MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  divsqrtsumo1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem divsqrtsumo1 24610
Description: The sum Σ𝑛𝑥(1 / √𝑛) has the asymptotic expansion 2√𝑥 + 𝐿 + 𝑂(1 / √𝑥), for some 𝐿. (Contributed by Mario Carneiro, 10-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
divsqrtsum.2 𝐹 = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(1 / (√‘𝑛)) − (2 · (√‘𝑥))))
divsqrsum2.1 (𝜑𝐹𝑟 𝐿)
Assertion
Ref Expression
divsqrtsumo1 (𝜑 → (𝑦 ∈ ℝ+ ↦ (((𝐹𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) ∈ 𝑂(1))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦   𝑦,𝐹   𝑦,𝐿   𝑦,𝑛,𝜑   𝑥,𝑛
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥)   𝐹(𝑥,𝑛)   𝐿(𝑥,𝑛)

Proof of Theorem divsqrtsumo1
StepHypRef Expression
1 rpssre 11787 . . 3 + ⊆ ℝ
21a1i 11 . 2 (𝜑 → ℝ+ ⊆ ℝ)
3 divsqrtsum.2 . . . . . . 7 𝐹 = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(1 / (√‘𝑛)) − (2 · (√‘𝑥))))
43divsqrsumf 24607 . . . . . 6 𝐹:ℝ+⟶ℝ
54ffvelrni 6314 . . . . 5 (𝑦 ∈ ℝ+ → (𝐹𝑦) ∈ ℝ)
6 rpsup 12605 . . . . . . 7 sup(ℝ+, ℝ*, < ) = +∞
76a1i 11 . . . . . 6 (𝜑 → sup(ℝ+, ℝ*, < ) = +∞)
84a1i 11 . . . . . . . 8 (𝜑𝐹:ℝ+⟶ℝ)
98feqmptd 6206 . . . . . . 7 (𝜑𝐹 = (𝑦 ∈ ℝ+ ↦ (𝐹𝑦)))
10 divsqrsum2.1 . . . . . . 7 (𝜑𝐹𝑟 𝐿)
119, 10eqbrtrrd 4637 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑦 ∈ ℝ+ ↦ (𝐹𝑦)) ⇝𝑟 𝐿)
125adantl 482 . . . . . 6 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (𝐹𝑦) ∈ ℝ)
137, 11, 12rlimrecl 14245 . . . . 5 (𝜑𝐿 ∈ ℝ)
14 resubcl 10289 . . . . 5 (((𝐹𝑦) ∈ ℝ ∧ 𝐿 ∈ ℝ) → ((𝐹𝑦) − 𝐿) ∈ ℝ)
155, 13, 14syl2anr 495 . . . 4 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ((𝐹𝑦) − 𝐿) ∈ ℝ)
1615recnd 10012 . . 3 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ((𝐹𝑦) − 𝐿) ∈ ℂ)
17 rpsqrtcl 13939 . . . . 5 (𝑦 ∈ ℝ+ → (√‘𝑦) ∈ ℝ+)
1817adantl 482 . . . 4 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (√‘𝑦) ∈ ℝ+)
1918rpcnd 11818 . . 3 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (√‘𝑦) ∈ ℂ)
2016, 19mulcld 10004 . 2 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (((𝐹𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦)) ∈ ℂ)
21 1red 9999 . 2 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
2216, 19absmuld 14127 . . . . 5 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘(((𝐹𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) = ((abs‘((𝐹𝑦) − 𝐿)) · (abs‘(√‘𝑦))))
2318rprege0d 11823 . . . . . . 7 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ((√‘𝑦) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (√‘𝑦)))
24 absid 13970 . . . . . . 7 (((√‘𝑦) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (√‘𝑦)) → (abs‘(√‘𝑦)) = (√‘𝑦))
2523, 24syl 17 . . . . . 6 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘(√‘𝑦)) = (√‘𝑦))
2625oveq2d 6620 . . . . 5 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ((abs‘((𝐹𝑦) − 𝐿)) · (abs‘(√‘𝑦))) = ((abs‘((𝐹𝑦) − 𝐿)) · (√‘𝑦)))
2722, 26eqtrd 2655 . . . 4 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘(((𝐹𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) = ((abs‘((𝐹𝑦) − 𝐿)) · (√‘𝑦)))
283, 10divsqrtsum2 24609 . . . . 5 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘((𝐹𝑦) − 𝐿)) ≤ (1 / (√‘𝑦)))
2916abscld 14109 . . . . . 6 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘((𝐹𝑦) − 𝐿)) ∈ ℝ)
30 1red 9999 . . . . . 6 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → 1 ∈ ℝ)
3129, 30, 18lemuldivd 11865 . . . . 5 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (((abs‘((𝐹𝑦) − 𝐿)) · (√‘𝑦)) ≤ 1 ↔ (abs‘((𝐹𝑦) − 𝐿)) ≤ (1 / (√‘𝑦))))
3228, 31mpbird 247 . . . 4 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → ((abs‘((𝐹𝑦) − 𝐿)) · (√‘𝑦)) ≤ 1)
3327, 32eqbrtrd 4635 . . 3 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘(((𝐹𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) ≤ 1)
3433adantrr 752 . 2 ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 1 ≤ 𝑦)) → (abs‘(((𝐹𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) ≤ 1)
