Theorem emcllem4 25575

Description: Lemma for emcl 25579. The difference between series 𝐹 and 𝐺 tends to zero. (Contributed by Mario Carneiro, 11-Jul-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
emcl.1	⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (Σ𝑚 ∈ (1...𝑛)(1 / 𝑚) − (log‘𝑛)))
emcl.2	⊢ 𝐺 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (Σ𝑚 ∈ (1...𝑛)(1 / 𝑚) − (log‘(𝑛 + 1))))
emcl.3	⊢ 𝐻 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (log‘(1 + (1 / 𝑛))))

Assertion

Ref	Expression
emcllem4	⊢ 𝐻 ⇝ 0

Distinct variable groups:   𝑚,𝐻   𝑚,𝑛

Allowed substitution hints:   𝐹(𝑚,𝑛)   𝐺(𝑚,𝑛)   𝐻(𝑛)

Proof of Theorem emcllem4

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nnuz 12280	. . 3 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
2		1zzd 12012	. . 3 ⊢ (⊤ → 1 ∈ ℤ)
3		ax-1cn 10594	. . . 4 ⊢ 1 ∈ ℂ
4		divcnv 15207	. . . 4 ⊢ (1 ∈ ℂ → (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛)) ⇝ 0)
5	3, 4	mp1i 13	. . 3 ⊢ (⊤ → (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛)) ⇝ 0)
6		emcl.3	. . . . 5 ⊢ 𝐻 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (log‘(1 + (1 / 𝑛))))
7		nnex 11643	. . . . . 6 ⊢ ℕ ∈ V
8	7	mptex 6985	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ ↦ (log‘(1 + (1 / 𝑛)))) ∈ V
9	6, 8	eqeltri 2909	. . . 4 ⊢ 𝐻 ∈ V
10	9	a1i 11	. . 3 ⊢ (⊤ → 𝐻 ∈ V)
11		oveq2 7163	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (1 / 𝑛) = (1 / 𝑚))
12		eqid 2821	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛))
13		ovex 7188	. . . . . 6 ⊢ (1 / 𝑚) ∈ V
14	11, 12, 13	fvmpt 6767	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛))‘𝑚) = (1 / 𝑚))
15	14	adantl 484	. . . 4 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛))‘𝑚) = (1 / 𝑚))
16		nnrecre 11678	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → (1 / 𝑚) ∈ ℝ)
17	16	adantl 484	. . . 4 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (1 / 𝑚) ∈ ℝ)
18	15, 17	eqeltrd 2913	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛))‘𝑚) ∈ ℝ)
19	11	oveq2d 7171	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (1 + (1 / 𝑛)) = (1 + (1 / 𝑚)))
20	19	fveq2d 6673	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (log‘(1 + (1 / 𝑛))) = (log‘(1 + (1 / 𝑚))))
21		fvex 6682	. . . . . . 7 ⊢ (log‘(1 + (1 / 𝑚))) ∈ V
22	20, 6, 21	fvmpt 6767	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → (𝐻‘𝑚) = (log‘(1 + (1 / 𝑚))))
23	22	adantl 484	. . . . 5 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐻‘𝑚) = (log‘(1 + (1 / 𝑚))))
24		1rp 12392	. . . . . . . 8 ⊢ 1 ∈ ℝ+
25		nnrp 12399	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℝ+)
26	25	adantl 484	. . . . . . . . 9 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℝ+)
27	26	rpreccld 12440	. . . . . . . 8 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (1 / 𝑚) ∈ ℝ+)
28		rpaddcl 12410	. . . . . . . 8 ⊢ ((1 ∈ ℝ+ ∧ (1 / 𝑚) ∈ ℝ+) → (1 + (1 / 𝑚)) ∈ ℝ+)
29	24, 27, 28	sylancr 589	. . . . . . 7 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (1 + (1 / 𝑚)) ∈ ℝ+)
30	29	rpred 12430	. . . . . 6 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (1 + (1 / 𝑚)) ∈ ℝ)
31		1re 10640	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℝ
32		ltaddrp 12425	. . . . . . 7 ⊢ ((1 ∈ ℝ ∧ (1 / 𝑚) ∈ ℝ+) → 1 < (1 + (1 / 𝑚)))
33	31, 27, 32	sylancr 589	. . . . . 6 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 1 < (1 + (1 / 𝑚)))
34	30, 33	rplogcld 25211	. . . . 5 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (log‘(1 + (1 / 𝑚))) ∈ ℝ+)
35	23, 34	eqeltrd 2913	. . . 4 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐻‘𝑚) ∈ ℝ+)
36	35	rpred 12430	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐻‘𝑚) ∈ ℝ)
37	29	relogcld 25205	. . . . 5 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (log‘(1 + (1 / 𝑚))) ∈ ℝ)
38		efgt1p 15467	. . . . . . . 8 ⊢ ((1 / 𝑚) ∈ ℝ+ → (1 + (1 / 𝑚)) < (exp‘(1 / 𝑚)))
39	27, 38	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (1 + (1 / 𝑚)) < (exp‘(1 / 𝑚)))
40	17	rpefcld 15457	. . . . . . . 8 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (exp‘(1 / 𝑚)) ∈ ℝ+)
41		logltb 25182	. . . . . . . 8 ⊢ (((1 + (1 / 𝑚)) ∈ ℝ+ ∧ (exp‘(1 / 𝑚)) ∈ ℝ+) → ((1 + (1 / 𝑚)) < (exp‘(1 / 𝑚)) ↔ (log‘(1 + (1 / 𝑚))) < (log‘(exp‘(1 / 𝑚)))))
42	29, 40, 41	syl2anc 586	. . . . . . 7 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((1 + (1 / 𝑚)) < (exp‘(1 / 𝑚)) ↔ (log‘(1 + (1 / 𝑚))) < (log‘(exp‘(1 / 𝑚)))))
43	39, 42	mpbid 234	. . . . . 6 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (log‘(1 + (1 / 𝑚))) < (log‘(exp‘(1 / 𝑚))))
44	17	relogefd 25210	. . . . . 6 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (log‘(exp‘(1 / 𝑚))) = (1 / 𝑚))
45	43, 44	breqtrd 5091	. . . . 5 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (log‘(1 + (1 / 𝑚))) < (1 / 𝑚))
46	37, 17, 45	ltled 10787	. . . 4 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (log‘(1 + (1 / 𝑚))) ≤ (1 / 𝑚))
47	46, 23, 15	3brtr4d 5097	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐻‘𝑚) ≤ ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛))‘𝑚))
48	35	rpge0d 12434	. . 3 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐻‘𝑚))
49	1, 2, 5, 10, 18, 36, 47, 48	climsqz2 14997	. 2 ⊢ (⊤ → 𝐻 ⇝ 0)
50	49	mptru 1540	1 ⊢ 𝐻 ⇝ 0

