Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dchrisum Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem dchrisum 25226
 Description: If 𝑛 ∈ [𝑀, +∞) ↦ 𝐴(𝑛) is a positive decreasing function approaching zero, then the infinite sum Σ𝑛, 𝑋(𝑛)𝐴(𝑛) is convergent, with the partial sum Σ𝑛 ≤ 𝑥, 𝑋(𝑛)𝐴(𝑛) within 𝑂(𝐴(𝑀)) of the limit 𝑇. Lemma 9.4.1 of [Shapiro], p. 377. (Contributed by Mario Carneiro, 2-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
rpvmasum.z 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑁)
rpvmasum.l 𝐿 = (ℤRHom‘𝑍)
rpvmasum.a (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
rpvmasum.g 𝐺 = (DChr‘𝑁)
rpvmasum.d 𝐷 = (Base‘𝐺)
rpvmasum.1 1 = (0g𝐺)
dchrisum.b (𝜑𝑋𝐷)
dchrisum.n1 (𝜑𝑋1 )
dchrisum.2 (𝑛 = 𝑥𝐴 = 𝐵)
dchrisum.3 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
dchrisum.4 ((𝜑𝑛 ∈ ℝ+) → 𝐴 ∈ ℝ)
dchrisum.5 ((𝜑 ∧ (𝑛 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ+) ∧ (𝑀𝑛𝑛𝑥)) → 𝐵𝐴)
dchrisum.6 (𝜑 → (𝑛 ∈ ℝ+𝐴) ⇝𝑟 0)
dchrisum.7 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑋‘(𝐿𝑛)) · 𝐴))
Assertion
Ref Expression
dchrisum (𝜑 → ∃𝑡𝑐 ∈ (0[,)+∞)(seq1( + , 𝐹) ⇝ 𝑡 ∧ ∀𝑥 ∈ (𝑀[,)+∞)(abs‘((seq1( + , 𝐹)‘(⌊‘𝑥)) − 𝑡)) ≤ (𝑐 · 𝐵)))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑛,𝑐,𝑡, 1   𝐹,𝑐,𝑛,𝑡,𝑥   𝐴,𝑐,𝑡,𝑥   𝑁,𝑐,𝑛,𝑡,𝑥   𝜑,𝑐,𝑛,𝑡,𝑥   𝐵,𝑐,𝑛   𝑛,𝑍,𝑥   𝐷,𝑐,𝑛,𝑡,𝑥   𝐿,𝑐,𝑛,𝑡,𝑥   𝑀,𝑐,𝑛,𝑥   𝑋,𝑐,𝑛,𝑡,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑛)   𝐵(𝑥,𝑡)   𝐺(𝑥,𝑡,𝑛,𝑐)   𝑀(𝑡)   𝑍(𝑡,𝑐)

Proof of Theorem dchrisum
Dummy variables 𝑚 𝑢 𝑖 𝑟 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fzofi 12813 . . 3 (0..^𝑁) ∈ Fin
2 fzofi 12813 . . . . . . 7 (0..^𝑢) ∈ Fin
32a1i 11 . . . . . 6 (𝜑 → (0..^𝑢) ∈ Fin)
4 rpvmasum.g . . . . . . 7 𝐺 = (DChr‘𝑁)
5 rpvmasum.z . . . . . . 7 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑁)
6 rpvmasum.d . . . . . . 7 𝐷 = (Base‘𝐺)
7 rpvmasum.l . . . . . . 7 𝐿 = (ℤRHom‘𝑍)
8 dchrisum.b . . . . . . . 8 (𝜑𝑋𝐷)
98adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑚 ∈ (0..^𝑢)) → 𝑋𝐷)
10 elfzoelz 12509 . . . . . . . 8 (𝑚 ∈ (0..^𝑢) → 𝑚 ∈ ℤ)
1110adantl 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑚 ∈ (0..^𝑢)) → 𝑚 ∈ ℤ)
124, 5, 6, 7, 9, 11dchrzrhcl 25015 . . . . . 6 ((𝜑𝑚 ∈ (0..^𝑢)) → (𝑋‘(𝐿𝑚)) ∈ ℂ)
133, 12fsumcl 14508 . . . . 5 (𝜑 → Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚)) ∈ ℂ)
1413abscld 14219 . . . 4 (𝜑 → (abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ∈ ℝ)
1514ralrimivw 2996 . . 3 (𝜑 → ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ∈ ℝ)
16 fimaxre3 11008 . . 3 (((0..^𝑁) ∈ Fin ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ∈ ℝ) → ∃𝑟 ∈ ℝ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)
171, 15, 16sylancr 696 . 2 (𝜑 → ∃𝑟 ∈ ℝ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)
18 rpvmasum.a . . . 4 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
