Theorem mertenslemub 11716

Description: Lemma for mertensabs 11719. An upper bound for T. (Contributed by Jim Kingdon, 3-Dec-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
mertenslemub.gb	|- ( ( ph /\ k e. NN0 ) -> ( G ` k ) = B )
mertenslemub.b	|- ( ( ph /\ k e. NN0 ) -> B e. CC )
mertenslemub.cvg	|- ( ph -> seq 0 ( + , G ) e. dom ~~> )
mertenslemub.t	|- T = { z | E. n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) z = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) }
mertenslemub.elt	|- ( ph -> X e. T )
mertenslemub.s	|- ( ph -> S e. NN )

Assertion

Ref	Expression
mertenslemub	|- ( ph -> X <_ sum_ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) )

Distinct variable groups:   k, G, n, z   S, k, n, z   n, X, z   ph, k, n

Allowed substitution hints:   ph( z)   B( z, k, n)   T( z, k, n)   X( k)

Proof of Theorem mertenslemub

Dummy variable a is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		mertenslemub.elt	. . . 4 |- ( ph -> X e. T )
2		eqeq1 2203	. . . . . . 7 |- ( z = X -> ( z = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) <-> X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) )
3	2	rexbidv 2498	. . . . . 6 |- ( z = X -> ( E. n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) z = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) <-> E. n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) )
4		mertenslemub.t	. . . . . 6 |- T = { z | E. n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) z = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) }
5	3, 4	elab2g 2911	. . . . 5 |- ( X e. T -> ( X e. T <-> E. n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) )
6	1, 5	syl 14	. . . 4 |- ( ph -> ( X e. T <-> E. n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) )
7	1, 6	mpbid 147	. . 3 |- ( ph -> E. n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
8		fvoveq1 5948	. . . . . . 7 |- ( n = a -> ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) = ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) )
9	8	sumeq1d 11548	. . . . . 6 |- ( n = a -> sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) = sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) )
10	9	fveq2d 5565	. . . . 5 |- ( n = a -> ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
11	10	eqeq2d 2208	. . . 4 |- ( n = a -> ( X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) <-> X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) )
12	11	cbvrexv 2730	. . 3 |- ( E. n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) <-> E. a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
13	7, 12	sylib 122	. 2 |- ( ph -> E. a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
14		simprr 531	. . 3 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
15		0zd 9355	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> 0 e. ZZ )
16		mertenslemub.s	. . . . . . . 8 |- ( ph -> S e. NN )
17	16	adantr 276	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> S e. NN )
18	17	nnzd 9464	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> S e. ZZ )
19		1zzd 9370	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> 1 e. ZZ )
20	18, 19	zsubcld 9470	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> ( S - 1 ) e. ZZ )
21	15, 20	fzfigd 10540	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> ( 0 ... ( S - 1 ) ) e. Fin )
22		eqid 2196	. . . . . . 7 |- ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) = ( ZZ>= ` ( n + 1 ) )
23		elfzelz 10117	. . . . . . . . 9 |- ( n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) -> n e. ZZ )
24	23	adantl 277	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> n e. ZZ )
25	24	peano2zd 9468	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> ( n + 1 ) e. ZZ )
26		eqidd 2197	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> ( G ` k ) = ( G ` k ) )
27		simpll 527	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> ph )
28		elfznn0 10206	. . . . . . . . . . 11 |- ( n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) -> n e. NN0 )
29	28	ad2antlr 489	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> n e. NN0 )
30		peano2nn0 9306	. . . . . . . . . 10 |- ( n e. NN0 -> ( n + 1 ) e. NN0 )
31	29, 30	syl 14	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> ( n + 1 ) e. NN0 )
32		eluznn0 9690	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( n + 1 ) e. NN0 /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> k e. NN0 )
33	31, 32	sylancom 420	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> k e. NN0 )
34		mertenslemub.gb	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. NN0 ) -> ( G ` k ) = B )
35		mertenslemub.b	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ k e. NN0 ) -> B e. CC )
36	34, 35	eqeltrd 2273	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. NN0 ) -> ( G ` k ) e. CC )
37	27, 33, 36	syl2anc 411	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> ( G ` k ) e. CC )
38		mertenslemub.cvg	. . . . . . . . 9 |- ( ph -> seq 0 ( + , G ) e. dom ~~> )
39	38	adantr 276	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> seq 0 ( + , G ) e. dom ~~> )
40		nn0uz 9653	. . . . . . . . 9 |- NN0 = ( ZZ>= ` 0 )
41	28	adantl 277	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> n e. NN0 )
42	41, 30	syl 14	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> ( n + 1 ) e. NN0 )
43	36	adantlr 477	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. NN0 ) -> ( G ` k ) e. CC )
44	40, 42, 43	iserex 11521	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> ( seq 0 ( + , G ) e. dom ~~> <-> seq ( n + 1 ) ( + , G ) e. dom ~~> ) )
45	39, 44	mpbid 147	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> seq ( n + 1 ) ( + , G ) e. dom ~~> )
46	22, 25, 26, 37, 45	isumcl 11607	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) e. CC )
47	46	adantlr 477	. . . . 5 |- ( ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) e. CC )
48	47	abscld 11363	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) e. RR )
49	47	absge0d 11366	. . . 4 |- ( ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> 0 <_ ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
50		simprl 529	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) )
51	21, 48, 49, 10, 50	fsumge1 11643	. . 3 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) <_ sum_ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
52	14, 51	eqbrtrd 4056	. 2 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> X <_ sum_ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
53	13, 52	rexlimddv 2619	1 |- ( ph -> X <_ sum_ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1364   e. wcel 2167   {cab 2182   E.wrex 2476   class class class wbr 4034   dom cdm 4664   ` cfv 5259  (class class class)co 5925   CCcc 7894   0cc0 7896   1c1 7897   + caddc 7899   <_ cle 8079   - cmin 8214   NNcn 9007   NN0cn0 9266   ZZcz 9343   ZZ>=cuz 9618   ...cfz 10100   seqcseq 10556   abscabs 11179   ~~> cli 11460   sum_csu 11535

