Theorem mertenslemub 11335

Description: Lemma for mertensabs 11338. 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 2147	. . . . . . 7 ⊢ (𝑧 = 𝑋 → (𝑧 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)) ↔ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘))))
3	2	rexbidv 2439	. . . . . 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 2835	. . . . 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 146	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)))
8		fvoveq1 5805	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (ℤ≥‘(𝑛 + 1)) = (ℤ≥‘(𝑎 + 1)))
9	8	sumeq1d 11167	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘) = Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘))
10	9	fveq2d 5433	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)) = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))
11	10	eqeq2d 2152	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑎 → (𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)) ↔ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘))))
12	11	cbvrexv 2658	. . 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 121	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1))𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))
14		simprr 522	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))
15		0zd 9090	. . . . 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 274	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 𝑆 ∈ ℕ)
18	17	nnzd 9196	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 𝑆 ∈ ℤ)
19		1zzd 9105	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → 1 ∈ ℤ)
20	18, 19	zsubcld 9202	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → (𝑆 − 1) ∈ ℤ)
21	15, 20	fzfigd 10235	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ (0...(𝑆 − 1)) ∧ 𝑋 = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑎 + 1))(𝐺‘𝑘)))) → (0...(𝑆 − 1)) ∈ Fin)
22		eqid 2140	. . . . . . 7 ⊢ (ℤ≥‘(𝑛 + 1)) = (ℤ≥‘(𝑛 + 1))
23		elfzelz 9837	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1)) → 𝑛 ∈ ℤ)
24	23	adantl 275	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → 𝑛 ∈ ℤ)
25	24	peano2zd 9200	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → (𝑛 + 1) ∈ ℤ)
26		eqidd 2141	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → (𝐺‘𝑘) = (𝐺‘𝑘))
27		simpll 519	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → 𝜑)
28		elfznn0 9925	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1)) → 𝑛 ∈ ℕ0)
29	28	ad2antlr 481	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → 𝑛 ∈ ℕ0)
30		peano2nn0 9041	. . . . . . . . . 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 9420	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑛 + 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
33	31, 32	sylancom 417	. . . . . . . 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 2217	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
37	27, 33, 36	syl2anc 409	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))) → (𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
38		mertenslemub.cvg	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
39	38	adantr 274	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
40		nn0uz 9384	. . . . . . . . 9 ⊢ ℕ0 = (ℤ≥‘0)
41	28	adantl 275	. . . . . . . . . 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 469	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
44	40, 42, 43	iserex 11140	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → (seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ↔ seq(𝑛 + 1)( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ))
45	39, 44	mpbid 146	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → seq(𝑛 + 1)( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
46	22, 25, 26, 37, 45	isumcl 11226	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))) → Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘) ∈ ℂ)
47	46	adantlr 469	. . . . 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 10985	. . . 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 10988	. . . 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 521	. . . 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 11262	. . 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 3958	. 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 2557	1 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ≤ Σ𝑛 ∈ (0...(𝑆 − 1))(abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ≥‘(𝑛 + 1))(𝐺‘𝑘)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   = wceq 1332   ∈ wcel 1481  {cab 2126  ∃wrex 2418   class class class wbr 3937  dom cdm 4547  ‘cfv 5131  (class class class)co 5782  ℂcc 7642  0cc0 7644  1c1 7645   + caddc 7647   ≤ cle 7825   − cmin 7957  ℕcn 8744  ℕ₀cn0 9001  ℤcz 9078  ℤ_≥cuz 9350  ...cfz 9821  seqcseq 10249  abscabs 10801   ⇝ cli 11079  Σcsu 11154

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1424  ax-7 1425  ax-gen 1426  ax-ie1 1470  ax-ie2 1471  ax-8 1483  ax-10 1484  ax-11 1485  ax-i12 1486  ax-bndl 1487  ax-4 1488  ax-13 1492  ax-14 1493  ax-17 1507  ax-i9 1511  ax-ial 1515  ax-i5r 1516  ax-ext 2122  ax-coll 4051  ax-sep 4054  ax-nul 4062  ax-pow 4106  ax-pr 4139  ax-un 4363  ax-setind 4460  ax-iinf 4510  ax-cnex 7735  ax-resscn 7736  ax-1cn 7737  ax-1re 7738  ax-icn 7739  ax-addcl 7740  ax-addrcl 7741  ax-mulcl 7742  ax-mulrcl 7743  ax-addcom 7744  ax-mulcom 7745  ax-addass 7746  ax-mulass 7747  ax-distr 7748  ax-i2m1 7749  ax-0lt1 7750  ax-1rid 7751  ax-0id 7752  ax-rnegex 7753  ax-precex 7754  ax-cnre 7755  ax-pre-ltirr 7756  ax-pre-ltwlin 7757  ax-pre-lttrn 7758  ax-pre-apti 7759  ax-pre-ltadd 7760  ax-pre-mulgt0 7761  ax-pre-mulext 7762  ax-arch 7763  ax-caucvg 7764

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 821  df-3or 964  df-3an 965  df-tru 1335  df-fal 1338  df-nf 1438  df-sb 1737  df-eu 2003  df-mo 2004  df-clab 2127  df-cleq 2133  df-clel 2136  df-nfc 2271  df-ne 2310  df-nel 2405  df-ral 2422  df-rex 2423  df-reu 2424  df-rmo 2425  df-rab 2426  df-v 2691  df-sbc 2914  df-csb 3008  df-dif 3078  df-un 3080  df-in 3082  df-ss 3089  df-nul 3369  df-if 3480  df-pw 3517  df-sn 3538  df-pr 3539  df-op 3541  df-uni 3745  df-int 3780  df-iun 3823  df-br 3938  df-opab 3998  df-mpt 3999  df-tr 4035  df-id 4223  df-po 4226  df-iso 4227  df-iord 4296  df-on 4298  df-ilim 4299  df-suc 4301  df-iom 4513  df-xp 4553  df-rel 4554  df-cnv 4555  df-co 4556  df-dm 4557  df-rn 4558  df-res 4559  df-ima 4560  df-iota 5096  df-fun 5133  df-fn 5134  df-f 5135  df-f1 5136  df-fo 5137  df-f1o 5138  df-fv 5139  df-isom 5140  df-riota 5738  df-ov 5785  df-oprab 5786  df-mpo 5787  df-1st 6046  df-2nd 6047  df-recs 6210  df-irdg 6275  df-frec 6296  df-1o 6321  df-oadd 6325  df-er 6437  df-en 6643  df-dom 6644  df-fin 6645  df-pnf 7826  df-mnf 7827  df-xr 7828  df-ltxr 7829  df-le 7830  df-sub 7959  df-neg 7960  df-reap 8361  df-ap 8368  df-div 8457  df-inn 8745  df-2 8803  df-3 8804  df-4 8805  df-n0 9002  df-z 9079  df-uz 9351  df-q 9439  df-rp 9471  df-ico 9707  df-fz 9822  df-fzo 9951  df-seqfrec 10250  df-exp 10324  df-ihash 10554  df-cj 10646  df-re 10647  df-im 10648  df-rsqrt 10802  df-abs 10803  df-clim 11080  df-sumdc 11155

This theorem is referenced by:  mertenslem2  11337