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Theorem climub

Description: The limit of a monotonic sequence is an upper bound. (Contributed by NM, 18-Mar-2005) (Revised by Mario Carneiro, 10-Feb-2014)

Ref Expression
Hypotheses clim2ser.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
climub.2 ( 𝜑𝑁𝑍 )
climub.3 ( 𝜑𝐹𝐴 )
climub.4 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ )
climub.5 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ≤ ( 𝐹 ‘ ( 𝑘 + 1 ) ) )
Assertion climub ( 𝜑 → ( 𝐹𝑁 ) ≤ 𝐴 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 clim2ser.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
2 climub.2 ( 𝜑𝑁𝑍 )
3 climub.3 ( 𝜑𝐹𝐴 )
4 climub.4 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ )
5 climub.5 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ≤ ( 𝐹 ‘ ( 𝑘 + 1 ) ) )
6 eqid ( ℤ𝑁 ) = ( ℤ𝑁 )
7 2 1 eleqtrdi ( 𝜑𝑁 ∈ ( ℤ𝑀 ) )
8 eluzelz ( 𝑁 ∈ ( ℤ𝑀 ) → 𝑁 ∈ ℤ )
9 7 8 syl ( 𝜑𝑁 ∈ ℤ )
10 fveq2 ( 𝑘 = 𝑁 → ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐹𝑁 ) )
11 10 eleq1d ( 𝑘 = 𝑁 → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ ↔ ( 𝐹𝑁 ) ∈ ℝ ) )
12 11 imbi2d ( 𝑘 = 𝑁 → ( ( 𝜑 → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ ) ↔ ( 𝜑 → ( 𝐹𝑁 ) ∈ ℝ ) ) )
13 4 expcom ( 𝑘𝑍 → ( 𝜑 → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ ) )
14 12 13 vtoclga ( 𝑁𝑍 → ( 𝜑 → ( 𝐹𝑁 ) ∈ ℝ ) )
15 2 14 mpcom ( 𝜑 → ( 𝐹𝑁 ) ∈ ℝ )
16 1 uztrn2 ( ( 𝑁𝑍𝑗 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑗𝑍 )
17 2 16 sylan ( ( 𝜑𝑗 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑗𝑍 )
18 fveq2 ( 𝑘 = 𝑗 → ( 𝐹𝑘 ) = ( 𝐹𝑗 ) )
19 18 eleq1d ( 𝑘 = 𝑗 → ( ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ ↔ ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℝ ) )
20 19 imbi2d ( 𝑘 = 𝑗 → ( ( 𝜑 → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ ) ↔ ( 𝜑 → ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℝ ) ) )
21 20 13 vtoclga ( 𝑗𝑍 → ( 𝜑 → ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℝ ) )
22 21 impcom ( ( 𝜑𝑗𝑍 ) → ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℝ )
23 17 22 syldan ( ( 𝜑𝑗 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 𝐹𝑗 ) ∈ ℝ )
24 simpr ( ( 𝜑𝑗 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑗 ∈ ( ℤ𝑁 ) )
25 elfzuz ( 𝑘 ∈ ( 𝑁 ... 𝑗 ) → 𝑘 ∈ ( ℤ𝑁 ) )
26 1 uztrn2 ( ( 𝑁𝑍𝑘 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑘𝑍 )
27 2 26 sylan ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑘𝑍 )
28 27 4 syldan ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ )
29 25 28 sylan2 ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 𝑁 ... 𝑗 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ )
30 29 adantlr ( ( ( 𝜑𝑗 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 𝑁 ... 𝑗 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℝ )
31 elfzuz ( 𝑘 ∈ ( 𝑁 ... ( 𝑗 − 1 ) ) → 𝑘 ∈ ( ℤ𝑁 ) )
32 27 5 syldan ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ≤ ( 𝐹 ‘ ( 𝑘 + 1 ) ) )
33 31 32 sylan2 ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 𝑁 ... ( 𝑗 − 1 ) ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ≤ ( 𝐹 ‘ ( 𝑘 + 1 ) ) )
34 33 adantlr ( ( ( 𝜑𝑗 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 𝑁 ... ( 𝑗 − 1 ) ) ) → ( 𝐹𝑘 ) ≤ ( 𝐹 ‘ ( 𝑘 + 1 ) ) )
35 24 30 34 monoord ( ( 𝜑𝑗 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 𝐹𝑁 ) ≤ ( 𝐹𝑗 ) )
36 6 9 15 3 23 35 climlec2 ( 𝜑 → ( 𝐹𝑁 ) ≤ 𝐴 )