Theorem fsum3cvg 11147

Description: The sequence of partial sums of a finite sum converges to the whole sum. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Apr-2014.) (Revised by Jim Kingdon, 12-Nov-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
isummo.1	|- F = ( k e. ZZ |-> if ( k e. A , B , 0 ) )
isummo.2	|- ( ( ph /\ k e. A ) -> B e. CC )
isummo.dc	|- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> DECID k e. A )
isumrb.3	|- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
fisumcvg.4	|- ( ph -> A C_ ( M ... N ) )

Assertion

Ref	Expression
fsum3cvg	|- ( ph -> seq M ( + , F ) ~~> ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Distinct variable groups:   A, k   k, N   ph, k   k, M   k, F

Allowed substitution hint:   B( k)

Proof of Theorem fsum3cvg

Dummy variables n z m are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2139	. 2 |- ( ZZ>= ` N ) = ( ZZ>= ` N )
2		isumrb.3	. . 3 |- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
3		eluzelz 9335	. . 3 |- ( N e. ( ZZ>= ` M ) -> N e. ZZ )
4	2, 3	syl 14	. 2 |- ( ph -> N e. ZZ )
5		seqex 10220	. . 3 |- seq M ( + , F ) e. _V
6	5	a1i 9	. 2 |- ( ph -> seq M ( + , F ) e. _V )
7		eqid 2139	. . . 4 |- ( ZZ>= ` M ) = ( ZZ>= ` M )
8		eluzel2 9331	. . . . 5 |- ( N e. ( ZZ>= ` M ) -> M e. ZZ )
9	2, 8	syl 14	. . . 4 |- ( ph -> M e. ZZ )
10		eluzelz 9335	. . . . . . 7 |- ( k e. ( ZZ>= ` M ) -> k e. ZZ )
11	10	adantl 275	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> k e. ZZ )
12		iftrue 3479	. . . . . . . . . . 11 |- ( k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) = B )
13	12	adantl 275	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ k e. A ) -> if ( k e. A , B , 0 ) = B )
14		isummo.2	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ k e. A ) -> B e. CC )
15	13, 14	eqeltrd 2216	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. A ) -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC )
16	15	ex 114	. . . . . . . 8 |- ( ph -> ( k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC ) )
17	16	adantr 274	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC ) )
18		iffalse 3482	. . . . . . . . 9 |- ( -. k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) = 0 )
19		0cn 7758	. . . . . . . . 9 |- 0 e. CC
20	18, 19	eqeltrdi 2230	. . . . . . . 8 |- ( -. k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC )
21	20	a1i 9	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( -. k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC ) )
22		isummo.dc	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> DECID k e. A )
23		exmiddc 821	. . . . . . . 8 |- (DECID k e. A -> ( k e. A \/ -. k e. A ) )
24	22, 23	syl 14	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( k e. A \/ -. k e. A ) )
25	17, 21, 24	mpjaod 707	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC )
26		isummo.1	. . . . . . 7 |- F = ( k e. ZZ |-> if ( k e. A , B , 0 ) )
27	26	fvmpt2 5504	. . . . . 6 |- ( ( k e. ZZ /\ if ( k e. A , B , 0 ) e. CC ) -> ( F ` k ) = if ( k e. A , B , 0 ) )
28	11, 25, 27	syl2anc 408	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) = if ( k e. A , B , 0 ) )
29	28, 25	eqeltrd 2216	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) e. CC )
30	7, 9, 29	serf 10247	. . 3 |- ( ph -> seq M ( + , F ) : ( ZZ>= ` M ) --> CC )
31	30, 2	ffvelrnd 5556	. 2 |- ( ph -> ( seq M ( + , F ) ` N ) e. CC )
32		addid1 7900	. . . . 5 |- ( m e. CC -> ( m + 0 ) = m )
33	32	adantl 275	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. CC ) -> ( m + 0 ) = m )
34	2	adantr 274	. . . 4 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
35		simpr 109	. . . 4 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> n e. ( ZZ>= ` N ) )
36	31	adantr 274	. . . 4 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` N ) e. CC )
37		elfzuz 9802	. . . . . 6 |- ( m e. ( ( N + 1 ) ... n ) -> m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) )
38		eluzelz 9335	. . . . . . . . 9 |- ( m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) -> m e. ZZ )
39	38	adantl 275	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> m e. ZZ )
40		fisumcvg.4	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ph -> A C_ ( M ... N ) )
41	40	sseld 3096	. . . . . . . . . . 11 |- ( ph -> ( m e. A -> m e. ( M ... N ) ) )
42		fznuz 9882	. . . . . . . . . . 11 |- ( m e. ( M ... N ) -> -. m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) )
43	41, 42	syl6 33	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> ( m e. A -> -. m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) )
44	43	con2d 613	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> ( m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) -> -. m e. A ) )
45	44	imp 123	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> -. m e. A )
46	39, 45	eldifd 3081	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> m e. ( ZZ \ A ) )
47		fveqeq2 5430	. . . . . . . 8 |- ( k = m -> ( ( F ` k ) = 0 <-> ( F ` m ) = 0 ) )
48		eldifi 3198	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> k e. ZZ )
49		eldifn 3199	. . . . . . . . . . . 12 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> -. k e. A )
50	49, 18	syl 14	. . . . . . . . . . 11 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> if ( k e. A , B , 0 ) = 0 )
51	50, 19	eqeltrdi 2230	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC )
52	48, 51, 27	syl2anc 408	. . . . . . . . 9 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> ( F ` k ) = if ( k e. A , B , 0 ) )
53	52, 50	eqtrd 2172	. . . . . . . 8 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> ( F ` k ) = 0 )
54	47, 53	vtoclga 2752	. . . . . . 7 |- ( m e. ( ZZ \ A ) -> ( F ` m ) = 0 )
55	46, 54	syl 14	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> ( F ` m ) = 0 )
56	37, 55	sylan2 284	. . . . 5 |- ( ( ph /\ m e. ( ( N + 1 ) ... n ) ) -> ( F ` m ) = 0 )
57	56	adantlr 468	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ( N + 1 ) ... n ) ) -> ( F ` m ) = 0 )
58		fveq2 5421	. . . . . 6 |- ( k = m -> ( F ` k ) = ( F ` m ) )
59	58	eleq1d 2208	. . . . 5 |- ( k = m -> ( ( F ` k ) e. CC <-> ( F ` m ) e. CC ) )
60	29	ralrimiva 2505	. . . . . 6 |- ( ph -> A. k e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` k ) e. CC )
61	60	ad2antrr 479	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ZZ>= ` M ) ) -> A. k e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` k ) e. CC )
62		simpr 109	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ZZ>= ` M ) ) -> m e. ( ZZ>= ` M ) )
63	59, 61, 62	rspcdva 2794	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` m ) e. CC )
64		addcl 7745	. . . . 5 |- ( ( m e. CC /\ z e. CC ) -> ( m + z ) e. CC )
65	64	adantl 275	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ ( m e. CC /\ z e. CC ) ) -> ( m + z ) e. CC )
66	33, 34, 35, 36, 57, 63, 65	seq3id2 10282	. . 3 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` N ) = ( seq M ( + , F ) ` n ) )
67	66	eqcomd 2145	. 2 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` n ) = ( seq M ( + , F ) ` N ) )
68	1, 4, 6, 31, 67	climconst 11059	1 |- ( ph -> seq M ( + , F ) ~~> ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Syntax hints:   -. wn 3   -> wi 4   /\ wa 103   \/ wo 697  DECID wdc 819   = wceq 1331   e. wcel 1480   A.wral 2416   _Vcvv 2686   \ cdif 3068   C_ wss 3071   ifcif 3474   class class class wbr 3929   |-> cmpt 3989   ` cfv 5123  (class class class)co 5774   CCcc 7618   0cc0 7620   1c1 7621   + caddc 7623   ZZcz 9054   ZZ>=cuz 9326   ...cfz 9790   seqcseq 10218   ~~> cli 11047

