Theorem cvgratnnlemsumlt 12311

Description: Lemma for cvgratnn 12314. (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 9771	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
3		1zzd 9675	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
4		cvgratnn.n	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
5		eluzelz 9940	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑁 ∈ ℤ)
6	4, 5	syl 14	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
7	6, 2	zsubcld 9777	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 𝑀) ∈ ℤ)
8		cvgratnn.3	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
9	8	recnd 8354	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
10	9	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))) → 𝐴 ∈ ℂ)
11		elfznn 10470	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀)) → 𝑘 ∈ ℕ)
12	11	adantl 277	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))) → 𝑘 ∈ ℕ)
13	12	nnnn0d 9624	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
14	10, 13	expcld 11124	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))) → (𝐴↑𝑘) ∈ ℂ)
15		oveq2 6093	. . . 4 ⊢ (𝑘 = (𝑖 − 𝑀) → (𝐴↑𝑘) = (𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
16	2, 3, 7, 14, 15	fsumshft 12227	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))(𝐴↑𝑘) = Σ𝑖 ∈ ((1 + 𝑀)...((𝑁 − 𝑀) + 𝑀))(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
17		1cnd 8342	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
18	1	nncnd 9320	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℂ)
19	17, 18	addcomd 8478	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (1 + 𝑀) = (𝑀 + 1))
20	6	zcnd 9773	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℂ)
21	20, 18	npcand 8642	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 − 𝑀) + 𝑀) = 𝑁)
22	19, 21	oveq12d 6103	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((1 + 𝑀)...((𝑁 − 𝑀) + 𝑀)) = ((𝑀 + 1)...𝑁))
23	22	sumeq1d 12148	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((1 + 𝑀)...((𝑁 − 𝑀) + 𝑀))(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) = Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
24	16, 23	eqtrd 2271	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))(𝐴↑𝑘) = Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)))
25		fzval3 10632	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 − 𝑀) ∈ ℤ → (1...(𝑁 − 𝑀)) = (1..^((𝑁 − 𝑀) + 1)))
26	25	sumeq1d 12148	. . . 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 8341	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
29		cvgratnn.4	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 1)
30	8, 28, 29	ltapd 8968	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 # 1)
31		1nn0 9583	. . . . . 6 ⊢ 1 ∈ ℕ0
32	31	a1i 9	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℕ0)
33	7	peano2zd 9775	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 − 𝑀) + 1) ∈ ℤ)
34		eluzle 9943	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑀 ≤ 𝑁)
35	4, 34	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≤ 𝑁)
36	6	zred 9772	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℝ)
37	1	nnred 9319	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℝ)
38	36, 37	subge0d 8864	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (0 ≤ (𝑁 − 𝑀) ↔ 𝑀 ≤ 𝑁))
39	35, 38	mpbird 167	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ (𝑁 − 𝑀))
40	7	zred 9772	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 𝑀) ∈ ℝ)
41	28, 40	addge02d 8863	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (0 ≤ (𝑁 − 𝑀) ↔ 1 ≤ ((𝑁 − 𝑀) + 1)))
42	39, 41	mpbid 147	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1 ≤ ((𝑁 − 𝑀) + 1))
43		eluz2 9936	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 − 𝑀) + 1) ∈ (ℤ≥‘1) ↔ (1 ∈ ℤ ∧ ((𝑁 − 𝑀) + 1) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ ((𝑁 − 𝑀) + 1)))
44	3, 33, 42, 43	syl3anbrc 1212	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 − 𝑀) + 1) ∈ (ℤ≥‘1))
45	9, 30, 32, 44	geosergap 12289	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1..^((𝑁 − 𝑀) + 1))(𝐴↑𝑘) = (((𝐴↑1) − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) / (1 − 𝐴)))
46	9	exp1d 11119	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑1) = 𝐴)
47	46, 8	eqeltrd 2315	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑1) ∈ ℝ)
48		cvgratnn.gt0	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 0 < 𝐴)
49	8, 48	elrpd 10104	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
50	49, 33	rpexpcld 11148	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1)) ∈ ℝ+)
51	50	rpred 10107	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1)) ∈ ℝ)
52	47, 51	resubcld 8709	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑1) − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) ∈ ℝ)
53	28, 8	resubcld 8709	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (1 − 𝐴) ∈ ℝ)
54	8, 28	posdifd 8861	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐴 < 1 ↔ 0 < (1 − 𝐴)))
55	29, 54	mpbid 147	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 0 < (1 − 𝐴))
56	53, 55	elrpd 10104	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (1 − 𝐴) ∈ ℝ+)
57	46	oveq1d 6100	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑1) − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) = (𝐴 − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))))
58	8, 50	ltsubrpd 10140	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴 − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) < 𝐴)
59	57, 58	eqbrtrd 4152	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑1) − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) < 𝐴)
60	52, 8, 56, 59	ltdiv1dd 10165	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (((𝐴↑1) − (𝐴↑((𝑁 − 𝑀) + 1))) / (1 − 𝐴)) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))
61	45, 60	eqbrtrd 4152	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1..^((𝑁 − 𝑀) + 1))(𝐴↑𝑘) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))
62	27, 61	eqbrtrd 4152	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 𝑀))(𝐴↑𝑘) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))
63	24, 62	eqbrtrrd 4154	1 ⊢ (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((𝑀 + 1)...𝑁)(𝐴↑(𝑖 − 𝑀)) < (𝐴 / (1 − 𝐴)))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 104   = wceq 1402   ∈ wcel 2209   class class class wbr 4130  ‘cfv 5377  (class class class)co 6085  ℂcc 8177  ℝcr 8178  0cc0 8179  1c1 8180   + caddc 8182   · cmul 8184   < clt 8360   ≤ cle 8361   − cmin 8498   / cdiv 9004  ℕcn 9306  ℕ₀cn0 9567  ℤcz 9648  ℤ_≥cuz 9930  ...cfz 10421  ..^cfzo 10559  ↑cexp 10988  abscabs 11777  Σcsu 12135

