ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  cvgratnnlemrate GIF version

Theorem cvgratnnlemrate 12322
Description: Lemma for cvgratnn 12323. (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.
StepHypRef Expression
1 nnuz 9974 . . . . . . 7 ℕ = (ℤ≥‘1)
2 1zzd 9682 . . . . . . 7 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
3 cvgratnn.6 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
41, 2, 3serf 10941 . . . . . 6 (𝜑 → seq1( + , 𝐹):ℕ⟶ℂ)
5 cvgratnnlemrate.m . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
6 cvgratnnlemrate.n . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
7 eluznn 10016 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → 𝑁 ∈ ℕ)
85, 6, 7syl2anc 415 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
94, 8ffvelcdmd 5847 . . . . 5 (𝜑 → (seq1( + , 𝐹)‘𝑁) ∈ ℂ)
104, 5ffvelcdmd 5847 . . . . 5 (𝜑 → (seq1( + , 𝐹)‘𝑀) ∈ ℂ)
119, 10subcld 8644 . . . 4 (𝜑 → ((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀)) ∈ ℂ)
1211abscld 11970 . . 3 (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) ∈ ℝ)
13 fveq2 5698 . . . . . . 7 (𝑘 = 𝑀 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑀))
1413eleq1d 2307 . . . . . 6 (𝑘 = 𝑀 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑀) ∈ ℂ))
153ralrimiva 2623 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
1614, 15, 5rspcdva 2934 . . . . 5 (𝜑 → (𝐹‘𝑀) ∈ ℂ)
1716abscld 11970 . . . 4 (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) ∈ ℝ)
185nnzd 9778 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
1918peano2zd 9782 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ ℤ)
20 eluzelz 9947 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑁 ∈ ℤ)
216, 20syl 14 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
2219, 21fzfigd 10889 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑀 + 1)...𝑁) ∈ Fin)
23 cvgratnn.3 . . . . . . 7 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
2423adantr 276 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝐴 ∈ ℝ)
255nnred 9326 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 𝑀 ∈ ℝ)
2625adantr 276 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝑀 ∈ ℝ)
27 peano2re 8469 . . . . . . . . 9 (𝑀 ∈ ℝ → (𝑀 + 1) ∈ ℝ)
2826, 27syl 14 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝑀 + 1) ∈ ℝ)
29 elfzelz 10445 . . . . . . . . . 10 (𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁) → 𝑖 ∈ ℤ)
3029adantl 277 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝑖 ∈ ℤ)
3130zred 9779 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝑖 ∈ ℝ)
3226lep1d 9269 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝑀 ≤ (𝑀 + 1))
33 elfzle1 10448 . . . . . . . . 9 (𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁) → (𝑀 + 1) ≤ 𝑖)
3433adantl 277 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝑀 + 1) ≤ 𝑖)
3526, 28, 31, 32, 34letrd 8457 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝑀 ≤ 𝑖)
36 znn0sub 9721 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑖 ∈ ℤ) → (𝑀 ≤ 𝑖 ↔ (𝑖 − 𝑀) ∈ ℕ0))
3718, 29, 36syl2an 289 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝑀 ≤ 𝑖 ↔ (𝑖 − 𝑀) ∈ ℕ0))
3835, 37mpbid 147 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝑖 − 𝑀) ∈ ℕ0)
3924, 38reexpcld 11149 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) ∈ ℝ)
4022, 39fsumrecl 12193 . . . 4 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) ∈ ℝ)
4117, 40remulcld 8362 . . 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)
