54 60 syl3anc φ A D t J F
62 61 adantr φ y Y A D t J F
63 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 minvecolem4c φ S
64 63 adantr φ y Y S
65 26 adantr φ y Y U NrmCVec
66 7 adantr φ y Y A X
67 34 sselda φ y Y y X
68 1 2 nvmcl U NrmCVec A X y X A M y X
69 65 66 67 68 syl3anc φ y Y A M y X
70 1 3 nvcl U NrmCVec A M y X N A M y
71 65 69 70 syl2anc φ y Y N A M y
72 63 61 ltnled φ S < A D t J F ¬ A D t J F S
73 eqid T + 1 = T + 1
74 17 adantr φ S < A D t J F D ∞Met X
75 61 63 readdcld φ A D t J F + S
76 75 rehalfcld φ A D t J F + S 2
77 76 resqcld φ A D t J F + S 2 2
78 63 resqcld φ S 2
79 77 78 resubcld φ A D t J F + S 2 2 S 2
80 79 adantr φ S < A D t J F A D t J F + S 2 2 S 2
81 63 61 63 ltadd1d φ S < A D t J F S + S < A D t J F + S
82 63 recnd φ S
83 82 2timesd φ 2 S = S + S
84 83 breq1d φ 2 S < A D t J F + S S + S < A D t J F + S
85 2re 2
86 2pos 0 < 2
87 85 86 pm3.2i 2 0 < 2
88 87 a1i φ 2 0 < 2
89 ltmuldiv2 S A D t J F + S 2 0 < 2 2 S < A D t J F + S S < A D t J F + S 2
90 63 75 88 89 syl3anc φ 2 S < A D t J F + S S < A D t J F + S 2
91 81 84 90 3bitr2d φ S < A D t J F S < A D t J F + S 2
92 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 minvecolem1 φ R R w R 0 w
93 92 simp3d φ w R 0 w
94 92 simp1d φ R
95 92 simp2d φ R
96 0re 0
97 breq1 x = 0 x w 0 w
98 97 ralbidv x = 0 w R x w w R 0 w
99 98 rspcev 0 w R 0 w x w R x w
100 96 93 99 sylancr φ x w R x w
101 96 a1i φ 0
102 infregelb R R x w R x w 0 0 sup R < w R 0 w
103 94 95 100 101 102 syl31anc φ 0 sup R < w R 0 w
104 93 103 mpbird φ 0 sup R <
105 104 11 breqtrrdi φ 0 S
106 metge0 D Met X A X t J F X 0 A D t J F
107 59 7 54 106 syl3anc φ 0 A D t J F
108 61 63 107 105 addge0d φ 0 A D t J F + S
109 divge0 A D t J F + S 0 A D t J F + S 2 0 < 2 0 A D t J F + S 2
110 75 108 88 109 syl21anc φ 0 A D t J F + S 2
111 63 76 105 110 lt2sqd φ S < A D t J F + S 2 S 2 < A D t J F + S 2 2
112 78 77 posdifd φ S 2 < A D t J F + S 2 2 0 < A D t J F + S 2 2 S 2
113 91 111 112 3bitrd φ S < A D t J F 0 < A D t J F + S 2 2 S 2
114 113 biimpa φ S < A D t J F 0 < A D t J F + S 2 2 S 2
115 80 114 elrpd φ S < A D t J F A D t J F + S 2 2 S 2 +
116 115 rpreccld φ S < A D t J F 1 A D t J F + S 2 2 S 2 +
117 14 116 eqeltrid φ S < A D t J F T +
118 117 rprege0d φ S < A D t J F T 0 T
119 flge0nn0 T 0 T T 0
120 nn0p1nn T 0 T + 1
121 118 119 120 3syl φ S < A D t J F T + 1
122 121 nnzd φ S < A D t J F T + 1
123 50 52 breqtrrd φ F t J t J F
124 123 adantr φ S < A D t J F F t J t J F
125 7 adantr φ S < A D t J F A X
126 76 adantr φ S < A D t J F A D t J F + S 2
127 126 rexrd φ S < A D t J F A D t J F + S 2 *
128 simpll φ S < A D t J F n T + 1 φ
129 eluznn T + 1 n T + 1 n
130 121 129 sylan φ S < A D t J F n T + 1 n
131 59 adantr φ n D Met X
132 7 adantr φ n A X
133 12 34 fssd φ F : X
134 133 ffvelrnda φ n F n X
135 metcl D Met X A X F n X A D F n
136 131 132 134 135 syl3anc φ n A D F n
137 128 130 136 syl2anc φ S < A D t J F n T + 1 A D F n
138 137 resqcld φ S < A D t J F n T + 1 A D F n 2
139 63 ad2antrr φ S < A D t J F n T + 1 S
140 139 resqcld φ S < A D t J F n T + 1 S 2
141 130 nnrecred φ S < A D t J F n T + 1 1 n
142 140 141 readdcld φ S < A D t J F n T + 1 S 2 + 1 n
143 77 ad2antrr φ S < A D t J F n T + 1 A D t J F + S 2 2
144 128 130 13 syl2anc φ S < A D t J F n T + 1 A D F n 2 S 2 + 1 n
145 117 adantr φ S < A D t J F n T + 1 T +
146 145 rpred φ S < A D t J F n T + 1 T