1918adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) → 𝑁 ∈ ℕ)
20 rpvmasum.1 . . 3 1 = (0g𝐺)
218adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) → 𝑋𝐷)
22 dchrisum.n1 . . . 4 (𝜑𝑋1 )
2322adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) → 𝑋1 )
24 dchrisum.2 . . 3 (𝑛 = 𝑥𝐴 = 𝐵)
25 dchrisum.3 . . . 4 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
2625adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) → 𝑀 ∈ ℕ)
27 dchrisum.4 . . . 4 ((𝜑𝑛 ∈ ℝ+) → 𝐴 ∈ ℝ)
2827adantlr 751 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) ∧ 𝑛 ∈ ℝ+) → 𝐴 ∈ ℝ)
29 dchrisum.5 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑛 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ+) ∧ (𝑀𝑛𝑛𝑥)) → 𝐵𝐴)
30293adant1r 1359 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) ∧ (𝑛 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ+) ∧ (𝑀𝑛𝑛𝑥)) → 𝐵𝐴)
31 dchrisum.6 . . . 4 (𝜑 → (𝑛 ∈ ℝ+𝐴) ⇝𝑟 0)
3231adantr 480 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) → (𝑛 ∈ ℝ+𝐴) ⇝𝑟 0)
33 dchrisum.7 . . 3 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑋‘(𝐿𝑛)) · 𝐴))
34 simprl 809 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) → 𝑟 ∈ ℝ)
35 simprr 811 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) → ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)
36 fveq2 6229 . . . . . . . . . 10 (𝑚 = 𝑛 → (𝐿𝑚) = (𝐿𝑛))
3736fveq2d 6233 . . . . . . . . 9 (𝑚 = 𝑛 → (𝑋‘(𝐿𝑚)) = (𝑋‘(𝐿𝑛)))
3837cbvsumv 14470 . . . . . . . 8 Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚)) = Σ𝑛 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑛))
39 oveq2 6698 . . . . . . . . 9 (𝑢 = 𝑖 → (0..^𝑢) = (0..^𝑖))
4039sumeq1d 14475 . . . . . . . 8 (𝑢 = 𝑖 → Σ𝑛 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑛)) = Σ𝑛 ∈ (0..^𝑖)(𝑋‘(𝐿𝑛)))
4138, 40syl5eq 2697 . . . . . . 7 (𝑢 = 𝑖 → Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚)) = Σ𝑛 ∈ (0..^𝑖)(𝑋‘(𝐿𝑛)))
4241fveq2d 6233 . . . . . 6 (𝑢 = 𝑖 → (abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) = (abs‘Σ𝑛 ∈ (0..^𝑖)(𝑋‘(𝐿𝑛))))
4342breq1d 4695 . . . . 5 (𝑢 = 𝑖 → ((abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟 ↔ (abs‘Σ𝑛 ∈ (0..^𝑖)(𝑋‘(𝐿𝑛))) ≤ 𝑟))
4443cbvralv 3201 . . . 4 (∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟 ↔ ∀𝑖 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑛 ∈ (0..^𝑖)(𝑋‘(𝐿𝑛))) ≤ 𝑟)
4535, 44sylib 208 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) → ∀𝑖 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑛 ∈ (0..^𝑖)(𝑋‘(𝐿𝑛))) ≤ 𝑟)
465, 7, 19, 4, 6, 20, 21, 23, 24, 26, 28, 30, 32, 33, 34, 45dchrisumlem3 25225 . 2 ((𝜑 ∧ (𝑟 ∈ ℝ ∧ ∀𝑢 ∈ (0..^𝑁)(abs‘Σ𝑚 ∈ (0..^𝑢)(𝑋‘(𝐿𝑚))) ≤ 𝑟)) → ∃𝑡𝑐 ∈ (0[,)+∞)(seq1( + , 𝐹) ⇝ 𝑡 ∧ ∀𝑥 ∈ (𝑀[,)+∞)(abs‘((seq1( + , 𝐹)‘(⌊‘𝑥)) − 𝑡)) ≤ (𝑐 · 𝐵)))
