MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dchrmusumlem Unicode version

Theorem dchrmusumlem 20633
Description: The sum of the Möbius function multiplied by a non-principal Dirichlet character, divided by  n, is bounded. Equation 9.4.16 of [Shapiro], p. 379. (Contributed by Mario Carneiro, 12-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
rpvmasum.z  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
rpvmasum.l  |-  L  =  ( ZRHom `  Z
)
rpvmasum.a  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
dchrmusum.g  |-  G  =  (DChr `  N )
dchrmusum.d  |-  D  =  ( Base `  G
)
dchrmusum.1  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
dchrmusum.b  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
dchrmusum.n1  |-  ( ph  ->  X  =/=  .1.  )
dchrmusum.f  |-  F  =  ( a  e.  NN  |->  ( ( X `  ( L `  a ) )  /  a ) )
dchrmusum.c  |-  ( ph  ->  C  e.  ( 0 [,)  +oo ) )
dchrmusum.t  |-  ( ph  ->  seq  1 (  +  ,  F )  ~~>  T )
dchrmusum.2  |-  ( ph  ->  A. y  e.  ( 1 [,)  +oo )
( abs `  (
(  seq  1 (  +  ,  F ) `
 ( |_ `  y ) )  -  T ) )  <_ 
( C  /  y
) )
Assertion
Ref Expression
dchrmusumlem  |-  ( ph  ->  ( x  e.  RR+  |->  sum_
n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) ( ( X `  ( L `  n )
)  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) ) )  e.  O ( 1 ) )
Distinct variable groups:    x, n, y,  .1.    C, n, x, y   
n, F, x, y   
x, a, y    n, N, x, y    ph, n, x    T, n, x, y   
n, Z, x, y    D, n, x, y    n, a, L, x, y    X, a, n, x, y
Allowed substitution hints:    ph( y, a)    C( a)    D( a)    T( a)    .1. ( a)    F( a)    G( x, y, n, a)    N( a)    Z( a)

Proof of Theorem dchrmusumlem
StepHypRef Expression
1 fzfid 11001 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  x  e.  RR+ )  ->  ( 1 ... ( |_ `  x ) )  e. 
Fin )
2 dchrmusum.g . . . . . . . . 9  |-  G  =  (DChr `  N )
3 rpvmasum.z . . . . . . . . 9  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
4 dchrmusum.d . . . . . . . . 9  |-  D  =  ( Base `  G
)
5 rpvmasum.l . . . . . . . . 9  |-  L  =  ( ZRHom `  Z
)
6 dchrmusum.b . . . . . . . . . 10  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
76ad2antrr 709 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  RR+ )  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) )  ->  X  e.  D )
8 elfzelz 10764 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x
) )  ->  n  e.  ZZ )
98adantl 454 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  RR+ )  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) )  ->  n  e.  ZZ )
102, 3, 4, 5, 7, 9dchrzrhcl 20446 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  RR+ )  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) )  ->  ( X `  ( L `  n
) )  e.  CC )
11 elfznn 10785 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x
) )  ->  n  e.  NN )
1211adantl 454 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  RR+ )  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) )  ->  n  e.  NN )
13 mucl 20341 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( n  e.  NN  ->  (
mmu `  n )  e.  ZZ )
1412, 13syl 17 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  RR+ )  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) )  ->  ( mmu `  n )  e.  ZZ )
1514zred 10084 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  RR+ )  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) )  ->  ( mmu `  n )  e.  RR )
