Theorem cvgratnnlemrate 11493

Description: Lemma for cvgratnn 11494. (Contributed by Jim Kingdon, 21-Nov-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
cvgratnn.3	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
cvgratnn.4	⊢ (𝜑 → 𝐴 < 1)
cvgratnn.gt0	⊢ (𝜑 → 0 < 𝐴)
cvgratnn.6	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
cvgratnn.7	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (abs‘(𝐹‘(𝑘 + 1))) ≤ (𝐴 · (abs‘(𝐹‘𝑘))))
cvgratnnlemrate.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
cvgratnnlemrate.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀))

Assertion

Ref	Expression
cvgratnnlemrate	⊢ (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) < (((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) · (𝐴 / (1 − 𝐴))) / 𝑀))

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

Proof of Theorem cvgratnnlemrate

Dummy variable 𝑖 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nnuz 9522	. . . . . . 7 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
2		1zzd 9239	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
3		cvgratnn.6	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
4	1, 2, 3	serf 10430	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → seq1( + , 𝐹):ℕ⟶ℂ)
5		cvgratnnlemrate.m	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
6		cvgratnnlemrate.n	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
7		eluznn 9559	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → 𝑁 ∈ ℕ)
8	5, 6, 7	syl2anc 409	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
9	4, 8	ffvelrnd 5632	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (seq1( + , 𝐹)‘𝑁) ∈ ℂ)
10	4, 5	ffvelrnd 5632	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (seq1( + , 𝐹)‘𝑀) ∈ ℂ)
11	9, 10	subcld 8230	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀)) ∈ ℂ)
12	11	abscld 11145	. . 3 ⊢ (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) ∈ ℝ)
13		fveq2 5496	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 𝑀 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑀))
14	13	eleq1d 2239	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 𝑀 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑀) ∈ ℂ))
15	3	ralrimiva 2543	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
16	14, 15, 5	rspcdva 2839	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘𝑀) ∈ ℂ)
17	16	abscld 11145	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) ∈ ℝ)
18	5	nnzd 9333	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
19	18	peano2zd 9337	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ ℤ)
20		eluzelz 9496	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑁 ∈ ℤ)
21	6, 20	syl 14	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
22	19, 21	fzfigd 10387	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑀 + 1)...𝑁) ∈ Fin)
23		cvgratnn.3	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
24	23	adantr 274	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝐴 ∈ ℝ)
25	5	nnred 8891	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℝ)
26	25	adantr 274	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝑀 ∈ ℝ)
27		peano2re 8055	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 ∈ ℝ → (𝑀 + 1) ∈ ℝ)
28	26, 27	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝑀 + 1) ∈ ℝ)
29		elfzelz 9981	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁) → 𝑖 ∈ ℤ)
30	29	adantl 275	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝑖 ∈ ℤ)
31	30	zred 9334	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝑖 ∈ ℝ)
32	26	lep1d 8847	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝑀 ≤ (𝑀 + 1))
33		elfzle1 9983	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁) → (𝑀 + 1) ≤ 𝑖)
34	33	adantl 275	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝑀 + 1) ≤ 𝑖)
35	26, 28, 31, 32, 34	letrd 8043	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝑀 ≤ 𝑖)
36		znn0sub 9277	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑖 ∈ ℤ) → (𝑀 ≤ 𝑖 ↔ (𝑖 − 𝑀) ∈ ℕ0))
37	18, 29, 36	syl2an 287	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝑀 ≤ 𝑖 ↔ (𝑖 − 𝑀) ∈ ℕ0))
38	35, 37	mpbid 146	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝑖 − 𝑀) ∈ ℕ0)
39	24, 38	reexpcld 10626	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) ∈ ℝ)
40	22, 39	fsumrecl 11364	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) ∈ ℝ)
41	17, 40	remulcld 7950	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘𝑀)) · Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀))) ∈ ℝ)
42		cvgratnn.4	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 1)
43		cvgratnn.gt0	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → 0 < 𝐴)
44	23, 43	elrpd 9650	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
45	44	reclt1d 9667	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐴 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝐴)))
46	42, 45	mpbid 146	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 1 < (1 / 𝐴))
47		1re 7919	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 1 ∈ ℝ
48	44	rprecred 9665	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (1 / 𝐴) ∈ ℝ)
49		difrp 9649	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((1 ∈ ℝ ∧ (1 / 𝐴) ∈ ℝ) → (1 < (1 / 𝐴) ↔ ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ+))