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 4246  ax-sep 4249  ax-nul 4259  ax-pow 4311  ax-pr 4346  ax-un 4578  ax-setind 4684  ax-iinf 4735  ax-cnex 8270  ax-resscn 8271  ax-1cn 8272  ax-1re 8273  ax-icn 8274  ax-addcl 8275  ax-addrcl 8276  ax-mulcl 8277  ax-mulrcl 8278  ax-addcom 8279  ax-mulcom 8280  ax-addass 8281  ax-mulass 8282  ax-distr 8283  ax-i2m1 8284  ax-0lt1 8285  ax-1rid 8286  ax-0id 8287  ax-rnegex 8288  ax-precex 8289  ax-cnre 8290  ax-pre-ltirr 8291  ax-pre-ltwlin 8292  ax-pre-lttrn 8293  ax-pre-apti 8294  ax-pre-ltadd 8295  ax-pre-mulgt0 8296  ax-pre-mulext 8297  ax-arch 8298  ax-caucvg 8299

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 4131  df-opab 4193  df-mpt 4194  df-tr 4230  df-id 4438  df-po 4441  df-iso 4442  df-iord 4511  df-on 4513  df-ilim 4514  df-suc 4516  df-iom 4738  df-xp 4780  df-rel 4781  df-cnv 4782  df-co 4783  df-dm 4784  df-rn 4785  df-res 4786  df-ima 4787  df-iota 5337  df-fun 5379  df-fn 5380  df-f 5381  df-f1 5382  df-fo 5383  df-f1o 5384  df-fv 5385  df-isom 5386  df-riota 6038  df-ov 6088  df-oprab 6089  df-mpo 6090  df-1st 6374  df-2nd 6375  df-recs 6576  df-irdg 6641  df-frec 6662  df-1o 6687  df-oadd 6691  df-er 6807  df-en 7023  df-dom 7024  df-fin 7025  df-pnf 8362  df-mnf 8363  df-xr 8364  df-ltxr 8365  df-le 8366  df-sub 8500  df-neg 8501  df-reap 8905  df-ap 8912  df-div 9005  df-inn 9307  df-2 9365  df-3 9366  df-4 9367  df-n0 9568  df-z 9649  df-uz 9931  df-q 10029  df-rp 10065  df-fz 10422  df-fzo 10560  df-seqfrec 10898  df-exp 10989  df-ihash 11229  df-cj 11621  df-re 11622  df-im 11623  df-rsqrt 11778  df-abs 11779  df-clim 12061  df-sumdc 12136

This theorem is used by:  cvgratnnlemrate  12313