1615, 12nndivred 9762 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  RR+ )  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) )  ->  ( (
mmu `  n )  /  n )  e.  RR )
1716recnd 8829 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  RR+ )  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) )  ->  ( (
mmu `  n )  /  n )  e.  CC )
1810, 17mulcld 8823 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ph  /\  x  e.  RR+ )  /\  n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) )  ->  ( ( X `  ( L `  n ) )  x.  ( ( mmu `  n )  /  n
) )  e.  CC )
191, 18fsumcl 12171 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  x  e.  RR+ )  ->  sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) ( ( X `  ( L `  n ) )  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) )  e.  CC )
20 dchrmusum.t . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  seq  1 (  +  ,  F )  ~~>  T )
21 climcl 11938 . . . . . . . 8  |-  (  seq  1 (  +  ,  F )  ~~>  T  ->  T  e.  CC )
2220, 21syl 17 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  T  e.  CC )
2322adantr 453 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  x  e.  RR+ )  ->  T  e.  CC )
2419, 23mulcld 8823 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  x  e.  RR+ )  ->  ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x
) ) ( ( X `  ( L `
 n ) )  x.  ( ( mmu `  n )  /  n
) )  x.  T
)  e.  CC )
25 rpvmasum.a . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
26 dchrmusum.1 . . . . . . 7  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
27 dchrmusum.n1 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  X  =/=  .1.  )
28 dchrmusum.f . . . . . . 7  |-  F  =  ( a  e.  NN  |->  ( ( X `  ( L `  a ) )  /  a ) )
29 dchrmusum.c . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  C  e.  ( 0 [,)  +oo ) )
30 dchrmusum.2 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  A. y  e.  ( 1 [,)  +oo )
( abs `  (
(  seq  1 (  +  ,  F ) `
 ( |_ `  y ) )  -  T ) )  <_ 
( C  /  y
) )
313, 5, 25, 2, 4, 26, 6, 27, 28, 29, 20, 30dchrisumn0 20632 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  T  =/=  0 )
3231adantr 453 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  x  e.  RR+ )  ->  T  =/=  0 )
3324, 23, 32divrecd 9507 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  RR+ )  ->  ( ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) ( ( X `  ( L `  n )
)  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) )  x.  T )  /  T )  =  ( ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_
`  x ) ) ( ( X `  ( L `  n ) )  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) )  x.  T )  x.  ( 1  /  T
) ) )
3419, 23, 32divcan4d 9510 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  RR+ )  ->  ( ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) ( ( X `  ( L `  n )
)  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) )  x.  T )  /  T )  =  sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x
) ) ( ( X `  ( L `
 n ) )  x.  ( ( mmu `  n )  /  n
) ) )
3533, 34eqtr3d 2292 . . 3  |-  ( (
ph  /\  x  e.  RR+ )  ->  ( ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) ( ( X `  ( L `  n )
)  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) )  x.  T )  x.  ( 1  /  T
) )  =  sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x
) ) ( ( X `  ( L `
 n ) )  x.  ( ( mmu `  n )  /  n
) ) )
3635mpteq2dva 4080 . 2  |-  ( ph  ->  ( x  e.  RR+  |->  ( ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) ( ( X `  ( L `  n ) )  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) )  x.  T )  x.  ( 1  /  T