352, 20, 21, 21, 34elo1d 14201 1 (𝜑 → (𝑦 ∈ ℝ+ ↦ (((𝐹𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) ∈ 𝑂(1))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 384   = wceq 1480  wcel 1987  wss 3555   class class class wbr 4613  cmpt 4673  wf 5843  cfv 5847  (class class class)co 6604  supcsup 8290  cr 9879  0cc0 9880  1c1 9881   · cmul 9885  +∞cpnf 10015  *cxr 10017   < clt 10018  cle 10019  cmin 10210   / cdiv 10628  2c2 11014  +crp 11776  ...cfz 12268  cfl 12531  csqrt 13907  abscabs 13908  𝑟 crli 14150  𝑂(1)co1 14151  Σcsu 14350
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-rep 4731  ax-sep 4741  ax-nul 4749  ax-pow 4803  ax-pr 4867  ax-un 6902  ax-inf2 8482  ax-cnex 9936  ax-resscn 9937  ax-1cn 9938  ax-icn 9939  ax-addcl 9940  ax-addrcl 9941  ax-mulcl 9942  ax-mulrcl 9943  ax-mulcom 9944  ax-addass 9945  ax-mulass 9946  ax-distr 9947  ax-i2m1 9948  ax-1ne0 9949  ax-1rid 9950  ax-rnegex 9951  ax-rrecex 9952  ax-cnre 9953  ax-pre-lttri 9954  ax-pre-lttrn 9955  ax-pre-ltadd 9956  ax-pre-mulgt0 9957  ax-pre-sup 9958  ax-addf 9959  ax-mulf 9960
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1483  df-fal 1486  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-nel 2894  df-ral 2912  df-rex 2913  df-reu 2914  df-rmo 2915  df-rab 2916  df-v 3188  df-sbc 3418  df-csb 3515  df-dif 3558  df-un 3560  df-in 3562  df-ss 3569  df-pss 3571  df-nul 3892  df-if 4059  df-pw 4132  df-sn 4149  df-pr 4151  df-tp 4153  df-op 4155  df-uni 4403  df-int 4441  df-iun 4487  df-iin 4488  df-br 4614  df-opab 4674  df-mpt 4675  df-tr 4713  df-eprel 4985  df-id 4989  df-po 4995  df-so 4996  df-fr 5033  df-se 5034  df-we 5035  df-xp 5080  df-rel 5081  df-cnv 5082  df-co 5083  df-dm 5084  df-rn 5085  df-res 5086  df-ima 5087  df-pred 5639  df-ord 5685  df-on 5686  df-lim 5687  df-suc 5688  df-iota 5810  df-fun 5849  df-fn 5850  df-f 5851  df-f1 5852  df-fo 5853  df-f1o 5854  df-fv 5855  df-isom 5856  df-riota 6565  df-ov 6607  df-oprab 6608  df-mpt2 6609  df-of 6850  df-om 7013  df-1st 7113  df-2nd 7114  df-supp 7241  df-wrecs 7352  df-recs 7413  df-rdg 7451  df-1o 7505  df-2o 7506  df-oadd 7509  df-er 7687  df-map 7804  df-pm 7805  df-ixp 7853  df-en 7900  df-dom 7901  df-sdom 7902  df-fin 7903  df-fsupp 8220  df-fi 8261  df-sup 8292  df-inf 8293  df-oi 8359  df-card 8709  df-cda 8934  df-pnf 10020  df-mnf 10021  df-xr 10022  df-ltxr 10023  df-le 10024  df-sub 10212  df-neg 10213  df-div 10629  df-nn 10965  df-2 11023  df-3 11024  df-4 11025  df-5 11026  df-6 11027  df-7 11028  df-8 11029  df-9 11030  df-n0 11237  df-z 11322  df-dec 11438  df-uz 11632  df-q 11733  df-rp 11777  df-xneg 11890  df-xadd 11891  df-xmul 11892  df-ioo 12121  df-ioc 12122  df-ico 12123  df-icc 12124  df-fz 12269  df-fzo 12407  df-fl 12533  df-mod 12609  df-seq 12742  df-exp 12801  df-fac 13001  df-bc 13030  df-hash 13058  df-shft 13741  df-cj 13773  df-re 13774  df-im 13775  df-sqrt 13909  df-abs 13910  df-limsup 14136  df-clim 14153  df-rlim 14154  df-o1 14155  df-lo1 14156  df-sum 14351  df-ef 14723  df-sin 14725  df-cos 14726  df-pi 14728  df-struct 15783  df-ndx 15784  df-slot 15785  df-base 15786  df-sets 15787  df-ress 15788  df-plusg 15875  df-mulr 15876  df-starv 15877  df-sca 15878  df-vsca 15879  df-ip 15880  df-tset 15881  df-ple 15882  df-ds 15885  df-unif 15886  df-hom 15887  df-cco 15888  df-rest 16004  df-topn 16005  df-0g 16023  df-gsum 16024  df-topgen 16025  df-pt 16026  df-prds 16029  df-xrs 16083  df-qtop 16088  df-imas 16089  df-xps 16091  df-mre 16167  df-mrc 16168  df-acs 16170  df-mgm 17163  df-sgrp 17205  df-mnd 17216  df-submnd 17257  df-mulg 17462  df-cntz 17671  df-cmn 18116  df-psmet 19657  df-xmet 19658  df-met 19659  df-bl 19660  df-mopn 19661  df-fbas 19662  df-fg 19663  df-cnfld 19666  df-top 20621  df-bases 20622  df-topon 20623  df-topsp 20624  df-cld 20733  df-ntr 20734  df-cls 20735  df-nei 20812  df-lp 20850  df-perf 20851  df-cn 20941  df-cnp 20942  df-haus 21029  df-cmp 21100  df-tx 21275  df-hmeo 21468  df-fil 21560  df-fm 21652  df-flim 21653  df-flf 21654  df-xms 22035  df-ms 22036  df-tms 22037  df-cncf 22589  df-limc 23536  df-dv 23537  df-log 24207  df-cxp 24208
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator