Theorem mertenslemub 11526

Description: Lemma for mertensabs 11529. 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 2884	. . . . 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 5892	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (ℤ≥‘(𝑛 + 1)) = (ℤ≥‘(𝑎 + 1)))
9	8	sumeq1d 11358	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘) = Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘))
10	9	fveq2d 5515	. . . . 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 2704	. . 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 9254	. . . . 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 9363	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 𝑆 ∈ ℤ)
19		1zzd 9269	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 1 ∈ ℤ)
20	18, 19	zsubcld 9369	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → (𝑆 − 1) ∈ ℤ)
21	15, 20	fzfigd 10417	. . . 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 10011	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1)) → 𝑛 ∈ ℤ)
24	23	adantl 277	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → 𝑛 ∈ ℤ)
25	24	peano2zd 9367	. . . . . . 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 10100	. . . . . . . . . . 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 9205	. . . . . . . . . 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 9588	. . . . . . . . 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 9551	. . . . . . . . 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 11331	. . . . . . . 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 11417	. . . . . 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 11174	. . . 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 11177	. . . 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 11453	. . 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 4022	. 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 4000  dom cdm 4623  ‘cfv 5212  (class class class)co 5869  ℂcc 7800  0cc0 7802  1c1 7803   + caddc 7805   ≤ cle 7983   − cmin 8118  ℕcn 8908  ℕ₀cn0 9165  ℤcz 9242  ℤ_≥cuz 9517  ...cfz 9995  seqcseq 10431  abscabs 10990   ⇝ cli 11270  Σcsu 11345

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 4115  ax-sep 4118  ax-nul 4126  ax-pow 4171  ax-pr 4206  ax-un 4430  ax-setind 4533  ax-iinf 4584  ax-cnex 7893  ax-resscn 7894  ax-1cn 7895  ax-1re 7896  ax-icn 7897  ax-addcl 7898  ax-addrcl 7899  ax-mulcl 7900  ax-mulrcl 7901  ax-addcom 7902  ax-mulcom 7903  ax-addass 7904  ax-mulass 7905  ax-distr 7906  ax-i2m1 7907  ax-0lt1 7908  ax-1rid 7909  ax-0id 7910  ax-rnegex 7911  ax-precex 7912  ax-cnre 7913  ax-pre-ltirr 7914  ax-pre-ltwlin 7915  ax-pre-lttrn 7916  ax-pre-apti 7917  ax-pre-ltadd 7918  ax-pre-mulgt0 7919  ax-pre-mulext 7920  ax-arch 7921  ax-caucvg 7922

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 2739  df-sbc 2963  df-csb 3058  df-dif 3131  df-un 3133  df-in 3135  df-ss 3142  df-nul 3423  df-if 3535  df-pw 3576  df-sn 3597  df-pr 3598  df-op 3600  df-uni 3808  df-int 3843  df-iun 3886  df-br 4001  df-opab 4062  df-mpt 4063  df-tr 4099  df-id 4290  df-po 4293  df-iso 4294  df-iord 4363  df-on 4365  df-ilim 4366  df-suc 4368  df-iom 4587  df-xp 4629  df-rel 4630  df-cnv 4631  df-co 4632  df-dm 4633  df-rn 4634  df-res 4635  df-ima 4636  df-iota 5174  df-fun 5214  df-fn 5215  df-f 5216  df-f1 5217  df-fo 5218  df-f1o 5219  df-fv 5220  df-isom 5221  df-riota 5825  df-ov 5872  df-oprab 5873  df-mpo 5874  df-1st 6135  df-2nd 6136  df-recs 6300  df-irdg 6365  df-frec 6386  df-1o 6411  df-oadd 6415  df-er 6529  df-en 6735  df-dom 6736  df-fin 6737  df-pnf 7984  df-mnf 7985  df-xr 7986  df-ltxr 7987  df-le 7988  df-sub 8120  df-neg 8121  df-reap 8522  df-ap 8529  df-div 8619  df-inn 8909  df-2 8967  df-3 8968  df-4 8969  df-n0 9166  df-z 9243  df-uz 9518  df-q 9609  df-rp 9641  df-ico 9881  df-fz 9996  df-fzo 10129  df-seqfrec 10432  df-exp 10506  df-ihash 10740  df-cj 10835  df-re 10836  df-im 10837  df-rsqrt 10991  df-abs 10992  df-clim 11271  df-sumdc 11346

This theorem is referenced by:  mertenslem2  11528