Theorem fsum3cvg 11543

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 2196	. 2 |- ( ZZ>= ` N ) = ( ZZ>= ` N )
2		isumrb.3	. . 3 |- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
3		eluzelz 9610	. . 3 |- ( N e. ( ZZ>= ` M ) -> N e. ZZ )
4	2, 3	syl 14	. 2 |- ( ph -> N e. ZZ )
5		seqex 10541	. . 3 |- seq M ( + , F ) e. _V
6	5	a1i 9	. 2 |- ( ph -> seq M ( + , F ) e. _V )
7		eqid 2196	. . . 4 |- ( ZZ>= ` M ) = ( ZZ>= ` M )
8		eluzel2 9606	. . . . 5 |- ( N e. ( ZZ>= ` M ) -> M e. ZZ )
9	2, 8	syl 14	. . . 4 |- ( ph -> M e. ZZ )
10		eluzelz 9610	. . . . . . 7 |- ( k e. ( ZZ>= ` M ) -> k e. ZZ )
11	10	adantl 277	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> k e. ZZ )
12		iftrue 3566	. . . . . . . . . . 11 |- ( k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) = B )
13	12	adantl 277	. . . . . . . . . 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 2273	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. A ) -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC )
16	15	ex 115	. . . . . . . 8 |- ( ph -> ( k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC ) )
17	16	adantr 276	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC ) )
18		iffalse 3569	. . . . . . . . 9 |- ( -. k e. A -> if ( k e. A , B , 0 ) = 0 )
19		0cn 8018	. . . . . . . . 9 |- 0 e. CC
20	18, 19	eqeltrdi 2287	. . . . . . . 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 837	. . . . . . . 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 719	. . . . . 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 5645	. . . . . 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 411	. . . . 5 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) = if ( k e. A , B , 0 ) )
29	28, 25	eqeltrd 2273	. . . 4 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) e. CC )
30	7, 9, 29	serf 10575	. . 3 |- ( ph -> seq M ( + , F ) : ( ZZ>= ` M ) --> CC )
31	30, 2	ffvelcdmd 5698	. 2 |- ( ph -> ( seq M ( + , F ) ` N ) e. CC )
32		addrid 8164	. . . . 5 |- ( m e. CC -> ( m + 0 ) = m )
33	32	adantl 277	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. CC ) -> ( m + 0 ) = m )
34	2	adantr 276	. . . 4 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
35		simpr 110	. . . 4 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> n e. ( ZZ>= ` N ) )
36	31	adantr 276	. . . 4 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` N ) e. CC )
37		elfzuz 10096	. . . . . 6 |- ( m e. ( ( N + 1 ) ... n ) -> m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) )
38		eluzelz 9610	. . . . . . . . 9 |- ( m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) -> m e. ZZ )
39	38	adantl 277	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> m e. ZZ )
40		fisumcvg.4	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ph -> A C_ ( M ... N ) )
41	40	sseld 3182	. . . . . . . . . . 11 |- ( ph -> ( m e. A -> m e. ( M ... N ) ) )
42		fznuz 10177	. . . . . . . . . . 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 625	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> ( m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) -> -. m e. A ) )
45	44	imp 124	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> -. m e. A )
46	39, 45	eldifd 3167	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ m e. ( ZZ>= ` ( N + 1 ) ) ) -> m e. ( ZZ \ A ) )
47		fveqeq2 5567	. . . . . . . 8 |- ( k = m -> ( ( F ` k ) = 0 <-> ( F ` m ) = 0 ) )
48		eldifi 3285	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> k e. ZZ )
49		eldifn 3286	. . . . . . . . . . . 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 2287	. . . . . . . . . 10 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> if ( k e. A , B , 0 ) e. CC )
52	48, 51, 27	syl2anc 411	. . . . . . . . 9 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> ( F ` k ) = if ( k e. A , B , 0 ) )
53	52, 50	eqtrd 2229	. . . . . . . 8 |- ( k e. ( ZZ \ A ) -> ( F ` k ) = 0 )
54	47, 53	vtoclga 2830	. . . . . . 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 286	. . . . 5 |- ( ( ph /\ m e. ( ( N + 1 ) ... n ) ) -> ( F ` m ) = 0 )
57	56	adantlr 477	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ( N + 1 ) ... n ) ) -> ( F ` m ) = 0 )
58		fveq2 5558	. . . . . 6 |- ( k = m -> ( F ` k ) = ( F ` m ) )
59	58	eleq1d 2265	. . . . 5 |- ( k = m -> ( ( F ` k ) e. CC <-> ( F ` m ) e. CC ) )
60	29	ralrimiva 2570	. . . . . 6 |- ( ph -> A. k e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` k ) e. CC )
61	60	ad2antrr 488	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ZZ>= ` M ) ) -> A. k e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` k ) e. CC )
62		simpr 110	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ZZ>= ` M ) ) -> m e. ( ZZ>= ` M ) )
63	59, 61, 62	rspcdva 2873	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) /\ m e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` m ) e. CC )
64		addcl 8004	. . . . 5 |- ( ( m e. CC /\ z e. CC ) -> ( m + z ) e. CC )
65	64	adantl 277	. . . 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 10618	. . 3 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` N ) = ( seq M ( + , F ) ` n ) )
67	66	eqcomd 2202	. 2 |- ( ( ph /\ n e. ( ZZ>= ` N ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` n ) = ( seq M ( + , F ) ` N ) )
68	1, 4, 6, 31, 67	climconst 11455	1 |- ( ph -> seq M ( + , F ) ~~> ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Syntax hints:   -. wn 3   -> wi 4   /\ wa 104   \/ wo 709  DECID wdc 835   = wceq 1364   e. wcel 2167   A.wral 2475   _Vcvv 2763   \ cdif 3154   C_ wss 3157   ifcif 3561   class class class wbr 4033   |-> cmpt 4094   ` cfv 5258  (class class class)co 5922   CCcc 7877   0cc0 7879   1c1 7880   + caddc 7882   ZZcz 9326   ZZ>=cuz 9601   ...cfz 10083   seqcseq 10539   ~~> cli 11443