4423, 43elrpd 10111 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
4544reclt1d 10128 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐴 < 1 ↔ 1 < (1 / 𝐴)))
4642, 45mpbid 147 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 1 < (1 / 𝐴))
47 1re 8331 . . . . . . . . . . 11 1 ∈ ℝ
4844rprecred 10126 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (1 / 𝐴) ∈ ℝ)
49 difrp 10110 . . . . . . . . . . 11 ((1 ∈ ℝ ∧ (1 / 𝐴) ∈ ℝ) → (1 < (1 / 𝐴) ↔ ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ+))
5047, 48, 49sylancr 418 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (1 < (1 / 𝐴) ↔ ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ+))
5146, 50mpbid 147 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((1 / 𝐴) − 1) ∈ ℝ+)
5251rpreccld 10125 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1 / ((1 / 𝐴) − 1)) ∈ ℝ+)
5352, 44rpdivcld 10132 . . . . . . 7 (𝜑 → ((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) ∈ ℝ+)
54 fveq2 5698 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 = 1 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘1))
5554eleq1d 2307 . . . . . . . . . 10 (𝑘 = 1 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘1) ∈ ℂ))
56 1nn 9324 . . . . . . . . . . 11 1 ∈ ℕ
5756a1i 9 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 1 ∈ ℕ)
5855, 15, 57rspcdva 2934 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐹‘1) ∈ ℂ)
5958abscld 11970 . . . . . . . 8 (𝜑 → (abs‘(𝐹‘1)) ∈ ℝ)
6058absge0d 11973 . . . . . . . 8 (𝜑 → 0 ≤ (abs‘(𝐹‘1)))
6159, 60ge0p1rpd 10145 . . . . . . 7 (𝜑 → ((abs‘(𝐹‘1)) + 1) ∈ ℝ+)
6253, 61rpmulcld 10131 . . . . . 6 (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) ∈ ℝ+)
6362rpred 10114 . . . . 5 (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) ∈ ℝ)
6463, 5nndivred 9363 . . . 4 (𝜑 → ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀) ∈ ℝ)
65 1red 8347 . . . . . . . 8 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
6665, 23resubcld 8715 . . . . . . 7 (𝜑 → (1 − 𝐴) ∈ ℝ)
6723, 65posdifd 8867 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐴 < 1 ↔ 0 < (1 − 𝐴)))
6842, 67mpbid 147 . . . . . . 7 (𝜑 → 0 < (1 − 𝐴))
6966, 68elrpd 10111 . . . . . 6 (𝜑 → (1 − 𝐴) ∈ ℝ+)
7044, 69rpdivcld 10132 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 / (1 − 𝐴)) ∈ ℝ+)
7170rpred 10114 . . . 4 (𝜑 → (𝐴 / (1 − 𝐴)) ∈ ℝ)
7264, 71remulcld 8362 . . 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))))
7423, 42, 43, 3, 73, 5, 6cvgratnnlemseq 12318 . . . . 5 (𝜑 → ((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀)) = Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐹‘𝑖))
7574fveq2d 5702 . . . 4 (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) = (abs‘Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐹‘𝑖)))
7623, 42, 43, 3, 73, 5, 6cvgratnnlemabsle 12319 . . . 4 (𝜑 → (abs‘Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐹‘𝑖)) ≤ ((abs‘(𝐹‘𝑀)) · Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀))))
7775, 76eqbrtrd 4153 . . 3 (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) ≤ ((abs‘(𝐹‘𝑀)) · Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀))))
7816absge0d 11973 . . . 4 (𝜑 → 0 ≤ (abs‘(𝐹‘𝑀)))
7923, 42, 43, 3, 73, 5cvgratnnlemfm 12321 . . . 4 (𝜑 → (abs‘(𝐹‘𝑀)) < ((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀))
8044adantr 276 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 𝐴 ∈ ℝ+)
8138nn0zd 9777 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝑖 − 𝑀) ∈ ℤ)
