MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  radcnvlt1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem radcnvlt1 24367
Description: If 𝑋 is within the open disk of radius 𝑅 centered at zero, then the infinite series converges absolutely at 𝑋, and also converges when the series is multiplied by 𝑛. (Contributed by Mario Carneiro, 26-Feb-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
pser.g 𝐺 = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐴𝑛) · (𝑥𝑛))))
radcnv.a (𝜑𝐴:ℕ0⟶ℂ)
radcnv.r 𝑅 = sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < )
radcnvlt.x (𝜑𝑋 ∈ ℂ)
radcnvlt.a (𝜑 → (abs‘𝑋) < 𝑅)
radcnvlt1.h 𝐻 = (𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑚 · (abs‘((𝐺𝑋)‘𝑚))))
Assertion
Ref Expression
radcnvlt1 (𝜑 → (seq0( + , 𝐻) ∈ dom ⇝ ∧ seq0( + , (abs ∘ (𝐺𝑋))) ∈ dom ⇝ ))
Distinct variable groups:   𝑚,𝑛,𝑥,𝐴   𝑚,𝐻   𝜑,𝑚   𝑚,𝑋   𝑚,𝑟,𝐺
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑛,𝑟)   𝐴(𝑟)   𝑅(𝑥,𝑚,𝑛,𝑟)   𝐺(𝑥,𝑛)   𝐻(𝑥,𝑛,𝑟)   𝑋(𝑥,𝑛,𝑟)

Proof of Theorem radcnvlt1
Dummy variable 𝑠 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 radcnvlt.a . . . . 5 (𝜑 → (abs‘𝑋) < 𝑅)
2 ressxr 10271 . . . . . . 7 ℝ ⊆ ℝ*
3 radcnvlt.x . . . . . . . 8 (𝜑𝑋 ∈ ℂ)
43abscld 14370 . . . . . . 7 (𝜑 → (abs‘𝑋) ∈ ℝ)
52, 4sseldi 3738 . . . . . 6 (𝜑 → (abs‘𝑋) ∈ ℝ*)
6 iccssxr 12445 . . . . . . 7 (0[,]+∞) ⊆ ℝ*
7 pser.g . . . . . . . 8 𝐺 = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐴𝑛) · (𝑥𝑛))))
8 radcnv.a . . . . . . . 8 (𝜑𝐴:ℕ0⟶ℂ)
9 radcnv.r . . . . . . . 8 𝑅 = sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < )
107, 8, 9radcnvcl 24366 . . . . . . 7 (𝜑𝑅 ∈ (0[,]+∞))
116, 10sseldi 3738 . . . . . 6 (𝜑𝑅 ∈ ℝ*)
12 xrltnle 10293 . . . . . 6 (((abs‘𝑋) ∈ ℝ*𝑅 ∈ ℝ*) → ((abs‘𝑋) < 𝑅 ↔ ¬ 𝑅 ≤ (abs‘𝑋)))
135, 11, 12syl2anc 696 . . . . 5 (𝜑 → ((abs‘𝑋) < 𝑅 ↔ ¬ 𝑅 ≤ (abs‘𝑋)))
141, 13mpbid 222 . . . 4 (𝜑 → ¬ 𝑅 ≤ (abs‘𝑋))
159breq1i 4807 . . . . . 6 (𝑅 ≤ (abs‘𝑋) ↔ sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < ) ≤ (abs‘𝑋))
16 ssrab2 3824 . . . . . . . 8 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ
1716, 2sstri 3749 . . . . . . 7 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ*
18 supxrleub 12345 . . . . . . 7 (({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ* ∧ (abs‘𝑋) ∈ ℝ*) → (sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < ) ≤ (abs‘𝑋) ↔ ∀𝑠 ∈ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }𝑠 ≤ (abs‘𝑋)))
1917, 5, 18sylancr 698 . . . . . 6 (𝜑 → (sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < ) ≤ (abs‘𝑋) ↔ ∀𝑠 ∈ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }𝑠 ≤ (abs‘𝑋)))
2015, 19syl5bb 272 . . . . 5 (𝜑 → (𝑅 ≤ (abs‘𝑋) ↔ ∀𝑠 ∈ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }𝑠 ≤ (abs‘𝑋)))
21 fveq2 6348 . . . . . . . 8 (𝑟 = 𝑠 → (𝐺𝑟) = (𝐺𝑠))
2221seqeq3d 12999 . . . . . . 7 (𝑟 = 𝑠 → seq0( + , (𝐺𝑟)) = seq0( + , (𝐺𝑠)))
2322eleq1d 2820 . . . . . 6 (𝑟 = 𝑠 → (seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ ↔ seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ))
2423ralrab 3505 . . . . 5 (∀𝑠 ∈ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }𝑠 ≤ (abs‘𝑋) ↔ ∀𝑠 ∈ ℝ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ → 𝑠 ≤ (abs‘𝑋)))