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 615  ax-in2 616  ax-io 710  ax-5 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-coll 4148  ax-sep 4151  ax-nul 4159  ax-pow 4207  ax-pr 4242  ax-un 4468  ax-setind 4573  ax-iinf 4624  ax-cnex 7970  ax-resscn 7971  ax-1cn 7972  ax-1re 7973  ax-icn 7974  ax-addcl 7975  ax-addrcl 7976  ax-mulcl 7977  ax-mulrcl 7978  ax-addcom 7979  ax-mulcom 7980  ax-addass 7981  ax-mulass 7982  ax-distr 7983  ax-i2m1 7984  ax-0lt1 7985  ax-1rid 7986  ax-0id 7987  ax-rnegex 7988  ax-precex 7989  ax-cnre 7990  ax-pre-ltirr 7991  ax-pre-ltwlin 7992  ax-pre-lttrn 7993  ax-pre-apti 7994  ax-pre-ltadd 7995  ax-pre-mulgt0 7996  ax-pre-mulext 7997

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-nel 2463  df-ral 2480  df-rex 2481  df-reu 2482  df-rmo 2483  df-rab 2484  df-v 2765  df-sbc 2990  df-csb 3085  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-nul 3451  df-if 3562  df-pw 3607  df-sn 3628  df-pr 3629  df-op 3631  df-uni 3840  df-int 3875  df-iun 3918  df-br 4034  df-opab 4095  df-mpt 4096  df-tr 4132  df-id 4328  df-po 4331  df-iso 4332  df-iord 4401  df-on 4403  df-ilim 4404  df-suc 4406  df-iom 4627  df-xp 4669  df-rel 4670  df-cnv 4671  df-co 4672  df-dm 4673  df-rn 4674  df-res 4675  df-ima 4676  df-iota 5219  df-fun 5260  df-fn 5261  df-f 5262  df-f1 5263  df-fo 5264  df-f1o 5265  df-fv 5266  df-riota 5877  df-ov 5925  df-oprab 5926  df-mpo 5927  df-1st 6198  df-2nd 6199  df-recs 6363  df-frec 6449  df-pnf 8063  df-mnf 8064  df-xr 8065  df-ltxr 8066  df-le 8067  df-sub 8199  df-neg 8200  df-reap 8602  df-ap 8609  df-div 8700  df-inn 8991  df-2 9049  df-n0 9250  df-z 9327  df-uz 9602  df-rp 9729  df-fz 10084  df-seqfrec 10540  df-exp 10631  df-cj 11007  df-rsqrt 11163  df-abs 11164  df-clim 11444

This theorem is referenced by:  summodclem2a  11546  fsum3cvg2  11559