Theorem mertenslemub 11475

Description: Lemma for mertensabs 11478. 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 2172	. . . . . . 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 2467	. . . . . 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 2873	. . . . 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 146	. . 3 |- ( ph -> E. n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
8		fvoveq1 5865	. . . . . . 7 |- ( n = a -> ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) = ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) )
9	8	sumeq1d 11307	. . . . . 6 |- ( n = a -> sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) = sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) )
10	9	fveq2d 5490	. . . . 5 |- ( n = a -> ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
11	10	eqeq2d 2177	. . . 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 2693	. . 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 121	. 2 |- ( ph -> E. a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
14		simprr 522	. . 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 9203	. . . . 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 274	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> S e. NN )
18	17	nnzd 9312	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> S e. ZZ )
19		1zzd 9218	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> 1 e. ZZ )
20	18, 19	zsubcld 9318	. . . . 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 10366	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> ( 0 ... ( S - 1 ) ) e. Fin )
22		eqid 2165	. . . . . . 7 |- ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) = ( ZZ>= ` ( n + 1 ) )
23		elfzelz 9960	. . . . . . . . 9 |- ( n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) -> n e. ZZ )
24	23	adantl 275	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> n e. ZZ )
25	24	peano2zd 9316	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> ( n + 1 ) e. ZZ )
26		eqidd 2166	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> ( G ` k ) = ( G ` k ) )
27		simpll 519	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> ph )
28		elfznn0 10049	. . . . . . . . . . 11 |- ( n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) -> n e. NN0 )
29	28	ad2antlr 481	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> n e. NN0 )
30		peano2nn0 9154	. . . . . . . . . 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 9537	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( n + 1 ) e. NN0 /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> k e. NN0 )
33	31, 32	sylancom 417	. . . . . . . 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 2243	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ k e. NN0 ) -> ( G ` k ) e. CC )
37	27, 33, 36	syl2anc 409	. . . . . . 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 274	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> seq 0 ( + , G ) e. dom ~~> )
40		nn0uz 9500	. . . . . . . . 9 |- NN0 = ( ZZ>= ` 0 )
41	28	adantl 275	. . . . . . . . . 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 469	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. NN0 ) -> ( G ` k ) e. CC )
44	40, 42, 43	iserex 11280	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> ( seq 0 ( + , G ) e. dom ~~> <-> seq ( n + 1 ) ( + , G ) e. dom ~~> ) )
45	39, 44	mpbid 146	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> seq ( n + 1 ) ( + , G ) e. dom ~~> )
46	22, 25, 26, 37, 45	isumcl 11366	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) e. CC )
47	46	adantlr 469	. . . . 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 11123	. . . 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 11126	. . . 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 521	. . . 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 11402	. . 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 4004	. 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 2588	1 |- ( ph -> X <_ sum_ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 103   <-> wb 104   = wceq 1343   e. wcel 2136   {cab 2151   E.wrex 2445   class class class wbr 3982   dom cdm 4604   ` cfv 5188  (class class class)co 5842   CCcc 7751   0cc0 7753   1c1 7754   + caddc 7756   <_ cle 7934   - cmin 8069   NNcn 8857   NN0cn0 9114   ZZcz 9191   ZZ>=cuz 9466   ...cfz 9944   seqcseq 10380   abscabs 10939   ~~> cli 11219   sum_csu 11294

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 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1435  ax-7 1436  ax-gen 1437  ax-ie1 1481  ax-ie2 1482  ax-8 1492  ax-10 1493  ax-11 1494  ax-i12 1495  ax-bndl 1497  ax-4 1498  ax-17 1514  ax-i9 1518  ax-ial 1522  ax-i5r 1523  ax-13 2138  ax-14 2139  ax-ext 2147  ax-coll 4097  ax-sep 4100  ax-nul 4108  ax-pow 4153  ax-pr 4187  ax-un 4411  ax-setind 4514  ax-iinf 4565  ax-cnex 7844  ax-resscn 7845  ax-1cn 7846  ax-1re 7847  ax-icn 7848  ax-addcl 7849  ax-addrcl 7850  ax-mulcl 7851  ax-mulrcl 7852  ax-addcom 7853  ax-mulcom 7854  ax-addass 7855  ax-mulass 7856  ax-distr 7857  ax-i2m1 7858  ax-0lt1 7859  ax-1rid 7860  ax-0id 7861  ax-rnegex 7862  ax-precex 7863  ax-cnre 7864  ax-pre-ltirr 7865  ax-pre-ltwlin 7866  ax-pre-lttrn 7867  ax-pre-apti 7868  ax-pre-ltadd 7869  ax-pre-mulgt0 7870  ax-pre-mulext 7871  ax-arch 7872  ax-caucvg 7873

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 825  df-3or 969  df-3an 970  df-tru 1346  df-fal 1349  df-nf 1449  df-sb 1751  df-eu 2017  df-mo 2018  df-clab 2152  df-cleq 2158  df-clel 2161  df-nfc 2297  df-ne 2337  df-nel 2432  df-ral 2449  df-rex 2450  df-reu 2451  df-rmo 2452  df-rab 2453  df-v 2728  df-sbc 2952  df-csb 3046  df-dif 3118  df-un 3120  df-in 3122  df-ss 3129  df-nul 3410  df-if 3521  df-pw 3561  df-sn 3582  df-pr 3583  df-op 3585  df-uni 3790  df-int 3825  df-iun 3868  df-br 3983  df-opab 4044  df-mpt 4045  df-tr 4081  df-id 4271  df-po 4274  df-iso 4275  df-iord 4344  df-on 4346  df-ilim 4347  df-suc 4349  df-iom 4568  df-xp 4610  df-rel 4611  df-cnv 4612  df-co 4613  df-dm 4614  df-rn 4615  df-res 4616  df-ima 4617  df-iota 5153  df-fun 5190  df-fn 5191  df-f 5192  df-f1 5193  df-fo 5194  df-f1o 5195  df-fv 5196  df-isom 5197  df-riota 5798  df-ov 5845  df-oprab 5846  df-mpo 5847  df-1st 6108  df-2nd 6109  df-recs 6273  df-irdg 6338  df-frec 6359  df-1o 6384  df-oadd 6388  df-er 6501  df-en 6707  df-dom 6708  df-fin 6709  df-pnf 7935  df-mnf 7936  df-xr 7937  df-ltxr 7938  df-le 7939  df-sub 8071  df-neg 8072  df-reap 8473  df-ap 8480  df-div 8569  df-inn 8858  df-2 8916  df-3 8917  df-4 8918  df-n0 9115  df-z 9192  df-uz 9467  df-q 9558  df-rp 9590  df-ico 9830  df-fz 9945  df-fzo 10078  df-seqfrec 10381  df-exp 10455  df-ihash 10689  df-cj 10784  df-re 10785  df-im 10786  df-rsqrt 10940  df-abs 10941  df-clim 11220  df-sumdc 11295

This theorem is referenced by:  mertenslem2  11477