147 reflcl T T
148 peano2re T T + 1
149 146 147 148 3syl φ S < A D t J F n T + 1 T + 1
150 130 nnred φ S < A D t J F n T + 1 n
151 fllep1 T T T + 1
152 146 151 syl φ S < A D t J F n T + 1 T T + 1
153 eluzle n T + 1 T + 1 n
154 153 adantl φ S < A D t J F n T + 1 T + 1 n
155 146 149 150 152 154 letrd φ S < A D t J F n T + 1 T n
156 14 155 eqbrtrrid φ S < A D t J F n T + 1 1 A D t J F + S 2 2 S 2 n
157 1red φ S < A D t J F n T + 1 1
158 79 ad2antrr φ S < A D t J F n T + 1 A D t J F + S 2 2 S 2
159 114 adantr φ S < A D t J F n T + 1 0 < A D t J F + S 2 2 S 2
160 130 nngt0d φ S < A D t J F n T + 1 0 < n
161 lediv23 1 A D t J F + S 2 2 S 2 0 < A D t J F + S 2 2 S 2 n 0 < n 1 A D t J F + S 2 2 S 2 n 1 n A D t J F + S 2 2 S 2
162 157 158 159 150 160 161 syl122anc φ S < A D t J F n T + 1 1 A D t J F + S 2 2 S 2 n 1 n A D t J F + S 2 2 S 2
163 156 162 mpbid φ S < A D t J F n T + 1 1 n A D t J F + S 2 2 S 2
164 140 141 143 leaddsub2d φ S < A D t J F n T + 1 S 2 + 1 n A D t J F + S 2 2 1 n A D t J F + S 2 2 S 2
165 163 164 mpbird φ S < A D t J F n T + 1 S 2 + 1 n A D t J F + S 2 2
166 138 142 143 144 165 letrd φ S < A D t J F n T + 1 A D F n 2 A D t J F + S 2 2
167 76 ad2antrr φ S < A D t J F n T + 1 A D t J F + S 2
168 metge0 D Met X A X F n X 0 A D F n
169 131 132 134 168 syl3anc φ n 0 A D F n
170 128 130 169 syl2anc φ S < A D t J F n T + 1 0 A D F n
171 110 ad2antrr φ S < A D t J F n T + 1 0 A D t J F + S 2
172 137 167 170 171 le2sqd φ S < A D t J F n T + 1 A D F n A D t J F + S 2 A D F n 2 A D t J F + S 2 2
173 166 172 mpbird φ S < A D t J F n T + 1 A D F n A D t J F + S 2
174 73 9 74 122 124 125 127 173 lmle φ S < A D t J F A D t J F A D t J F + S 2
175 61 63 61 leadd2d φ A D t J F S A D t J F + A D t J F A D t J F + S
176 61 recnd φ A D t J F
177 176 2timesd φ 2 A D t J F = A D t J F + A D t J F
178 177 breq1d φ 2 A D t J F A D t J F + S A D t J F + A D t J F A D t J F + S
179 lemuldiv2 A D t J F A D t J F + S 2 0 < 2 2 A D t J F A D t J F + S A D t J F A D t J F + S 2
180 87 179 mp3an3 A D t J F A D t J F + S 2 A D t J F A D t J F + S A D t J F A D t J F + S 2
181 61 75 180 syl2anc φ 2 A D t J F A D t J F + S A D t J F A D t J F + S 2
182 175 178 181 3bitr2d φ A D t J F S A D t J F A D t J F + S 2
183 182 biimpar φ A D t J F A D t J F + S 2 A D t J F S
184 174 183 syldan φ S < A D t J F A D t J F S
185 184 ex φ S < A D t J F A D t J F S
186 72 185 sylbird φ ¬ A D t J F S A D t J F S
187 186 pm2.18d φ A D t J F S
188 187 adantr φ y Y A D t J F S
189 94 adantr φ y Y R
190 100 adantr φ y Y x w R x w
191 simpr φ y Y y Y
192 fvex N A M y V
193 eqid y Y N A M y = y Y N A M y
194 193 elrnmpt1 y Y N A M y V N A M y ran y Y N A M y
195 191 192 194 sylancl φ y Y N A M y ran y Y N A M y
196 195 10 eleqtrrdi φ y Y N A M y R
197 infrelb R x w R x w N A M y R sup R < N A M y
198 189 190 196 197 syl3anc φ y Y sup R < N A M y
199 11 198 eqbrtrid φ y Y S N A M y
200 62 64 71 188 199 letrd φ y Y A D t J F N A M y
201 57 200 eqbrtrrd φ y Y N A M t J F N A M y
202 201 ralrimiva φ y Y N A M t J F N A M y
203 oveq2 x = t J F A M x = A M t J F
204 203 fveq2d x = t J F N A M x = N A M t J F
205 204 breq1d x = t J F N A M x N A M y N A M t J F N A M y
206 205 ralbidv x = t J F y Y N A M x N A M y y Y N A M t J F N A M y
207 206 rspcev t J F Y y Y N A M t J F N A M y x Y y Y N A M x N A M y
208 53 202 207 syl2anc φ x Y y Y N A M x N A M y