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 4149  ax-sep 4152  ax-nul 4160  ax-pow 4208  ax-pr 4243  ax-un 4469  ax-setind 4574  ax-iinf 4625  ax-cnex 7987  ax-resscn 7988  ax-1cn 7989  ax-1re 7990  ax-icn 7991  ax-addcl 7992  ax-addrcl 7993  ax-mulcl 7994  ax-mulrcl 7995  ax-addcom 7996  ax-mulcom 7997  ax-addass 7998  ax-mulass 7999  ax-distr 8000  ax-i2m1 8001  ax-0lt1 8002  ax-1rid 8003  ax-0id 8004  ax-rnegex 8005  ax-precex 8006  ax-cnre 8007  ax-pre-ltirr 8008  ax-pre-ltwlin 8009  ax-pre-lttrn 8010  ax-pre-apti 8011  ax-pre-ltadd 8012  ax-pre-mulgt0 8013  ax-pre-mulext 8014  ax-arch 8015  ax-caucvg 8016

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 3452  df-if 3563  df-pw 3608  df-sn 3629  df-pr 3630  df-op 3632  df-uni 3841  df-int 3876  df-iun 3919  df-br 4035  df-opab 4096  df-mpt 4097  df-tr 4133  df-id 4329  df-po 4332  df-iso 4333  df-iord 4402  df-on 4404  df-ilim 4405  df-suc 4407  df-iom 4628  df-xp 4670  df-rel 4671  df-cnv 4672  df-co 4673  df-dm 4674  df-rn 4675  df-res 4676  df-ima 4677  df-iota 5220  df-fun 5261  df-fn 5262  df-f 5263  df-f1 5264  df-fo 5265  df-f1o 5266  df-fv 5267  df-isom 5268  df-riota 5880  df-ov 5928  df-oprab 5929  df-mpo 5930  df-1st 6207  df-2nd 6208  df-recs 6372  df-irdg 6437  df-frec 6458  df-1o 6483  df-oadd 6487  df-er 6601  df-en 6809  df-dom 6810  df-fin 6811  df-pnf 8080  df-mnf 8081  df-xr 8082  df-ltxr 8083  df-le 8084  df-sub 8216  df-neg 8217  df-reap 8619  df-ap 8626  df-div 8717  df-inn 9008  df-2 9066  df-3 9067  df-4 9068  df-n0 9267  df-z 9344  df-uz 9619  df-q 9711  df-rp 9746  df-ico 9986  df-fz 10101  df-fzo 10235  df-seqfrec 10557  df-exp 10648  df-ihash 10885  df-cj 11024  df-re 11025  df-im 11026  df-rsqrt 11180  df-abs 11181  df-clim 11461  df-sumdc 11536

This theorem is referenced by:  mertenslem2  11718