Theorem fsum3cvg 11139

Description: The sequence of partial sums of a finite sum converges to the whole sum. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Apr-2014.) (Revised by Jim Kingdon, 12-Nov-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
isummo.1	|- F = ( k e. ZZ |-> if ( k e. A , B , 0 ) )
isummo.2	|- ( ( ph /\ k e. A ) -> B e. CC )
isummo.dc	|- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> DECID k e. A )
isumrb.3	|- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
fisumcvg.4	|- ( ph -> A C_ ( M ... N ) )

Assertion

Ref	Expression
fsum3cvg	|- ( ph -> seq M ( + , F ) ~~> ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Distinct variable groups:   A, k   k, N   ph, k   k, M   k, F

Allowed substitution hint:   B( k)

Proof of Theorem fsum3cvg

Dummy variables n z m are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2137	. 2 |- ( ZZ>= ` N ) = ( ZZ>= ` N )
2		isumrb.3	. . 3 |- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
3		eluzelz 9328	. . 3 |- ( N e. ( ZZ>= ` M ) -> N e. ZZ )
4	2, 3	syl 14	. 2 |- ( ph -> N e. ZZ )
5		seqex 10213	. . 3 |- seq M ( + , F ) e. _V
6	5	a1i 9	. 2 |- ( ph -> seq M ( + , F ) e. _V )
7		eqid 2137	. . . 4 |- ( ZZ>= ` M ) = ( ZZ>= ` M )
8		eluzel2 9324	. . . . 5 |- ( N e. ( ZZ>= ` M ) -> M e. ZZ )
9	2, 8	syl 14	. . . 4 |- ( ph -> M e. ZZ )
10		eluzelz 9328	. . . . . . 7 |- ( k e. ( ZZ>= ` M ) -> k e. ZZ )
11	10	adantl 275	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> k e. ZZ )
12		iftrue 3474	. . . . . . . . . . 11 |- ( k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) = B )
13	12	adantl 275	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ k e. A ) -> if ( k e. A , B , 0 ) = B )
14		isummo.2	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ k e. A ) -> B e. CC )
15	13, 14	eqeltrd 2214	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. A ) -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC )
16	15	ex 114	. . . . . . . 8 |- ( ph -> ( k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC ) )
17	16	adantr 274	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC ) )
18		iffalse 3477	. . . . . . . . 9 |- ( -. k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) = 0 )
19		0cn 7751	. . . . . . . . 9 |- 0 e. CC
20	18, 19	eqeltrdi 2228	. . . . . . . 8 |- ( -. k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC )
21	20	a1i 9	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( -. k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC ) )
22		isummo.dc	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> DECID k e. A )
23		exmiddc 821	. . . . . . . 8 |- (DECID k e. A -> ( k e. A \/ -. k e. A ) )
24	22, 23	syl 14	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( k e. A \/ -. k e. A ) )
25	17, 21, 24	mpjaod 707	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC )
26		isummo.1	. . . . . . 7 |- F = ( k e. ZZ |-> if ( k e. A , B , 0 ) )
27	26	fvmpt2 5497	. . . . . 6 |- ( ( k e. ZZ /\ if ( k e. A , B , 0 ) e. CC ) -> ( F ` k ) = if ( k e. A , B , 0 ) )
28	11, 25, 27	syl2anc 408	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) = if ( k e. A , B , 0 ) )
29	28, 25	eqeltrd 2214	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) e. CC )
30	7, 9, 29	serf 10240	. . 3 |- ( ph -> seq M ( + , F ) : ( ZZ>= ` M ) --> CC )
31	30, 2	ffvelrnd 5549	. 2 |- ( ph -> ( seq M ( + , F ) ` N ) e. CC )
32		addid1 7893	. . . . 5 |- ( m e. CC -> ( m + 0 ) = m )
33	32	adantl 275	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. CC ) -> ( m + 0 ) = m )
34	2	adantr 274	. . . 4 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
35		simpr 109	. . . 4 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> n e. ( ZZ>= ` N ) )
36	31	adantr 274	. . . 4 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` N ) e. CC )
37		elfzuz 9795	. . . . . 6 |- ( m e. ( ( N + 1 ) ... n ) -> m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) )
38		eluzelz 9328	. . . . . . . . 9 |- ( m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) -> m e. ZZ )
39	38	adantl 275	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> m e. ZZ )
40		fisumcvg.4	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ph -> A C_ ( M ... N ) )
41	40	sseld 3091	. . . . . . . . . . 11 |- ( ph -> ( m e. A -> m e. ( M ... N ) ) )
42		fznuz 9875	. . . . . . . . . . 11 |- ( m e. ( M ... N ) -> -. m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) )
43	41, 42	syl6 33	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> ( m e. A -> -. m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) )
44	43	con2d 613	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> ( m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) -> -. m e. A ) )
45	44	imp 123	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> -. m e. A )
46	39, 45	eldifd 3076	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> m e. ( ZZ \ A ) )
47		fveqeq2 5423	. . . . . . . 8 |- ( k = m -> ( ( F ` k ) = 0 <-> ( F ` m ) = 0 ) )
48		eldifi 3193	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> k e. ZZ )
49		eldifn 3194	. . . . . . . . . . . 12 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> -. k e. A )
50	49, 18	syl 14	. . . . . . . . . . 11 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> if ( k e. A , B , 0 ) = 0 )
51	50, 19	eqeltrdi 2228	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC )
52	48, 51, 27	syl2anc 408	. . . . . . . . 9 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> ( F ` k ) = if ( k e. A , B , 0 ) )
53	52, 50	eqtrd 2170	. . . . . . . 8 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> ( F ` k ) = 0 )
54	47, 53	vtoclga 2747	. . . . . . 7 |- ( m e. ( ZZ \ A ) -> ( F ` m ) = 0 )
55	46, 54	syl 14	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> ( F ` m ) = 0 )
56	37, 55	sylan2 284	. . . . 5 |- ( ( ph /\ m e. ( ( N + 1 ) ... n ) ) -> ( F ` m ) = 0 )
57	56	adantlr 468	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ( N + 1 ) ... n ) ) -> ( F ` m ) = 0 )
58		fveq2 5414	. . . . . 6 |- ( k = m -> ( F ` k ) = ( F ` m ) )
59	58	eleq1d 2206	. . . . 5 |- ( k = m -> ( ( F ` k ) e. CC <-> ( F ` m ) e. CC ) )
60	29	ralrimiva 2503	. . . . . 6 |- ( ph -> A. k e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` k ) e. CC )
61	60	ad2antrr 479	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ZZ>= ` M ) ) -> A. k e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` k ) e. CC )
62		simpr 109	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ZZ>= ` M ) ) -> m e. ( ZZ>= ` M ) )
63	59, 61, 62	rspcdva 2789	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` m ) e. CC )
64		addcl 7738	. . . . 5 |- ( ( m e. CC /\ z e. CC ) -> ( m + z ) e. CC )
65	64	adantl 275	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ ( m e. CC /\ z e. CC ) ) -> ( m + z ) e. CC )
66	33, 34, 35, 36, 57, 63, 65	seq3id2 10275	. . 3 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` N ) = ( seq M ( + , F ) ` n ) )
67	66	eqcomd 2143	. 2 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` n ) = ( seq M ( + , F ) ` N ) )
68	1, 4, 6, 31, 67	climconst 11052	1 |- ( ph -> seq M ( + , F ) ~~> ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Syntax hints:   -. wn 3   -> wi 4   /\ wa 103   \/ wo 697  DECID wdc 819   = wceq 1331   e. wcel 1480   A.wral 2414   _Vcvv 2681   \ cdif 3063   C_ wss 3066   ifcif 3469   class class class wbr 3924   |-> cmpt 3984   ` cfv 5118  (class class class)co 5767   CCcc 7611   0cc0 7613   1c1 7614   + caddc 7616   ZZcz 9047   ZZ>=cuz 9319   ...cfz 9783   seqcseq 10211   ~~> cli 11040

