Users' Mathboxes Mathbox for Jim Kingdon < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  trilpolemisumle GIF version

Theorem trilpolemisumle 13917
Description: Lemma for trilpo 13922. An upper bound for the sum of the digits beyond a certain point. (Contributed by Jim Kingdon, 28-Aug-2023.)
Hypotheses
Ref Expression
trilpolemgt1.f (𝜑𝐹:ℕ⟶{0, 1})
trilpolemgt1.a 𝐴 = Σ𝑖 ∈ ℕ ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖))
trilpolemisumle.z 𝑍 = (ℤ𝑀)
trilpolemisumle.m (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
Assertion
Ref Expression
trilpolemisumle (𝜑 → Σ𝑖𝑍 ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ Σ𝑖𝑍 (1 / (2↑𝑖)))
Distinct variable groups:   𝑖,𝐹   𝑖,𝑀   𝑖,𝑍   𝜑,𝑖
Allowed substitution hint:   𝐴(𝑖)

Proof of Theorem trilpolemisumle
Dummy variables 𝑛 𝑗 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 trilpolemisumle.z . 2 𝑍 = (ℤ𝑀)
2 trilpolemisumle.m . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
32nnzd 9312 . 2 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
41eleq2i 2233 . . . . 5 (𝑖𝑍𝑖 ∈ (ℤ𝑀))
54biimpi 119 . . . 4 (𝑖𝑍𝑖 ∈ (ℤ𝑀))
6 eluznn 9538 . . . 4 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝑖 ∈ ℕ)
72, 5, 6syl2an 287 . . 3 ((𝜑𝑖𝑍) → 𝑖 ∈ ℕ)
8 eqid 2165 . . . 4 (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))
9 oveq2 5850 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑖 → (2↑𝑛) = (2↑𝑖))
109oveq2d 5858 . . . . 5 (𝑛 = 𝑖 → (1 / (2↑𝑛)) = (1 / (2↑𝑖)))
11 fveq2 5486 . . . . 5 (𝑛 = 𝑖 → (𝐹𝑛) = (𝐹𝑖))
1210, 11oveq12d 5860 . . . 4 (𝑛 = 𝑖 → ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)) = ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)))
13 simpr 109 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → 𝑖 ∈ ℕ)
14 2rp 9594 . . . . . . . . 9 2 ∈ ℝ+
1514a1i 9 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℝ+)
1613nnzd 9312 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → 𝑖 ∈ ℤ)
1715, 16rpexpcld 10612 . . . . . . 7 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (2↑𝑖) ∈ ℝ+)
1817rpreccld 9643 . . . . . 6 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℝ+)
1918rpred 9632 . . . . 5 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℝ)
20 trilpolemgt1.f . . . . . . 7 (𝜑𝐹:ℕ⟶{0, 1})
21 0re 7899 . . . . . . . . 9 0 ∈ ℝ
22 1re 7898 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℝ
23 prssi 3731 . . . . . . . . 9 ((0 ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → {0, 1} ⊆ ℝ)
2421, 22, 23mp2an 423 . . . . . . . 8 {0, 1} ⊆ ℝ
2524a1i 9 . . . . . . 7 (𝜑 → {0, 1} ⊆ ℝ)
2620, 25fssd 5350 . . . . . 6 (𝜑𝐹:ℕ⟶ℝ)
2726ffvelrnda 5620 . . . . 5 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (𝐹𝑖) ∈ ℝ)
2819, 27remulcld 7929 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ∈ ℝ)
298, 12, 13, 28fvmptd3 5579 . . 3 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))‘𝑖) = ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)))
307, 29syldan 280 . 2 ((𝜑𝑖𝑍) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))‘𝑖) = ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)))
