Theorem mertenslemub 11544

Description: Lemma for mertensabs 11547. An upper bound for 𝑇. (Contributed by Jim Kingdon, 3-Dec-2022.)

Hypotheses

Ref	Expression
mertenslemub.gb	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐺‘𝑘) = 𝐵)
mertenslemub.b	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐵 ∈ ℂ)
mertenslemub.cvg	⊢ (𝜑 → seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
mertenslemub.t	⊢ 𝑇 = {𝑧 ∣ ∃𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑧 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘))}
mertenslemub.elt	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑇)
mertenslemub.s	⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℕ)

Assertion

Ref	Expression
mertenslemub	⊢ (𝜑 → 𝑋 ≤ Σ𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))(abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)))

Distinct variable groups:   𝑘,𝐺,𝑛,𝑧   𝑆,𝑘,𝑛,𝑧   𝑛,𝑋,𝑧   𝜑,𝑘,𝑛

Allowed substitution hints:   𝜑(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 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑇)
2		eqeq1 2184	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝑋 → (𝑧 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)) ↔ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘))))
3	2	rexbidv 2478	. . . . . 6 ⊢ (𝑧 = 𝑋 → (∃𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑧 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)) ↔ ∃𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘))))
4		mertenslemub.t	. . . . . 6 ⊢ 𝑇 = {𝑧 ∣ ∃𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑧 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘))}
5	3, 4	elab2g 2886	. . . . 5 ⊢ (𝑋 ∈ 𝑇 → (𝑋 ∈ 𝑇 ↔ ∃𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘))))
6	1, 5	syl 14	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑋 ∈ 𝑇 ↔ ∃𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘))))
7	1, 6	mpbid 147	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)))
8		fvoveq1 5900	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (ℤ≥‘(𝑛 + 1)) = (ℤ≥‘(𝑎 + 1)))
9	8	sumeq1d 11376	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘) = Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘))
10	9	fveq2d 5521	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)) = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))
11	10	eqeq2d 2189	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)) ↔ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘))))
12	11	cbvrexv 2706	. . 3 ⊢ (∃𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)) ↔ ∃𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))
13	7, 12	sylib 122	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))
14		simprr 531	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))
15		0zd 9267	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 0 ∈ ℤ)
16		mertenslemub.s	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℕ)
17	16	adantr 276	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 𝑆 ∈ ℕ)
18	17	nnzd 9376	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 𝑆 ∈ ℤ)
19		1zzd 9282	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 1 ∈ ℤ)
20	18, 19	zsubcld 9382	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → (𝑆 − 1) ∈ ℤ)
21	15, 20	fzfigd 10433	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → (0...(𝑆 − 1)) ∈ Fin)
22		eqid 2177	. . . . . . 7 ⊢ (ℤ≥‘(𝑛 + 1)) = (ℤ≥‘(𝑛 + 1))
23		elfzelz 10027	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1)) → 𝑛 ∈ ℤ)
24	23	adantl 277	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → 𝑛 ∈ ℤ)
25	24	peano2zd 9380	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → (𝑛 + 1) ∈ ℤ)
26		eqidd 2178	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → (𝐺‘𝑘) = (𝐺‘𝑘))
27		simpll 527	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → 𝜑)
28		elfznn0 10116	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1)) → 𝑛 ∈ ℕ0)
29	28	ad2antlr 489	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → 𝑛 ∈ ℕ0)
30		peano2nn0 9218	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (𝑛 + 1) ∈ ℕ0)
31	29, 30	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → (𝑛 + 1) ∈ ℕ0)
32		eluznn0 9601	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑛 + 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
33	31, 32	sylancom 420	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
34		mertenslemub.gb	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐺‘𝑘) = 𝐵)
35		mertenslemub.b	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐵 ∈ ℂ)
36	34, 35	eqeltrd 2254	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
37	27, 33, 36	syl2anc 411	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → (𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
38		mertenslemub.cvg	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
39	38	adantr 276	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
40		nn0uz 9564	. . . . . . . . 9 ⊢ ℕ0 = (ℤ≥‘0)
41	28	adantl 277	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → 𝑛 ∈ ℕ0)
42	41, 30	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → (𝑛 + 1) ∈ ℕ0)
43	36	adantlr 477	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
44	40, 42, 43	iserex 11349	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → (seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ↔ seq(𝑛 + 1)( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ))
45	39, 44	mpbid 147	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → seq(𝑛 + 1)( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
46	22, 25, 26, 37, 45	isumcl 11435	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
47	46	adantlr 477	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
48	47	abscld 11192	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)) ∈ ℝ)
49	47	absge0d 11195	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → 0 ≤ (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)))
50		simprl 529	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)))
51	21, 48, 49, 10, 50	fsumge1 11471	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)) ≤ Σ𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))(abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)))
52	14, 51	eqbrtrd 4027	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 𝑋 ≤ Σ𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))(abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)))
53	13, 52	rexlimddv 2599	1 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ≤ Σ𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))(abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   = wceq 1353   ∈ wcel 2148  {cab 2163  ∃wrex 2456   class class class wbr 4005  dom cdm 4628  ‘cfv 5218  (class class class)co 5877  ℂcc 7811  0cc0 7813  1c1 7814   + caddc 7816   ≤ cle 7995   − cmin 8130  ℕcn 8921  ℕ₀cn0 9178  ℤcz 9255  ℤ_≥cuz 9530  ...cfz 10010  seqcseq 10447  abscabs 11008   ⇝ cli 11288  Σcsu 11363