4717, 46rexlimddv 3064 1 (𝜑 → ∃𝑡𝑐 ∈ (0[,)+∞)(seq1( + , 𝐹) ⇝ 𝑡 ∧ ∀𝑥 ∈ (𝑀[,)+∞)(abs‘((seq1( + , 𝐹)‘(⌊‘𝑥)) − 𝑡)) ≤ (𝑐 · 𝐵)))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 383   ∧ w3a 1054   = wceq 1523  ∃wex 1744   ∈ wcel 2030   ≠ wne 2823  ∀wral 2941  ∃wrex 2942   class class class wbr 4685   ↦ cmpt 4762  ‘cfv 5926  (class class class)co 6690  Fincfn 7997  ℝcr 9973  0cc0 9974  1c1 9975   + caddc 9977   · cmul 9979  +∞cpnf 10109   ≤ cle 10113   − cmin 10304  ℕcn 11058  ℤcz 11415  ℝ+crp 11870  [,)cico 12215  ..^cfzo 12504  ⌊cfl 12631  seqcseq 12841  abscabs 14018   ⇝ cli 14259   ⇝𝑟 crli 14260  Σcsu 14460  Basecbs 15904  0gc0g 16147  ℤRHomczrh 19896  ℤ/nℤczn 19899  DChrcdchr 25002 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-inf2 8576  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052  ax-addf 10053  ax-mulf 10054 This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-fal 1529  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-se 5103  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-isom 5935  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-of 6939  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-tpos 7397  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-oadd 7609  df-er 7787  df-ec 7789  df-qs 7793  df-map 7901  df-pm 7902  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-sup 8389  df-inf 8390  df-oi 8456  df-card 8803  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-4 11119  df-5 11120  df-6 11121  df-7 11122  df-8 11123  df-9 11124  df-n0 11331  df-xnn0 11402  df-z 11416  df-dec 11532  df-uz 11726  df-rp 11871  df-ico 12219  df-fz 12365  df-fzo 12505  df-fl 12633  df-mod 12709  df-seq 12842  df-exp 12901  df-hash 13158  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-limsup 14246  df-clim 14263  df-rlim 14264  df-sum 14461  df-dvds 15028  df-gcd 15264  df-phi 15518  df-struct 15906  df-ndx 15907  df-slot 15908  df-base 15910  df-sets 15911  df-ress 15912  df-plusg 16001  df-mulr 16002  df-starv 16003  df-sca 16004  df-vsca 16005  df-ip 16006  df-tset 16007  df-ple 16008  df-ds 16011  df-unif 16012  df-0g 16149  df-imas 16215  df-qus 16216  df-mgm 17289  df-sgrp 17331  df-mnd 17342  df-mhm 17382  df-grp 17472  df-minusg 17473  df-sbg 17474  df-mulg 17588  df-subg 17638  df-nsg 17639  df-eqg 17640  df-ghm 17705  df-cmn 18241  df-abl 18242  df-mgp 18536  df-ur 18548  df-ring 18595  df-cring 18596  df-oppr 18669  df-dvdsr 18687  df-unit 18688  df-invr 18718  df-rnghom 18763  df-subrg 18826  df-lmod 18913  df-lss 18981  df-lsp 19020  df-sra 19220  df-rgmod 19221  df-lidl 19222  df-rsp 19223  df-2idl 19280  df-cnfld 19795  df-zring 19867  df-zrh 19900  df-zn 19903  df-dchr 25003 This theorem is referenced by:  dchrmusumlema  25227  dchrvmasumlema  25234  dchrisum0lema  25248
 Copyright terms: Public domain W3C validator