317, 28syldan 280 . 2 ((𝜑𝑖𝑍) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ∈ ℝ)
32 eqid 2165 . . . 4 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))
3332, 10, 13, 18fvmptd3 5579 . . 3 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))‘𝑖) = (1 / (2↑𝑖)))
347, 33syldan 280 . 2 ((𝜑𝑖𝑍) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))‘𝑖) = (1 / (2↑𝑖)))
357, 19syldan 280 . 2 ((𝜑𝑖𝑍) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℝ)
36 simpr 109 . . . . . . 7 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → (𝐹𝑖) = 0)
3736oveq2d 5858 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) = ((1 / (2↑𝑖)) · 0))
3818rpcnd 9634 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℂ)
3938adantr 274 . . . . . . 7 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℂ)
4039mul01d 8291 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → ((1 / (2↑𝑖)) · 0) = 0)
4137, 40eqtrd 2198 . . . . 5 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) = 0)
4218adantr 274 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℝ+)
4342rpge0d 9636 . . . . 5 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → 0 ≤ (1 / (2↑𝑖)))
4441, 43eqbrtrd 4004 . . . 4 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ (1 / (2↑𝑖)))
45 simpr 109 . . . . . . 7 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → (𝐹𝑖) = 1)
4645oveq2d 5858 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) = ((1 / (2↑𝑖)) · 1))
4738adantr 274 . . . . . . 7 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℂ)
4847mulid1d 7916 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → ((1 / (2↑𝑖)) · 1) = (1 / (2↑𝑖)))
4946, 48eqtrd 2198 . . . . 5 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) = (1 / (2↑𝑖)))
5019adantr 274 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℝ)
5150leidd 8412 . . . . 5 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → (1 / (2↑𝑖)) ≤ (1 / (2↑𝑖)))
5249, 51eqbrtrd 4004 . . . 4 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ (1 / (2↑𝑖)))
5320ffvelrnda 5620 . . . . 5 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (𝐹𝑖) ∈ {0, 1})
54 elpri 3599 . . . . 5 ((𝐹𝑖) ∈ {0, 1} → ((𝐹𝑖) = 0 ∨ (𝐹𝑖) = 1))
5553, 54syl 14 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝐹𝑖) = 0 ∨ (𝐹𝑖) = 1))
5644, 52, 55mpjaodan 788 . . 3 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ (1 / (2↑𝑖)))
577, 56syldan 280 . 2 ((𝜑𝑖𝑍) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ (1 / (2↑𝑖)))
5820, 8trilpolemclim 13915 . . 3 (𝜑 → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
59 nnuz 9501 . . . 4 ℕ = (ℤ‘1)
6029, 28eqeltrd 2243 . . . . 5 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))‘𝑖) ∈ ℝ)
6160recnd 7927 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))‘𝑖) ∈ ℂ)
6259, 2, 61iserex 11280 . . 3 (𝜑 → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))) ∈ dom ⇝ ↔ seq𝑀( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))) ∈ dom ⇝ ))
6358, 62mpbid 146 . 2 (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
64 seqex 10382 . . . 4 seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ V
