Theorem mertenslemub 11497

Description: Lemma for mertensabs 11500. 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 2177	. . . . . . 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 2471	. . . . . 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 2877	. . . . 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 5876	. . . . . . 7 |- ( n = a -> ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) = ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) )
9	8	sumeq1d 11329	. . . . . 6 |- ( n = a -> sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) = sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) )
10	9	fveq2d 5500	. . . . 5 |- ( n = a -> ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) ) = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) )
11	10	eqeq2d 2182	. . . 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 2697	. . 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 527	. . 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 9224	. . . . 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 9333	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> S e. ZZ )
19		1zzd 9239	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> 1 e. ZZ )
20	18, 19	zsubcld 9339	. . . . 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 10387	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( a e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) /\ X = ( abs ` sum_ k e. ( ZZ>= ` ( a + 1 ) ) ( G ` k ) ) ) ) -> ( 0 ... ( S - 1 ) ) e. Fin )
22		eqid 2170	. . . . . . 7 |- ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) = ( ZZ>= ` ( n + 1 ) )
23		elfzelz 9981	. . . . . . . . 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 9337	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> ( n + 1 ) e. ZZ )
26		eqidd 2171	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> ( G ` k ) = ( G ` k ) )
27		simpll 524	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> ph )
28		elfznn0 10070	. . . . . . . . . . 11 |- ( n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) -> n e. NN0 )
29	28	ad2antlr 486	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> n e. NN0 )
30		peano2nn0 9175	. . . . . . . . . 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 9558	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( n + 1 ) e. NN0 /\ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ) -> k e. NN0 )
33	31, 32	sylancom 418	. . . . . . . 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 2247	. . . . . . . 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 9521	. . . . . . . . 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 474	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) /\ k e. NN0 ) -> ( G ` k ) e. CC )
44	40, 42, 43	iserex 11302	. . . . . . . 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 11388	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ n e. ( 0 ... ( S - 1 ) ) ) -> sum_ k e. ( ZZ>= ` ( n + 1 ) ) ( G ` k ) e. CC )
47	46	adantlr 474	. . . . 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 11145	. . . 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 11148	. . . 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 526	. . . 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 11424	. . 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 4011	. 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 2592	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 1348   e. wcel 2141   {cab 2156   E.wrex 2449   class class class wbr 3989   dom cdm 4611   ` cfv 5198  (class class class)co 5853   CCcc 7772   0cc0 7774   1c1 7775   + caddc 7777   <_ cle 7955   - cmin 8090   NNcn 8878   NN0cn0 9135   ZZcz 9212   ZZ>=cuz 9487   ...cfz 9965   seqcseq 10401   abscabs 10961   ~~> cli 11241   sum_csu 11316

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 609  ax-in2 610  ax-io 704  ax-5 1440  ax-7 1441  ax-gen 1442  ax-ie1 1486  ax-ie2 1487  ax-8 1497  ax-10 1498  ax-11 1499  ax-i12 1500  ax-bndl 1502  ax-4 1503  ax-17 1519  ax-i9 1523  ax-ial 1527  ax-i5r 1528  ax-13 2143  ax-14 2144  ax-ext 2152  ax-coll 4104  ax-sep 4107  ax-nul 4115  ax-pow 4160  ax-pr 4194  ax-un 4418  ax-setind 4521  ax-iinf 4572  ax-cnex 7865  ax-resscn 7866  ax-1cn 7867  ax-1re 7868  ax-icn 7869  ax-addcl 7870  ax-addrcl 7871  ax-mulcl 7872  ax-mulrcl 7873  ax-addcom 7874  ax-mulcom 7875  ax-addass 7876  ax-mulass 7877  ax-distr 7878  ax-i2m1 7879  ax-0lt1 7880  ax-1rid 7881  ax-0id 7882  ax-rnegex 7883  ax-precex 7884  ax-cnre 7885  ax-pre-ltirr 7886  ax-pre-ltwlin 7887  ax-pre-lttrn 7888  ax-pre-apti 7889  ax-pre-ltadd 7890  ax-pre-mulgt0 7891  ax-pre-mulext 7892  ax-arch 7893  ax-caucvg 7894

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 830  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1351  df-fal 1354  df-nf 1454  df-sb 1756  df-eu 2022  df-mo 2023  df-clab 2157  df-cleq 2163  df-clel 2166  df-nfc 2301  df-ne 2341  df-nel 2436  df-ral 2453  df-rex 2454  df-reu 2455  df-rmo 2456  df-rab 2457  df-v 2732  df-sbc 2956  df-csb 3050  df-dif 3123  df-un 3125  df-in 3127  df-ss 3134  df-nul 3415  df-if 3527  df-pw 3568  df-sn 3589  df-pr 3590  df-op 3592  df-uni 3797  df-int 3832  df-iun 3875  df-br 3990  df-opab 4051  df-mpt 4052  df-tr 4088  df-id 4278  df-po 4281  df-iso 4282  df-iord 4351  df-on 4353  df-ilim 4354  df-suc 4356  df-iom 4575  df-xp 4617  df-rel 4618  df-cnv 4619  df-co 4620  df-dm 4621  df-rn 4622  df-res 4623  df-ima 4624  df-iota 5160  df-fun 5200  df-fn 5201  df-f 5202  df-f1 5203  df-fo 5204  df-f1o 5205  df-fv 5206  df-isom 5207  df-riota 5809  df-ov 5856  df-oprab 5857  df-mpo 5858  df-1st 6119  df-2nd 6120  df-recs 6284  df-irdg 6349  df-frec 6370  df-1o 6395  df-oadd 6399  df-er 6513  df-en 6719  df-dom 6720  df-fin 6721  df-pnf 7956  df-mnf 7957  df-xr 7958  df-ltxr 7959  df-le 7960  df-sub 8092  df-neg 8093  df-reap 8494  df-ap 8501  df-div 8590  df-inn 8879  df-2 8937  df-3 8938  df-4 8939  df-n0 9136  df-z 9213  df-uz 9488  df-q 9579  df-rp 9611  df-ico 9851  df-fz 9966  df-fzo 10099  df-seqfrec 10402  df-exp 10476  df-ihash 10710  df-cj 10806  df-re 10807  df-im 10808  df-rsqrt 10962  df-abs 10963  df-clim 11242  df-sumdc 11317

This theorem is referenced by:  mertenslem2  11499