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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4120  ax-sep 4123  ax-nul 4131  ax-pow 4176  ax-pr 4211  ax-un 4435  ax-setind 4538  ax-iinf 4589  ax-cnex 7904  ax-resscn 7905  ax-1cn 7906  ax-1re 7907  ax-icn 7908  ax-addcl 7909  ax-addrcl 7910  ax-mulcl 7911  ax-mulrcl 7912  ax-addcom 7913  ax-mulcom 7914  ax-addass 7915  ax-mulass 7916  ax-distr 7917  ax-i2m1 7918  ax-0lt1 7919  ax-1rid 7920  ax-0id 7921  ax-rnegex 7922  ax-precex 7923  ax-cnre 7924  ax-pre-ltirr 7925  ax-pre-ltwlin 7926  ax-pre-lttrn 7927  ax-pre-apti 7928  ax-pre-ltadd 7929  ax-pre-mulgt0 7930  ax-pre-mulext 7931  ax-arch 7932  ax-caucvg 7933

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2741  df-sbc 2965  df-csb 3060  df-dif 3133  df-un 3135  df-in 3137  df-ss 3144  df-nul 3425  df-if 3537  df-pw 3579  df-sn 3600  df-pr 3601  df-op 3603  df-uni 3812  df-int 3847  df-iun 3890  df-br 4006  df-opab 4067  df-mpt 4068  df-tr 4104  df-id 4295  df-po 4298  df-iso 4299  df-iord 4368  df-on 4370  df-ilim 4371  df-suc 4373  df-iom 4592  df-xp 4634  df-rel 4635  df-cnv 4636  df-co 4637  df-dm 4638  df-rn 4639  df-res 4640  df-ima 4641  df-iota 5180  df-fun 5220  df-fn 5221  df-f 5222  df-f1 5223  df-fo 5224  df-f1o 5225  df-fv 5226  df-isom 5227  df-riota 5833  df-ov 5880  df-oprab 5881  df-mpo 5882  df-1st 6143  df-2nd 6144  df-recs 6308  df-irdg 6373  df-frec 6394  df-1o 6419  df-oadd 6423  df-er 6537  df-en 6743  df-dom 6744  df-fin 6745  df-pnf 7996  df-mnf 7997  df-xr 7998  df-ltxr 7999  df-le 8000  df-sub 8132  df-neg 8133  df-reap 8534  df-ap 8541  df-div 8632  df-inn 8922  df-2 8980  df-3 8981  df-4 8982  df-n0 9179  df-z 9256  df-uz 9531  df-q 9622  df-rp 9656  df-ico 9896  df-fz 10011  df-fzo 10145  df-seqfrec 10448  df-exp 10522  df-ihash 10758  df-cj 10853  df-re 10854  df-im 10855  df-rsqrt 11009  df-abs 11010  df-clim 11289  df-sumdc 11364

This theorem is referenced by:  mertenslem2  11546