65 rpreccl 9616 . . . . . . . 8 (2 ∈ ℝ+ → (1 / 2) ∈ ℝ+)
6614, 65ax-mp 5 . . . . . . 7 (1 / 2) ∈ ℝ+
6766a1i 9 . . . . . 6 (𝜑 → (1 / 2) ∈ ℝ+)
68 1zzd 9218 . . . . . 6 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
6967, 68rpexpcld 10612 . . . . 5 (𝜑 → ((1 / 2)↑1) ∈ ℝ+)
70 1mhlfehlf 9075 . . . . . . 7 (1 − (1 / 2)) = (1 / 2)
7170, 66eqeltri 2239 . . . . . 6 (1 − (1 / 2)) ∈ ℝ+
7271a1i 9 . . . . 5 (𝜑 → (1 − (1 / 2)) ∈ ℝ+)
7369, 72rpdivcld 9650 . . . 4 (𝜑 → (((1 / 2)↑1) / (1 − (1 / 2))) ∈ ℝ+)
74 halfcn 9071 . . . . . 6 (1 / 2) ∈ ℂ
7574a1i 9 . . . . 5 (𝜑 → (1 / 2) ∈ ℂ)
76 halfge0 9073 . . . . . . . 8 0 ≤ (1 / 2)
77 halfre 9070 . . . . . . . . 9 (1 / 2) ∈ ℝ
7877absidi 11068 . . . . . . . 8 (0 ≤ (1 / 2) → (abs‘(1 / 2)) = (1 / 2))
7976, 78ax-mp 5 . . . . . . 7 (abs‘(1 / 2)) = (1 / 2)
80 halflt1 9074 . . . . . . 7 (1 / 2) < 1
8179, 80eqbrtri 4003 . . . . . 6 (abs‘(1 / 2)) < 1
8281a1i 9 . . . . 5 (𝜑 → (abs‘(1 / 2)) < 1)
83 1nn0 9130 . . . . . 6 1 ∈ ℕ0
8483a1i 9 . . . . 5 (𝜑 → 1 ∈ ℕ0)
85 oveq2 5850 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑗 → (2↑𝑛) = (2↑𝑗))
8685oveq2d 5858 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑗 → (1 / (2↑𝑛)) = (1 / (2↑𝑗)))
87 elnnuz 9502 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℕ ↔ 𝑗 ∈ (ℤ‘1))
8887biimpri 132 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (ℤ‘1) → 𝑗 ∈ ℕ)
8988adantl 275 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → 𝑗 ∈ ℕ)
9014a1i 9 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → 2 ∈ ℝ+)
9189nnzd 9312 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → 𝑗 ∈ ℤ)
9290, 91rpexpcld 10612 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → (2↑𝑗) ∈ ℝ+)
9392rpreccld 9643 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → (1 / (2↑𝑗)) ∈ ℝ+)
9432, 86, 89, 93fvmptd3 5579 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))‘𝑗) = (1 / (2↑𝑗)))
95 2cnd 8930 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → 2 ∈ ℂ)
9690rpap0d 9638 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → 2 # 0)
9795, 96, 91exprecapd 10596 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → ((1 / 2)↑𝑗) = (1 / (2↑𝑗)))
9894, 97eqtr4d 2201 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))‘𝑗) = ((1 / 2)↑𝑗))
9975, 82, 84, 98geolim2 11453 . . . 4 (𝜑 → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ⇝ (((1 / 2)↑1) / (1 − (1 / 2))))
100 breldmg 4810 . . . 4 ((seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ V ∧ (((1 / 2)↑1) / (1 − (1 / 2))) ∈ ℝ+ ∧ seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ⇝ (((1 / 2)↑1) / (1 − (1 / 2)))) → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
10164, 73, 99, 100mp3an2i 1332 . . 3 (𝜑 → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
10233, 38eqeltrd 2243 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))‘𝑖) ∈ ℂ)
10359, 2, 102iserex 11280 . . 3 (𝜑 → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ dom ⇝ ↔ seq𝑀( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ dom ⇝ ))
104101, 103mpbid 146 . 2 (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