2520, 24syl6bb 276 . . . 4 (𝜑 → (𝑅 ≤ (abs‘𝑋) ↔ ∀𝑠 ∈ ℝ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ → 𝑠 ≤ (abs‘𝑋))))
2614, 25mtbid 313 . . 3 (𝜑 → ¬ ∀𝑠 ∈ ℝ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ → 𝑠 ≤ (abs‘𝑋)))
27 rexanali 3132 . . 3 (∃𝑠 ∈ ℝ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ ¬ 𝑠 ≤ (abs‘𝑋)) ↔ ¬ ∀𝑠 ∈ ℝ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ → 𝑠 ≤ (abs‘𝑋)))
2826, 27sylibr 224 . 2 (𝜑 → ∃𝑠 ∈ ℝ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ ¬ 𝑠 ≤ (abs‘𝑋)))
29 ltnle 10305 . . . . . . 7 (((abs‘𝑋) ∈ ℝ ∧ 𝑠 ∈ ℝ) → ((abs‘𝑋) < 𝑠 ↔ ¬ 𝑠 ≤ (abs‘𝑋)))
304, 29sylan 489 . . . . . 6 ((𝜑𝑠 ∈ ℝ) → ((abs‘𝑋) < 𝑠 ↔ ¬ 𝑠 ≤ (abs‘𝑋)))
3130adantr 472 . . . . 5 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ) → ((abs‘𝑋) < 𝑠 ↔ ¬ 𝑠 ≤ (abs‘𝑋)))
328ad2antrr 764 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → 𝐴:ℕ0⟶ℂ)
333ad2antrr 764 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → 𝑋 ∈ ℂ)
34 simplr 809 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → 𝑠 ∈ ℝ)
3534recnd 10256 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → 𝑠 ∈ ℂ)
36 simprr 813 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → (abs‘𝑋) < 𝑠)
37 0red 10229 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → 0 ∈ ℝ)
3833abscld 14370 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → (abs‘𝑋) ∈ ℝ)
3933absge0d 14378 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → 0 ≤ (abs‘𝑋))
4037, 38, 34, 39, 36lelttrd 10383 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → 0 < 𝑠)
4137, 34, 40ltled 10373 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → 0 ≤ 𝑠)
4234, 41absidd 14356 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → (abs‘𝑠) = 𝑠)
4336, 42breqtrrd 4828 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → (abs‘𝑋) < (abs‘𝑠))
44 simprl 811 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ )
45 radcnvlt1.h . . . . . . . 8 𝐻 = (𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑚 · (abs‘((𝐺𝑋)‘𝑚))))
467, 32, 33, 35, 43, 44, 45radcnvlem1 24362 . . . . . . 7 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → seq0( + , 𝐻) ∈ dom ⇝ )
477, 32, 33, 35, 43, 44radcnvlem2 24363 . . . . . . 7 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → seq0( + , (abs ∘ (𝐺𝑋))) ∈ dom ⇝ )
4846, 47jca 555 . . . . . 6 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ (abs‘𝑋) < 𝑠)) → (seq0( + , 𝐻) ∈ dom ⇝ ∧ seq0( + , (abs ∘ (𝐺𝑋))) ∈ dom ⇝ ))
4948expr 644 . . . . 5 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ) → ((abs‘𝑋) < 𝑠 → (seq0( + , 𝐻) ∈ dom ⇝ ∧ seq0( + , (abs ∘ (𝐺𝑋))) ∈ dom ⇝ )))
5031, 49sylbird 250 . . . 4 (((𝜑𝑠 ∈ ℝ) ∧ seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ) → (¬ 𝑠 ≤ (abs‘𝑋) → (seq0( + , 𝐻) ∈ dom ⇝ ∧ seq0( + , (abs ∘ (𝐺𝑋))) ∈ dom ⇝ )))
5150expimpd 630 . . 3 ((𝜑𝑠 ∈ ℝ) → ((seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ ¬ 𝑠 ≤ (abs‘𝑋)) → (seq0( + , 𝐻) ∈ dom ⇝ ∧ seq0( + , (abs ∘ (𝐺𝑋))) ∈ dom ⇝ )))
5251rexlimdva 3165 . 2 (𝜑 → (∃𝑠 ∈ ℝ (seq0( + , (𝐺𝑠)) ∈ dom ⇝ ∧ ¬ 𝑠 ≤ (abs‘𝑋)) → (seq0( + , 𝐻) ∈ dom ⇝ ∧ seq0( + , (abs ∘ (𝐺𝑋))) ∈ dom ⇝ )))