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 603  ax-in2 604  ax-io 698  ax-5 1423  ax-7 1424  ax-gen 1425  ax-ie1 1469  ax-ie2 1470  ax-8 1482  ax-10 1483  ax-11 1484  ax-i12 1485  ax-bndl 1486  ax-4 1487  ax-13 1491  ax-14 1492  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-ext 2119  ax-coll 4038  ax-sep 4041  ax-nul 4049  ax-pow 4093  ax-pr 4126  ax-un 4350  ax-setind 4447  ax-iinf 4497  ax-cnex 7704  ax-resscn 7705  ax-1cn 7706  ax-1re 7707  ax-icn 7708  ax-addcl 7709  ax-addrcl 7710  ax-mulcl 7711  ax-mulrcl 7712  ax-addcom 7713  ax-mulcom 7714  ax-addass 7715  ax-mulass 7716  ax-distr 7717  ax-i2m1 7718  ax-0lt1 7719  ax-1rid 7720  ax-0id 7721  ax-rnegex 7722  ax-precex 7723  ax-cnre 7724  ax-pre-ltirr 7725  ax-pre-ltwlin 7726  ax-pre-lttrn 7727  ax-pre-apti 7728  ax-pre-ltadd 7729  ax-pre-mulgt0 7730  ax-pre-mulext 7731

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 820  df-3or 963  df-3an 964  df-tru 1334  df-fal 1337  df-nf 1437  df-sb 1736  df-eu 2000  df-mo 2001  df-clab 2124  df-cleq 2130  df-clel 2133  df-nfc 2268  df-ne 2307  df-nel 2402  df-ral 2419  df-rex 2420  df-reu 2421  df-rmo 2422  df-rab 2423  df-v 2683  df-sbc 2905  df-csb 2999  df-dif 3068  df-un 3070  df-in 3072  df-ss 3079  df-nul 3359  df-if 3470  df-pw 3507  df-sn 3528  df-pr 3529  df-op 3531  df-uni 3732  df-int 3767  df-iun 3810  df-br 3925  df-opab 3985  df-mpt 3986  df-tr 4022  df-id 4210  df-po 4213  df-iso 4214  df-iord 4283  df-on 4285  df-ilim 4286  df-suc 4288  df-iom 4500  df-xp 4540  df-rel 4541  df-cnv 4542  df-co 4543  df-dm 4544  df-rn 4545  df-res 4546  df-ima 4547  df-iota 5083  df-fun 5120  df-fn 5121  df-f 5122  df-f1 5123  df-fo 5124  df-f1o 5125  df-fv 5126  df-riota 5723  df-ov 5770  df-oprab 5771  df-mpo 5772  df-1st 6031  df-2nd 6032  df-recs 6195  df-frec 6281  df-pnf 7795  df-mnf 7796  df-xr 7797  df-ltxr 7798  df-le 7799  df-sub 7928  df-neg 7929  df-reap 8330  df-ap 8337  df-div 8426  df-inn 8714  df-2 8772  df-n0 8971  df-z 9048  df-uz 9320  df-rp 9435  df-fz 9784  df-seqfrec 10212  df-exp 10286  df-cj 10607  df-rsqrt 10763  df-abs 10764  df-clim 11041

This theorem is referenced by:  summodclem2a  11143  fsum3cvg2  11156