8280, 81rpexpcld 11156 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → (𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) ∈ ℝ+)
8382rpge0d 10118 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)) → 0 ≤ (𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
8422, 39, 83fsumge0 12251 . . . 4 (𝜑 → 0 ≤ Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
8523, 42, 43, 3, 73, 5, 6cvgratnnlemsumlt 12320 . . . 4 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))
8617, 64, 40, 71, 78, 79, 84, 85ltmul12ad 9279 . . 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))))
8712, 41, 72, 77, 86lelttrd 8458 . 2 (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) < (((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) / 𝑀) · (𝐴 / (1 − 𝐴))))
8863recnd 8360 . . 3 (𝜑 → (((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) ∈ ℂ)
8971recnd 8360 . . 3 (𝜑 → (𝐴 / (1 − 𝐴)) ∈ ℂ)
905nncnd 9327 . . 3 (𝜑 → 𝑀 ∈ ℂ)
915nnap0d 9359 . . 3 (𝜑 → 𝑀 # 0)
9288, 89, 90, 91div23apd 9166 . 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))))
9387, 92breqtrrd 4159 1 (𝜑 → (abs‘((seq1( + , 𝐹)‘𝑁) − (seq1( + , 𝐹)‘𝑀))) < (((((1 / ((1 / 𝐴) − 1)) / 𝐴) · ((abs‘(𝐹‘1)) + 1)) · (𝐴 / (1 − 𝐴))) / 𝑀))
Colors of variables:    wff set class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1402   ∈ wcel 2209   class class class wbr 4131  ‘cfv 5380  (class class class)co 6088  ℂcc 8183  ℝcr 8184  0cc0 8185  1c1 8186   + caddc 8188   · cmul 8190   < clt 8366   ≤ cle 8367   − cmin 8504   / cdiv 9010  ℕcn 9313  ℕ0cn0 9574  ℤcz 9655  ℤ≥cuz 9937  ℝ+crp 10071  ...cfz 10428  seqcseq 10905  ↑cexp 10996  abscabs 11785  Σcsu 12144
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4248  ax-sep 4251  ax-nul 4261  ax-pow 4313  ax-pr 4348  ax-un 4580  ax-setind 4686  ax-iinf 4737  ax-cnex 8276  ax-resscn 8277  ax-1cn 8278  ax-1re 8279  ax-icn 8280  ax-addcl 8281  ax-addrcl 8282  ax-mulcl 8283  ax-mulrcl 8284  ax-addcom 8285  ax-mulcom 8286  ax-addass 8287  ax-mulass 8288  ax-distr 8289  ax-i2m1 8290  ax-0lt1 8291  ax-1rid 8292  ax-0id 8293  ax-rnegex 8294  ax-precex 8295  ax-cnre 8296  ax-pre-ltirr 8297  ax-pre-ltwlin 8298  ax-pre-lttrn 8299  ax-pre-apti 8300  ax-pre-ltadd 8301  ax-pre-mulgt0 8302  ax-pre-mulext 8303  ax-arch 8304  ax-caucvg 8305
This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-br 4132  df-opab 4194  df-mpt 4195  df-tr 4232  df-id 4440  df-po 4443  df-iso 4444  df-iord 4513  df-on 4515  df-ilim 4516  df-suc 4518  df-iom 4740  df-xp 4782  df-rel 4783  df-cnv 4784  df-co 4785  df-dm 4786  df-rn 4787  df-res 4788  df-ima 4789  df-iota 5340  df-fun 5382  df-fn 5383  df-f 5384  df-f1 5385  df-fo 5386  df-f1o 5387  df-fv 5388  df-isom 5389  df-riota 6041  df-ov 6091  df-oprab 6092  df-mpo 6093  df-1st 6378  df-2nd 6379  df-recs 6580  df-irdg 6645  df-frec 6666  df-1o 6691  df-oadd 6695  df-er 6811  df-en 7027  df-dom 7028  df-fin 7029  df-pnf 8368  df-mnf 8369  df-xr 8370  df-ltxr 8371  df-le 8372  df-sub 8506  df-neg 8507  df-reap 8911  df-ap 8918  df-div 9011  df-inn 9314  df-2 9372  df-3 9373  df-4 9374  df-n0 9575  df-z 9656  df-uz 9938  df-q 10036  df-rp 10072  df-ico 10313  df-fz 10429  df-fzo 10567  df-seqfrec 10906  df-exp 10997  df-ihash 11237  df-cj 11629  df-re 11630  df-im 11631  df-rsqrt 11786  df-abs 11787  df-clim 12070  df-sumdc 12145
This theorem is used by:  cvgratnn  12323
  Copyright terms: Public domain W3C validator