Syntax hints:   ↔ wb 208   ∧ wa 398   = wceq 1533  ⊤wtru 1534   ∈ wcel 2110  Vcvv 3494   class class class wbr 5065   ↦ cmpt 5145  ‘cfv 6354  (class class class)co 7155  ℂcc 10534  ℝcr 10535  0cc0 10536  1c1 10537   + caddc 10539   < clt 10674   ≤ cle 10675   − cmin 10869   / cdiv 11296  ℕcn 11637  ℝ⁺crp 12388  ...cfz 12891   ⇝ cli 14840  Σcsu 15041  expce 15414  logclog 25137

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1907  ax-6 1966  ax-7 2011  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2173  ax-ext 2793  ax-rep 5189  ax-sep 5202  ax-nul 5209  ax-pow 5265  ax-pr 5329  ax-un 7460  ax-inf2 9103  ax-cnex 10592  ax-resscn 10593  ax-1cn 10594  ax-icn 10595  ax-addcl 10596  ax-addrcl 10597  ax-mulcl 10598  ax-mulrcl 10599  ax-mulcom 10600  ax-addass 10601  ax-mulass 10602  ax-distr 10603  ax-i2m1 10604  ax-1ne0 10605  ax-1rid 10606  ax-rnegex 10607  ax-rrecex 10608  ax-cnre 10609  ax-pre-lttri 10610  ax-pre-lttrn 10611  ax-pre-ltadd 10612  ax-pre-mulgt0 10613  ax-pre-sup 10614  ax-addf 10615  ax-mulf 10616