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 603  ax-in2 604  ax-io 698  ax-5 1423  ax-7 1424  ax-gen 1425  ax-ie1 1469  ax-ie2 1470  ax-8 1482  ax-10 1483  ax-11 1484  ax-i12 1485  ax-bndl 1486  ax-4 1487  ax-13 1491  ax-14 1492  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-ext 2121  ax-coll 4043  ax-sep 4046  ax-nul 4054  ax-pow 4098  ax-pr 4131  ax-un 4355  ax-setind 4452  ax-iinf 4502  ax-cnex 7711  ax-resscn 7712  ax-1cn 7713  ax-1re 7714  ax-icn 7715  ax-addcl 7716  ax-addrcl 7717  ax-mulcl 7718  ax-mulrcl 7719  ax-addcom 7720  ax-mulcom 7721  ax-addass 7722  ax-mulass 7723  ax-distr 7724  ax-i2m1 7725  ax-0lt1 7726  ax-1rid 7727  ax-0id 7728  ax-rnegex 7729  ax-precex 7730  ax-cnre 7731  ax-pre-ltirr 7732  ax-pre-ltwlin 7733  ax-pre-lttrn 7734  ax-pre-apti 7735  ax-pre-ltadd 7736  ax-pre-mulgt0 7737  ax-pre-mulext 7738

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 820  df-3or 963  df-3an 964  df-tru 1334  df-fal 1337  df-nf 1437  df-sb 1736  df-eu 2002  df-mo 2003  df-clab 2126  df-cleq 2132  df-clel 2135  df-nfc 2270  df-ne 2309  df-nel 2404  df-ral 2421  df-rex 2422  df-reu 2423  df-rmo 2424  df-rab 2425  df-v 2688  df-sbc 2910  df-csb 3004  df-dif 3073  df-un 3075  df-in 3077  df-ss 3084  df-nul 3364  df-if 3475  df-pw 3512  df-sn 3533  df-pr 3534  df-op 3536  df-uni 3737  df-int 3772  df-iun 3815  df-br 3930  df-opab 3990  df-mpt 3991  df-tr 4027  df-id 4215  df-po 4218  df-iso 4219  df-iord 4288  df-on 4290  df-ilim 4291  df-suc 4293  df-iom 4505  df-xp 4545  df-rel 4546  df-cnv 4547  df-co 4548  df-dm 4549  df-rn 4550  df-res 4551  df-ima 4552  df-iota 5088  df-fun 5125  df-fn 5126  df-f 5127  df-f1 5128  df-fo 5129  df-f1o 5130  df-fv 5131  df-riota 5730  df-ov 5777  df-oprab 5778  df-mpo 5779  df-1st 6038  df-2nd 6039  df-recs 6202  df-frec 6288  df-pnf 7802  df-mnf 7803  df-xr 7804  df-ltxr 7805  df-le 7806  df-sub 7935  df-neg 7936  df-reap 8337  df-ap 8344  df-div 8433  df-inn 8721  df-2 8779  df-n0 8978  df-z 9055  df-uz 9327  df-rp 9442  df-fz 9791  df-seqfrec 10219  df-exp 10293  df-cj 10614  df-rsqrt 10770  df-abs 10771  df-clim 11048

This theorem is referenced by:  summodclem2a  11150  fsum3cvg2  11163