Theorem cvgratnnlemsumlt 11710

Description: Lemma for cvgratnn 11713. (Contributed by Jim Kingdon, 23-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))))
cvgratnn.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
cvgratnn.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀))

Assertion

Ref	Expression
cvgratnnlemsumlt	⊢ (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))

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

Allowed substitution hint:   𝐹(𝑖)

Proof of Theorem cvgratnnlemsumlt

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cvgratnn.m	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
2	1	nnzd 9464	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
3		1zzd 9370	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
4		cvgratnn.n	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
5		eluzelz 9627	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑁 ∈ ℤ)
6	4, 5	syl 14	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
7	6, 2	zsubcld 9470	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 𝑀) ∈ ℤ)
8		cvgratnn.3	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
9	8	recnd 8072	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
10	9	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))) → 𝐴 ∈ ℂ)
11		elfznn 10146	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀)) → 𝑘 ∈ ℕ)
12	11	adantl 277	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))) → 𝑘 ∈ ℕ)
13	12	nnnn0d 9319	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
14	10, 13	expcld 10782	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))) → (𝐴↑𝑘) ∈ ℂ)
15		oveq2 5933	. . . 4 ⊢ (𝑘 = (𝑖 − 𝑀) → (𝐴↑𝑘) = (𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
16	2, 3, 7, 14, 15	fsumshft 11626	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))(𝐴↑𝑘) = Σ𝑖 ∈ ((1 + 𝑀)...((𝑁 − 𝑀) + 𝑀))(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
17		1cnd 8059	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
18	1	nncnd 9021	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℂ)
19	17, 18	addcomd 8194	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (1 + 𝑀) = (𝑀 + 1))
20	6	zcnd 9466	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℂ)
21	20, 18	npcand 8358	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 − 𝑀) + 𝑀) = 𝑁)
22	19, 21	oveq12d 5943	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((1 + 𝑀)...((𝑁 − 𝑀) + 𝑀)) = ((𝑀 + 1)...𝑁))
23	22	sumeq1d 11548	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((1 + 𝑀)...((𝑁 − 𝑀) + 𝑀))(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) = Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
24	16, 23	eqtrd 2229	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))(𝐴↑𝑘) = Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
25		fzval3 10297	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 − 𝑀) ∈ ℤ → (1...(𝑁 − 𝑀)) = (1..^((𝑁 − 𝑀) + 1)))
26	25	sumeq1d 11548	. . . 4 ⊢ ((𝑁 − 𝑀) ∈ ℤ → Σ𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))(𝐴↑𝑘) = Σ𝑘 ∈ (1..^((𝑁 − 𝑀) + 1))(𝐴↑𝑘))
27	7, 26	syl 14	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))(𝐴↑𝑘) = Σ𝑘 ∈ (1..^((𝑁 − 𝑀) + 1))(𝐴↑𝑘))
28		1red 8058	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
29		cvgratnn.4	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 1)
30	8, 28, 29	ltapd 8682	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 # 1)
31		1nn0 9282	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℕ0
32	31	a1i 9	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℕ0)
33	7	peano2zd 9468	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 − 𝑀) + 1) ∈ ℤ)
34		eluzle 9630	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑀 ≤ 𝑁)
35	4, 34	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≤ 𝑁)
36	6	zred 9465	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℝ)
37	1	nnred 9020	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℝ)
38	36, 37	subge0d 8579	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (0 ≤ (𝑁 − 𝑀) ↔ 𝑀 ≤ 𝑁))
39	35, 38	mpbird 167	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ (𝑁 − 𝑀))
40	7	zred 9465	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 𝑀) ∈ ℝ)
41	28, 40	addge02d 8578	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (0 ≤ (𝑁 − 𝑀) ↔ 1 ≤ ((𝑁 − 𝑀) + 1)))
42	39, 41	mpbid 147	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1 ≤ ((𝑁 − 𝑀) + 1))
43		eluz2 9624	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 − 𝑀) + 1) ∈ (ℤ≥‘1) ↔ (1 ∈ ℤ ∧ ((𝑁 − 𝑀) + 1) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ ((𝑁 − 𝑀) + 1)))
44	3, 33, 42, 43	syl3anbrc 1183	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 − 𝑀) + 1) ∈ (ℤ≥‘1))
45	9, 30, 32, 44	geosergap 11688	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1..^((𝑁 − 𝑀) + 1))(𝐴↑𝑘) = (((𝐴↑1) − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) / (1 − 𝐴)))
46	9	exp1d 10777	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑1) = 𝐴)
47	46, 8	eqeltrd 2273	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑1) ∈ ℝ)
48		cvgratnn.gt0	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 0 < 𝐴)
49	8, 48	elrpd 9785	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
50	49, 33	rpexpcld 10806	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1)) ∈ ℝ+)
51	50	rpred 9788	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1)) ∈ ℝ)
52	47, 51	resubcld 8424	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑1) − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) ∈ ℝ)
53	28, 8	resubcld 8424	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (1 − 𝐴) ∈ ℝ)
54	8, 28	posdifd 8576	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴 < 1 ↔ 0 < (1 − 𝐴)))
55	29, 54	mpbid 147	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 0 < (1 − 𝐴))
56	53, 55	elrpd 9785	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (1 − 𝐴) ∈ ℝ+)
57	46	oveq1d 5940	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑1) − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) = (𝐴 − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))))
58	8, 50	ltsubrpd 9821	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴 − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) < 𝐴)
59	57, 58	eqbrtrd 4056	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑1) − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) < 𝐴)
60	52, 8, 56, 59	ltdiv1dd 9846	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (((𝐴↑1) − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) / (1 − 𝐴)) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))
61	45, 60	eqbrtrd 4056	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1..^((𝑁 − 𝑀) + 1))(𝐴↑𝑘) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))
62	27, 61	eqbrtrd 4056	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))(𝐴↑𝑘) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))
63	24, 62	eqbrtrrd 4058	1 ⊢ (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1364   ∈ wcel 2167   class class class wbr 4034  ‘cfv 5259  (class class class)co 5925  ℂcc 7894  ℝcr 7895  0cc0 7896  1c1 7897   + caddc 7899   · cmul 7901   < clt 8078   ≤ cle 8079   − cmin 8214   / cdiv 8716  ℕcn 9007  ℕ₀cn0 9266  ℤcz 9343  ℤ_≥cuz 9618  ...cfz 10100  ..^cfzo 10234  ↑cexp 10647  abscabs 11179  Σcsu 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-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:  cvgratnnlemrate  11712