) ) )  =  ( x  e.  RR+  |->  sum_
n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) ( ( X `  ( L `  n )
)  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) ) ) )
3722, 31reccld 9497 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( 1  /  T
)  e.  CC )
3837adantr 453 . . 3  |-  ( (
ph  /\  x  e.  RR+ )  ->  ( 1  /  T )  e.  CC )
393, 5, 25, 2, 4, 26, 6, 27, 28, 29, 20, 30dchrmusum2 20605 . . 3  |-  ( ph  ->  ( x  e.  RR+  |->  ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_
`  x ) ) ( ( X `  ( L `  n ) )  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) )  x.  T ) )  e.  O ( 1 ) )
40 rpssre 10331 . . . 4  |-  RR+  C_  RR
41 o1const 12058 . . . 4  |-  ( (
RR+  C_  RR  /\  (
1  /  T )  e.  CC )  -> 
( x  e.  RR+  |->  ( 1  /  T
) )  e.  O
( 1 ) )
4240, 37, 41sylancr 647 . . 3  |-  ( ph  ->  ( x  e.  RR+  |->  ( 1  /  T
) )  e.  O
( 1 ) )
4324, 38, 39, 42o1mul2 12063 . 2  |-  ( ph  ->  ( x  e.  RR+  |->  ( ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) ( ( X `  ( L `  n ) )  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) )  x.  T )  x.  ( 1  /  T
) ) )  e.  O ( 1 ) )
4436, 43eqeltrrd 2333 1  |-  ( ph  ->  ( x  e.  RR+  |->  sum_
n  e.  ( 1 ... ( |_ `  x ) ) ( ( X `  ( L `  n )
)  x.  ( ( mmu `  n )  /  n ) ) )  e.  O ( 1 ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 6    /\ wa 360    = wceq 1619    e. wcel 1621    =/= wne 2421   A.wral 2518    C_ wss 3127   class class class wbr 3997    e. cmpt 4051   ` cfv 4673  (class class class)co 5792   CCcc 8703   RRcr 8704   0cc0 8705   1c1 8706    + caddc 8708    x. cmul 8710    +oocpnf 8832    <_ cle 8836    - cmin 9005    / cdiv 9391   NNcn 9714   ZZcz 9991   RR+crp 10321   [,)cico 10624   ...cfz 10748   |_cfl 10890    seq cseq 11012   abscabs 11684    ~~> cli 11923   O (
1 )co1 11925   sum_csu 12123   Basecbs 13110   0gc0g 13362   ZRHomczrh 16413  ℤ/nczn 16416   mmucmu 20294  DChrcdchr 20433
This theorem is referenced by:  dchrmusum  20635
This theorem was proved from axioms:  ax-1 7  ax-2 8  ax-3 9  ax-mp 10  ax-5 1533  ax-6 1534  ax-7 1535  ax-gen 1536  ax-8 1623  ax-11 1624  ax-13 1625  ax-14 1626  ax-17 1628  ax-12o 1664  ax-10 1678  ax-9 1684  ax-4 1692  ax-16 1927  ax-ext 2239  ax-rep 4105  ax-sep 4115  ax-nul 4123  ax-pow 4160  ax-pr 4186  ax-un 4484  ax-inf2 7310  ax-cnex 8761  ax-resscn 8762  ax-1cn 8763  ax-icn 8764  ax-addcl 8765  ax-addrcl 8766  ax-mulcl 8767  ax-mulrcl 8768  ax-mulcom 8769  ax-addass 8770  ax-mulass 8771  ax-distr 8772  ax-i2m1 8773  ax-1ne0 8774  ax-1rid 8775  ax-rnegex 8776  ax-rrecex 8777  ax-cnre 8778  ax-pre-lttri 8779  ax-pre-lttrn 8780  ax-pre-ltadd 8781  ax-pre-mulgt0 8782  ax-pre-sup 8783  ax-addf 8784  ax-mulf 8785
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3or 940  df-3an 941  df-tru 1315  df-fal 1316  df-ex 1538  df-nf 1540  df-sb 1884  df-eu 2122  df-mo 2123  df-clab 2245  df-cleq 2251  df-clel 2254  df-nfc 2383  df-ne 2423  df-nel 2424  df-ral 2523  df-rex 2524  df-reu 2525  df-rmo 2526  df-rab 2527  df-v 2765  df-sbc 2967  df-csb 3057  df-dif 3130  df-un 3132  df-in 3134  df-ss 3141  df-pss 3143  df-nul 3431  df-if 3540  df-pw 3601  df-sn 3620  df-pr 3621  df-tp 3622  df-op 3623  df-uni 3802  df-int 3837  df-iun 3881  df-iin 3882  df-disj 3968  df-br 3998  df-opab 4052  df-mpt 4053  df-tr 4088  df-eprel 4277  df-id 4281  df-po 4286  df-so 4287  df-fr 4324  df-se 4325  