5328, 52mpd 15 1 (𝜑 → (seq0( + , 𝐻) ∈ dom ⇝ ∧ seq0( + , (abs ∘ (𝐺𝑋))) ∈ dom ⇝ ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wb 196  wa 383   = wceq 1628  wcel 2135  wral 3046  wrex 3047  {crab 3050  wss 3711   class class class wbr 4800  cmpt 4877  dom cdm 5262  ccom 5266  wf 6041  cfv 6045  (class class class)co 6809  supcsup 8507  cc 10122  cr 10123  0cc0 10124   + caddc 10127   · cmul 10129  +∞cpnf 10259  *cxr 10261   < clt 10262  cle 10263  0cn0 11480  [,]cicc 12367  seqcseq 12991  cexp 13050  abscabs 14169  cli 14410
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1867  ax-4 1882  ax-5 1984  ax-6 2050  ax-7 2086  ax-8 2137  ax-9 2144  ax-10 2164  ax-11 2179  ax-12 2192  ax-13 2387  ax-ext 2736  ax-rep 4919  ax-sep 4929  ax-nul 4937  ax-pow 4988  ax-pr 5051  ax-un 7110  ax-inf2 8707  ax-cnex 10180  ax-resscn 10181  ax-1cn 10182  ax-icn 10183  ax-addcl 10184  ax-addrcl 10185  ax-mulcl 10186  ax-mulrcl 10187  ax-mulcom 10188  ax-addass 10189  ax-mulass 10190  ax-distr 10191  ax-i2m1 10192  ax-1ne0 10193  ax-1rid 10194  ax-rnegex 10195  ax-rrecex 10196  ax-cnre 10197  ax-pre-lttri 10198  ax-pre-lttrn 10199  ax-pre-ltadd 10200  ax-pre-mulgt0 10201  ax-pre-sup 10202  ax-addf 10203  ax-mulf 10204
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1631  df-fal 1634  df-ex 1850  df-nf 1855  df-sb 2043  df-eu 2607  df-mo 2608  df-clab 2743  df-cleq 2749  df-clel 2752  df-nfc 2887  df-ne 2929  df-nel 3032  df-ral 3051  df-rex 3052  df-reu 3053  df-rmo 3054  df-rab 3055  df-v 3338  df-sbc 3573  df-csb 3671  df-dif 3714  df-un 3716  df-in 3718  df-ss 3725  df-pss 3727  df-nul 4055  df-if 4227  df-pw 4300  df-sn 4318  df-pr 4320  df-tp 4322  df-op 4324  df-uni 4585  df-int 4624  df-iun 4670  df-br 4801  df-opab 4861  df-mpt 4878  df-tr 4901  df-id 5170  df-eprel 5175  df-po 5183  df-so 5184  df-fr 5221  df-se 5222  df-we 5223  df-xp 5268  df-rel 5269  df-cnv 5270  df-co 5271  df-dm 5272  df-rn 5273  df-res 5274  df-ima 5275  df-pred 5837  df-ord 5883  df-on 5884  df-lim 5885  df-suc 5886  df-iota 6008  df-fun 6047  df-fn 6048  df-f 6049  df-f1 6050  df-fo 6051  df-f1o 6052  df-fv 6053  df-isom 6054  df-riota 6770  df-ov 6812  df-oprab 6813  df-mpt2 6814  df-om 7227  df-1st 7329  df-2nd 7330  df-wrecs 7572  df-recs 7633  df-rdg 7671  df-1o 7725  df-oadd 7729  df-er 7907  df-pm 8022  df-en 8118  df-dom 8119  df-sdom 8120  df-fin 8121  df-sup 8509  df-inf 8510  df-oi 8576  df-card 8951  df-pnf 10264  df-mnf 10265  df-xr 10266  df-ltxr 10267  df-le 10268  df-sub 10456  df-neg 10457  df-div 10873  df-nn 11209  df-2 11267  df-3 11268  df-n0 11481  df-z 11566  df-uz 11876  df-rp 12022  df-ico 12370  df-icc 12371  df-fz 12516  df-fzo 12656  df-fl 12783  df-seq 12992  df-exp 13051  df-hash 13308  df-cj 14034  df-re 14035  df-im 14036  df-sqrt 14170  df-abs 14171  df-limsup 14397  df-clim 14414  df-rlim 14415  df-sum 14612
This theorem is referenced by:  radcnvlt2  24368  dvradcnv  24370  pserulm  24371
  Copyright terms: Public domain W3C validator