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2066  df-mo 2618  df-eu 2650  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3496  df-sbc 3772  df-csb 3883  df-dif 3938  df-un 3940  df-in 3942  df-ss 3951  df-pss 3953  df-nul 4291  df-if 4467  df-pw 4540  df-sn 4567  df-pr 4569  df-tp 4571  df-op 4573  df-uni 4838  df-int 4876  df-iun 4920  df-iin 4921  df-br 5066  df-opab 5128  df-mpt 5146  df-tr 5172  df-id 5459  df-eprel 5464  df-po 5473  df-so 5474  df-fr 5513  df-se 5514  df-we 5515  df-xp 5560  df-rel 5561  df-cnv 5562  df-co 5563  df-dm 5564  df-rn 5565  df-res 5566  df-ima 5567  df-pred 6147  df-ord 6193  df-on 6194  df-lim 6195  df-suc 6196  df-iota 6313  df-fun 6356  df-fn 6357  df-f 6358  df-f1 6359  df-fo 6360  df-f1o 6361  df-fv 6362  df-isom 6363  df-riota 7113  df-ov 7158  df-oprab 7159  df-mpo 7160  df-of 7408  df-om 7580  df-1st 7688  df-2nd 7689  df-supp 7830  df-wrecs 7946  df-recs 8007  df-rdg 8045  df-1o 8101  df-2o 8102  df-oadd 8105  df-er 8288  df-map 8407  df-pm 8408  df-ixp 8461  df-en 8509  df-dom 8510  df-sdom 8511  df-fin 8512  df-fsupp 8833  df-fi 8874  df-sup 8905  df-inf 8906  df-oi 8973  df-card 9367  df-pnf 10676  df-mnf 10677  df-xr 10678  df-ltxr 10679  df-le 10680  df-sub 10871  df-neg 10872  df-div 11297  df-nn 11638  df-2 11699  df-3 11700  df-4 11701  df-5 11702  df-6 11703  df-7 11704  df-8 11705  df-9 11706  df-n0 11897  df-z 11981  df-dec 12098  df-uz 12243  df-q 12348  df-rp 12389  df-xneg 12506  df-xadd 12507  df-xmul 12508  df-ioo 12741  df-ioc 12742  df-ico 12743  df-icc 12744  df-fz 12892  df-fzo 13033  df-fl 13161  df-mod 13237  df-seq 13369  df-exp 13429  df-fac 13633  df-bc 13662  df-hash 13690  df-shft 14425  df-cj 14457  df-re 14458  df-im 14459  df-sqrt 14593  df-abs 14594  df-limsup 14827  df-clim 14844  df-rlim 14845  df-sum 15042  df-ef 15420  df-sin 15422  df-cos 15423  df-pi 15425  df-struct 16484  df-ndx 16485  df-slot 16486  df-base 16488  df-sets 16489  df-ress 16490  df-plusg 16577  df-mulr 16578  df-starv 16579  df-sca 16580  df-vsca 16581  df-ip 16582  df-tset 16583  df-ple 16584  df-ds 16586  df-unif 16587  df-hom 16588  df-cco 16589  df-rest 16695  df-topn 16696  df-0g 16714  df-gsum 16715  df-topgen 16716  df-pt 16717  df-prds 16720  df-xrs 16774  df-qtop 16779  df-imas 16780  df-xps 16782  df-mre 16856  df-mrc 16857  df-acs 16859  df-mgm 17851  df-sgrp 17900  df-mnd 17911  df-submnd 17956  df-mulg 18224  df-cntz 18446  df-cmn 18907  df-psmet 20536  df-xmet 20537  df-met 20538  df-bl 20539  df-mopn 20540  df-fbas 20541  df-fg 20542  df-cnfld 20545  df-top 21501  df-topon 21518  df-topsp 21540  df-bases 21553  df-cld 21626  df-ntr 21627  df-cls 21628  df-nei 21705  df-lp 21743  df-perf 21744  df-cn 21834  df-cnp 21835  df-haus 21922  df-tx 22169  df-hmeo 22362  df-fil 22453  df-fm 22545  df-flim 22546  df-flf 22547  df-xms 22929  df-ms 22930  df-tms 22931  df-cncf 23485  df-limc 24463  df-dv 24464  df-log 25139

This theorem is referenced by:  emcllem6  25577