df-we 4326  df-ord 4367  df-on 4368  df-lim 4369  df-suc 4370  df-om 4629  df-xp 4675  df-rel 4676  df-cnv 4677  df-co 4678  df-dm 4679  df-rn 4680  df-res 4681  df-ima 4682  df-fun 4683  df-fn 4684  df-f 4685  df-f1 4686  df-fo 4687  df-f1o 4688  df-fv 4689  df-isom 4690  df-ov 5795  df-oprab 5796  df-mpt2 5797  df-of 6012  df-1st 6056  df-2nd 6057  df-tpos 6168  df-rpss 6211  df-iota 6225  df-riota 6272  df-recs 6356  df-rdg 6391  df-1o 6447  df-2o 6448  df-oadd 6451  df-omul 6452  df-er 6628  df-ec 6630  df-qs 6634  df-map 6742  df-pm 6743  df-ixp 6786  df-en 6832  df-dom 6833  df-sdom 6834  df-fin 6835  df-fi 7133  df-sup 7162  df-oi 7193  df-card 7540  df-acn 7543  df-cda 7762  df-pnf 8837  df-mnf 8838  df-xr 8839  df-ltxr 8840  df-le 8841  df-sub 9007  df-neg 9008  df-div 9392  df-n 9715  df-2 9772  df-3 9773  df-4 9774  df-5 9775  df-6 9776  df-7 9777  df-8 9778  df-9 9779  df-10 9780  df-n0 9933  df-z 9992  df-dec 10092  df-uz 10198  df-q 10284  df-rp 10322  df-xneg 10419  df-xadd 10420  df-xmul 10421  df-ioo 10626  df-ioc 10627  df-ico 10628  df-icc 10629  df-fz 10749  df-fzo 10837  df-fl 10891  df-mod 10940  df-seq 11013  df-exp 11071  df-fac 11255  df-bc 11282  df-hash 11304  df-word 11374  df-concat 11375  df-s1 11376  df-shft 11527  df-cj 11549  df-re 11550  df-im 11551  df-sqr 11685  df-abs 11686  df-limsup 11910  df-clim 11927  df-rlim 11928  df-o1 11929  df-lo1 11930  df-sum 12124  df-ef 12311  df-e 12312  df-sin 12313  df-cos 12314  df-pi 12316  df-divides 12494  df-gcd 12648  df-prime 12721  df-numer 12768  df-denom 12769  df-phi 12796  df-pc 12852  df-struct 13112  df-ndx 13113  df-slot 13114  df-base 13115  df-sets 13116  df-ress 13117  df-plusg 13183  df-mulr 13184  df-starv 13185  df-sca 13186  df-vsca 13187  df-tset 13189  df-ple 13190  df-ds 13192  df-hom 13194  df-cco 13195  df-rest 13289  df-topn 13290  df-topgen 13306  df-pt 13307  df-prds 13310  df-xrs 13365  df-0g 13366  df-gsum 13367  df-qtop 13372  df-imas 13373  df-divs 13374  df-xps 13375  df-mre 13450  df-mrc 13451  df-acs 13453  df-mnd 14329  df-mhm 14377  df-submnd 14378  df-grp 14451  df-minusg 14452  df-sbg 14453  df-mulg 14454  df-subg 14580  df-nsg 14581  df-eqg 14582  df-ghm 14643  df-gim 14685  df-ga 14706  df-cntz 14755  df-oppg 14781  df-od 14806  df-gex 14807  df-pgp 14808  df-lsm 14909  df-pj1 14910  df-cmn 15053  df-abl 15054  df-cyg 15127  df-dprd 15195  df-dpj 15196  df-mgp 15288  df-ring 15302  df-cring 15303  df-ur 15304  df-oppr 15367  df-dvdsr 15385  df-unit 15386  df-invr 15416  df-dvr 15427  df-rnghom 15458  df-drng 15476  df-subrg 15505  df-lmod 15591  df-lss 15652  df-lsp 15691  df-sra 15887  df-rgmod 15888  df-lidl 15889  df-rsp 15890  df-2idl 15946  df-xmet 16335  df-met 16336  df-bl 16337  df-mopn 16338  df-cnfld 16340  df-zrh 16417  df-zn 16420  df-top 16598  df-bases 16600  df-topon 16601  df-topsp 16602  df-cld 16718  df-ntr 16719  df-cls 16720  df-nei 16797  df-lp 16830  df-perf 16831  df-cn 16919  df-cnp 16920  df-haus 17005  df-cmp 17076  df-tx 17219  df-hmeo 17408  df-fbas 17482  df-fg 17483  df-fil 17503  df-fm 17595  df-flim 17596  df-flf 17597  df-xms 17847  df-ms 17848  df-tms 17849  df-cncf 18344  df-0p 18987  df-limc 19178  df-dv 19179  df-ply 19532  df-idp 19533  df-coe 19534  df-dgr 19535  df-quot 19633  df-log 19876  df-cxp 19877  df-em 20249  df-cht 20296  df-vma 20297  df-chp 20298  df-ppi 20299  df-mu 20300  df-dchr 20434
  Copyright terms: Public domain W3C validator