Metamath Proof Explorer


Theorem rpnnen1lem3

Description: Lemma for rpnnen1 . (Contributed by Mario Carneiro, 12-May-2013) (Revised by NM, 13-Aug-2021) (Proof modification is discouraged.)

Ref Expression
Hypotheses rpnnen1lem.1 โŠข ๐‘‡ = { ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆฃ ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ }
rpnnen1lem.2 โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) ) )
rpnnen1lem.n โŠข โ„• โˆˆ V
rpnnen1lem.q โŠข โ„š โˆˆ V
Assertion rpnnen1lem3 ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ โˆ€ ๐‘› โˆˆ ran ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ๐‘› โ‰ค ๐‘ฅ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rpnnen1lem.1 โŠข ๐‘‡ = { ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆฃ ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ }
2 rpnnen1lem.2 โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) ) )
3 rpnnen1lem.n โŠข โ„• โˆˆ V
4 rpnnen1lem.q โŠข โ„š โˆˆ V
5 3 mptex โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) ) โˆˆ V
6 2 fvmpt2 โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) ) โˆˆ V ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) ) )
7 5 6 mpan2 โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) = ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) ) )
8 7 fveq1d โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ€˜ ๐‘˜ ) = ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) ) โ€˜ ๐‘˜ ) )
9 ovex โŠข ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) โˆˆ V
10 eqid โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) ) = ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) )
11 10 fvmpt2 โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) โˆˆ V ) โ†’ ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) ) โ€˜ ๐‘˜ ) = ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) )
12 9 11 mpan2 โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) ) โ€˜ ๐‘˜ ) = ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) )
13 8 12 sylan9eq โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ€˜ ๐‘˜ ) = ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) )
14 1 reqabi โŠข ( ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ โ†” ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ ) )
15 zre โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„ )
16 15 adantl โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„ค ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„ )
17 simpll โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„ค ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ )
18 nnre โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ )
19 nngt0 โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ 0 < ๐‘˜ )
20 18 19 jca โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„ โˆง 0 < ๐‘˜ ) )
21 20 ad2antlr โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„ โˆง 0 < ๐‘˜ ) )
22 ltdivmul โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„ โˆง 0 < ๐‘˜ ) ) โ†’ ( ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ โ†” ๐‘› < ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
23 16 17 21 22 syl3anc โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ โ†” ๐‘› < ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
24 18 ad2antlr โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„ค ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ )
25 remulcl โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
26 24 17 25 syl2anc โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
27 ltle โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„ โˆง ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐‘› < ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โ†’ ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
28 16 26 27 syl2anc โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘› < ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โ†’ ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
29 23 28 sylbid โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ โ†’ ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
30 29 impr โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆง ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ ) ) โ†’ ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) )
31 14 30 sylan2b โŠข ( ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) )
32 31 ralrimiva โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ โˆ€ ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) )
33 ssrab2 โŠข { ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆฃ ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ } โІ โ„ค
34 1 33 eqsstri โŠข ๐‘‡ โІ โ„ค
35 zssre โŠข โ„ค โІ โ„
36 34 35 sstri โŠข ๐‘‡ โІ โ„
37 36 a1i โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘‡ โІ โ„ )
38 25 ancoms โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
39 18 38 sylan2 โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
40 btwnz โŠข ( ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โ†’ ( โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ๐‘› < ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆง โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) < ๐‘› ) )
41 40 simpld โŠข ( ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โ†’ โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ๐‘› < ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) )
42 39 41 syl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ๐‘› < ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) )
43 23 rexbidva โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ โ†” โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ๐‘› < ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
44 42 43 mpbird โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ )
45 rabn0 โŠข ( { ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆฃ ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ } โ‰  โˆ… โ†” โˆƒ ๐‘› โˆˆ โ„ค ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ )
46 44 45 sylibr โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ { ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆฃ ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ } โ‰  โˆ… )
47 1 neeq1i โŠข ( ๐‘‡ โ‰  โˆ… โ†” { ๐‘› โˆˆ โ„ค โˆฃ ( ๐‘› / ๐‘˜ ) < ๐‘ฅ } โ‰  โˆ… )
48 46 47 sylibr โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘‡ โ‰  โˆ… )
49 breq2 โŠข ( ๐‘ฆ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โ†’ ( ๐‘› โ‰ค ๐‘ฆ โ†” ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
50 49 ralbidv โŠข ( ๐‘ฆ = ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ ๐‘› โ‰ค ๐‘ฆ โ†” โˆ€ ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
51 50 rspcev โŠข ( ( ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ โˆง โˆ€ ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โˆ€ ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ ๐‘› โ‰ค ๐‘ฆ )
52 39 32 51 syl2anc โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โˆ€ ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ ๐‘› โ‰ค ๐‘ฆ )
53 suprleub โŠข ( ( ( ๐‘‡ โІ โ„ โˆง ๐‘‡ โ‰  โˆ… โˆง โˆƒ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โˆ€ ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ ๐‘› โ‰ค ๐‘ฆ ) โˆง ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ ) โ†’ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โ†” โˆ€ ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
54 37 48 52 39 53 syl31anc โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โ†” โˆ€ ๐‘› โˆˆ ๐‘‡ ๐‘› โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
55 32 54 mpbird โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) )
56 1 2 rpnnen1lem2 โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) โˆˆ โ„ค )
57 56 zred โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) โˆˆ โ„ )
58 simpl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ )
59 20 adantl โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„ โˆง 0 < ๐‘˜ ) )
60 ledivmul โŠข ( ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) โˆˆ โ„ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„ โˆง 0 < ๐‘˜ ) ) โ†’ ( ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) โ‰ค ๐‘ฅ โ†” sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
61 57 58 59 60 syl3anc โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) โ‰ค ๐‘ฅ โ†” sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) โ‰ค ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ) )
62 55 61 mpbird โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( sup ( ๐‘‡ , โ„ , < ) / ๐‘˜ ) โ‰ค ๐‘ฅ )
63 13 62 eqbrtrd โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰ค ๐‘ฅ )
64 63 ralrimiva โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ โˆ€ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰ค ๐‘ฅ )
65 1 2 3 4 rpnnen1lem1 โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ ( โ„š โ†‘m โ„• ) )
66 4 3 elmap โŠข ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ ( โ„š โ†‘m โ„• ) โ†” ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) : โ„• โŸถ โ„š )
67 65 66 sylib โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) : โ„• โŸถ โ„š )
68 ffn โŠข ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) : โ„• โŸถ โ„š โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) Fn โ„• )
69 breq1 โŠข ( ๐‘› = ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ€˜ ๐‘˜ ) โ†’ ( ๐‘› โ‰ค ๐‘ฅ โ†” ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰ค ๐‘ฅ ) )
70 69 ralrn โŠข ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) Fn โ„• โ†’ ( โˆ€ ๐‘› โˆˆ ran ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ๐‘› โ‰ค ๐‘ฅ โ†” โˆ€ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰ค ๐‘ฅ ) )
71 67 68 70 3syl โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ ( โˆ€ ๐‘› โˆˆ ran ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ๐‘› โ‰ค ๐‘ฅ โ†” โˆ€ ๐‘˜ โˆˆ โ„• ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰ค ๐‘ฅ ) )
72 64 71 mpbird โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ โˆ€ ๐‘› โˆˆ ran ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ๐‘› โ‰ค ๐‘ฅ )