50	47, 48, 49	sylancr 412	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (1 < (1 / 𝐴) ↔ ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ+))
51	46, 50	mpbid 146	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ+)
52	51	rpreccld 9664	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℝ+)
53	52, 44	rpdivcld 9671	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℝ+)
54		fveq2 5496	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 1 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘1))
55	54	eleq1d 2239	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 1 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘1) ∈ ℂ))
56		1nn 8889	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 1 ∈ ℕ
57	56	a1i 9	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℕ)
58	55, 15, 57	rspcdva 2839	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘1) ∈ ℂ)
59	58	abscld 11145	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℝ)
60	58	absge0d 11148	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ (abs‘(𝐹‘1)))
61	59, 60	ge0p1rpd 9684	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) + 1) ∈ ℝ+)
62	53, 61	rpmulcld 9670	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) ∈ ℝ+)
63	62	rpred 9653	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) ∈ ℝ)
64	63, 5	nndivred 8928	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀) ∈ ℝ)
65		1red 7935	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
66	65, 23	resubcld 8300	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (1 − 𝐴) ∈ ℝ)
67	23, 65	posdifd 8451	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐴 < 1 ↔ 0 < (1 − 𝐴)))
68	42, 67	mpbid 146	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 0 < (1 − 𝐴))
69	66, 68	elrpd 9650	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (1 − 𝐴) ∈ ℝ+)
70	44, 69	rpdivcld 9671	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 / (1 − 𝐴)) ∈ ℝ+)
71	70	rpred 9653	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 / (1 − 𝐴)) ∈ ℝ)
72	64, 71	remulcld 7950	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀) · (𝐴 / (1 − 𝐴))) ∈ ℝ)
73		cvgratnn.7	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (abs‘(𝐹‘(𝑘 + 1))) ≤ (𝐴 · (abs‘(𝐹‘𝑘))))
74	23, 42, 43, 3, 73, 5, 6	cvgratnnlemseq 11489	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀)) = Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐹‘𝑖))
75	74	fveq2d 5500	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) = (abs‘Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐹‘𝑖)))
76	23, 42, 43, 3, 73, 5, 6	cvgratnnlemabsle 11490	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (abs‘Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐹‘𝑖)) ≤ ((abs‘(𝐹‘𝑀)) · Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀))))
77	75, 76	eqbrtrd 4011	. . 3 ⊢ (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) ≤ ((abs‘(𝐹‘𝑀)) · Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀))))
78	16	absge0d 11148	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ (abs‘(𝐹‘𝑀)))
79	23, 42, 43, 3, 73, 5	cvgratnnlemfm 11492	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) < ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀))
80	44	adantr 274	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝐴 ∈ ℝ+)
81	38	nn0zd 9332	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝑖 − 𝑀) ∈ ℤ)
82	80, 81	rpexpcld 10633	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) ∈ ℝ+)
83	82	rpge0d 9657	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 0 ≤ (𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
84	22, 39, 83	fsumge0 11422	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
85	23, 42, 43, 3, 73, 5, 6	cvgratnnlemsumlt 11491	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))
86	17, 64, 40, 71, 78, 79, 84, 85	ltmul12ad 8857	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘𝑀)) · Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀))) < (((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀) · (𝐴 / (1 − 𝐴))))
87	12, 41, 72, 77, 86	lelttrd 8044	. 2 ⊢ (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) < (((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀) · (𝐴 / (1 − 𝐴))))
88	63	recnd 7948	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) ∈ ℂ)
89	71	recnd 7948	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐴 / (1 − 𝐴)) ∈ ℂ)
90	5	nncnd 8892	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℂ)
91	5	nnap0d 8924	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 # 0)
92	88, 89, 90, 91	div23apd 8745	. 2 ⊢ (𝜑 → (((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) · (𝐴 / (1 − 𝐴))) / 𝑀) = (((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀) · (𝐴 / (1 − 𝐴))))
93	87, 92	breqtrrd 4017	1 ⊢ (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) < (((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) · (𝐴 / (1 − 𝐴))) / 𝑀))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   = wceq 1348   ∈ wcel 2141   class class class wbr 3989  ‘cfv 5198  (class class class)co 5853  ℂcc 7772  ℝcr 7773  0cc0 7774  1c1 7775   + caddc 7777   · cmul 7779   < clt 7954   ≤ cle 7955   − cmin 8090   / cdiv 8589  ℕcn 8878  ℕ₀cn0 9135  ℤcz 9212  ℤ_≥cuz 9487  ℝ⁺crp 9610  ...cfz 9965  seqcseq 10401  ↑cexp 10475  abscabs 10961  Σcsu 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:  cvgratnn  11494