1051, 3, 30, 31, 34, 35, 57, 63, 104isumle 11436 1 (𝜑 → Σ𝑖𝑍 ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ Σ𝑖𝑍 (1 / (2↑𝑖)))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 103  wo 698   = wceq 1343  wcel 2136  Vcvv 2726  wss 3116  {cpr 3577   class class class wbr 3982  cmpt 4043  dom cdm 4604  wf 5184  cfv 5188  (class class class)co 5842  cc 7751  cr 7752  0cc0 7753  1c1 7754   + caddc 7756   · cmul 7758   < clt 7933  cle 7934  cmin 8069   / cdiv 8568  cn 8857  2c2 8908  0cn0 9114  cuz 9466  +crp 9589  seqcseq 10380  cexp 10454  abscabs 10939  cli 11219  Σcsu 11294
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 1435  ax-7 1436  ax-gen 1437  ax-ie1 1481  ax-ie2 1482  ax-8 1492  ax-10 1493  ax-11 1494  ax-i12 1495  ax-bndl 1497  ax-4 1498  ax-17 1514  ax-i9 1518  ax-ial 1522  ax-i5r 1523  ax-13 2138  ax-14 2139  ax-ext 2147  ax-coll 4097  ax-sep 4100  ax-nul 4108  ax-pow 4153  ax-pr 4187  ax-un 4411  ax-setind 4514  ax-iinf 4565  ax-cnex 7844  ax-resscn 7845  ax-1cn 7846  ax-1re 7847  ax-icn 7848  ax-addcl 7849  ax-addrcl 7850  ax-mulcl 7851  ax-mulrcl 7852  ax-addcom 7853  ax-mulcom 7854  ax-addass 7855  ax-mulass 7856  ax-distr 7857  ax-i2m1 7858  ax-0lt1 7859  ax-1rid 7860  ax-0id 7861  ax-rnegex 7862  ax-precex 7863  ax-cnre 7864  ax-pre-ltirr 7865  ax-pre-ltwlin 7866  ax-pre-lttrn 7867  ax-pre-apti 7868  ax-pre-ltadd 7869  ax-pre-mulgt0 7870  ax-pre-mulext 7871  ax-arch 7872  ax-caucvg 7873
This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 825  df-3or 969  df-3an 970  df-tru 1346  df-fal 1349  df-nf 1449  df-sb 1751  df-eu 2017  df-mo 2018  df-clab 2152  df-cleq 2158  df-clel 2161  df-nfc 2297  df-ne 2337  df-nel 2432  df-ral 2449  df-rex 2450  df-reu 2451  df-rmo 2452  df-rab 2453  df-v 2728  df-sbc 2952  df-csb 3046  df-dif 3118  df-un 3120  df-in 3122  df-ss 3129  df-nul 3410  df-if 3521  df-pw 3561  df-sn 3582  df-pr 3583  df-op 3585  df-uni 3790  df-int 3825  df-iun 3868  df-br 3983  df-opab 4044  df-mpt 4045  df-tr 4081  df-id 4271  df-po 4274  df-iso 4275  df-iord 4344  df-on 4346  df-ilim 4347  df-suc 4349  df-iom 4568  df-xp 4610  df-rel 4611  df-cnv 4612  df-co 4613  df-dm 4614  df-rn 4615  df-res 4616  df-ima 4617  df-iota 5153  df-fun 5190  df-fn 5191  df-f 5192  df-f1 5193  df-fo 5194  df-f1o 5195  df-fv 5196  df-isom 5197  df-riota 5798  df-ov 5845  df-oprab 5846  df-mpo 5847  df-1st 6108  df-2nd 6109  df-recs 6273  df-irdg 6338  df-frec 6359  df-1o 6384  df-oadd 6388  df-er 6501  df-en 6707  df-dom 6708  df-fin 6709  df-pnf 7935  df-mnf 7936  df-xr 7937  df-ltxr 7938  df-le 7939  df-sub 8071  df-neg 8072  df-reap 8473  df-ap 8480  df-div 8569  df-inn 8858  df-2 8916  df-3 8917  df-4 8918  df-n0 9115  df-z 9192  df-uz 9467  df-q 9558  df-rp 9590  df-ico 9830  df-fz 9945  df-fzo 10078  df-seqfrec 10381  df-exp 10455  df-ihash 10689  df-cj 10784  df-re 10785  df-im 10786  df-rsqrt 10940  df-abs 10941  df-clim 11220  df-sumdc 11295
This theorem is referenced by:  trilpolemgt1  13918  trilpolemeq1  13919
  Copyright terms: Public domain W3C validator