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

Theorem trilpolemisumle 16365
Description: Lemma for trilpo 16370. 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 9564 . 2 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
41eleq2i 2296 . . . . 5 (𝑖𝑍𝑖 ∈ (ℤ𝑀))
54biimpi 120 . . . 4 (𝑖𝑍𝑖 ∈ (ℤ𝑀))
6 eluznn 9791 . . . 4 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑖 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝑖 ∈ ℕ)
72, 5, 6syl2an 289 . . 3 ((𝜑𝑖𝑍) → 𝑖 ∈ ℕ)
8 eqid 2229 . . . 4 (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))
9 oveq2 6008 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑖 → (2↑𝑛) = (2↑𝑖))
109oveq2d 6016 . . . . 5 (𝑛 = 𝑖 → (1 / (2↑𝑛)) = (1 / (2↑𝑖)))
11 fveq2 5626 . . . . 5 (𝑛 = 𝑖 → (𝐹𝑛) = (𝐹𝑖))
1210, 11oveq12d 6018 . . . 4 (𝑛 = 𝑖 → ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)) = ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)))
13 simpr 110 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → 𝑖 ∈ ℕ)
14 2rp 9850 . . . . . . . . 9 2 ∈ ℝ+
1514a1i 9 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℝ+)
1613nnzd 9564 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → 𝑖 ∈ ℤ)
1715, 16rpexpcld 10914 . . . . . . 7 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (2↑𝑖) ∈ ℝ+)
1817rpreccld 9899 . . . . . 6 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℝ+)
1918rpred 9888 . . . . 5 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℝ)
20 trilpolemgt1.f . . . . . . 7 (𝜑𝐹:ℕ⟶{0, 1})
21 0re 8142 . . . . . . . . 9 0 ∈ ℝ
22 1re 8141 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℝ
23 prssi 3825 . . . . . . . . 9 ((0 ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ) → {0, 1} ⊆ ℝ)
2421, 22, 23mp2an 426 . . . . . . . 8 {0, 1} ⊆ ℝ
2524a1i 9 . . . . . . 7 (𝜑 → {0, 1} ⊆ ℝ)
2620, 25fssd 5485 . . . . . 6 (𝜑𝐹:ℕ⟶ℝ)
2726ffvelcdmda 5769 . . . . 5 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (𝐹𝑖) ∈ ℝ)
2819, 27remulcld 8173 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ∈ ℝ)
298, 12, 13, 28fvmptd3 5727 . . 3 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))‘𝑖) = ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)))
307, 29syldan 282 . 2 ((𝜑𝑖𝑍) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))‘𝑖) = ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)))
317, 28syldan 282 . 2 ((𝜑𝑖𝑍) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ∈ ℝ)
32 eqid 2229 . . . 4 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))
3332, 10, 13, 18fvmptd3 5727 . . 3 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))‘𝑖) = (1 / (2↑𝑖)))
347, 33syldan 282 . 2 ((𝜑𝑖𝑍) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))‘𝑖) = (1 / (2↑𝑖)))
357, 19syldan 282 . 2 ((𝜑𝑖𝑍) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℝ)
36 simpr 110 . . . . . . 7 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → (𝐹𝑖) = 0)
3736oveq2d 6016 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) = ((1 / (2↑𝑖)) · 0))
3818rpcnd 9890 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℂ)
3938adantr 276 . . . . . . 7 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℂ)
4039mul01d 8535 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → ((1 / (2↑𝑖)) · 0) = 0)
4137, 40eqtrd 2262 . . . . 5 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) = 0)
4218adantr 276 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℝ+)
4342rpge0d 9892 . . . . 5 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → 0 ≤ (1 / (2↑𝑖)))
4441, 43eqbrtrd 4104 . . . 4 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 0) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ (1 / (2↑𝑖)))
45 simpr 110 . . . . . . 7 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → (𝐹𝑖) = 1)
4645oveq2d 6016 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) = ((1 / (2↑𝑖)) · 1))
4738adantr 276 . . . . . . 7 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℂ)
4847mulridd 8159 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → ((1 / (2↑𝑖)) · 1) = (1 / (2↑𝑖)))
4946, 48eqtrd 2262 . . . . 5 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) = (1 / (2↑𝑖)))
5019adantr 276 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → (1 / (2↑𝑖)) ∈ ℝ)
5150leidd 8657 . . . . 5 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → (1 / (2↑𝑖)) ≤ (1 / (2↑𝑖)))
5249, 51eqbrtrd 4104 . . . 4 (((𝜑𝑖 ∈ ℕ) ∧ (𝐹𝑖) = 1) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ (1 / (2↑𝑖)))
5320ffvelcdmda 5769 . . . . 5 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → (𝐹𝑖) ∈ {0, 1})
54 elpri 3689 . . . . 5 ((𝐹𝑖) ∈ {0, 1} → ((𝐹𝑖) = 0 ∨ (𝐹𝑖) = 1))
5553, 54syl 14 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝐹𝑖) = 0 ∨ (𝐹𝑖) = 1))
5644, 52, 55mpjaodan 803 . . 3 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ (1 / (2↑𝑖)))
577, 56syldan 282 . 2 ((𝜑𝑖𝑍) → ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ (1 / (2↑𝑖)))
5820, 8trilpolemclim 16363 . . 3 (𝜑 → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
59 nnuz 9754 . . . 4 ℕ = (ℤ‘1)
6029, 28eqeltrd 2306 . . . . 5 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))‘𝑖) ∈ ℝ)
6160recnd 8171 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))‘𝑖) ∈ ℂ)
6259, 2, 61iserex 11845 . . 3 (𝜑 → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))) ∈ dom ⇝ ↔ seq𝑀( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))) ∈ dom ⇝ ))
6358, 62mpbid 147 . 2 (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / (2↑𝑛)) · (𝐹𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
64 seqex 10666 . . . 4 seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ V
65 rpreccl 9872 . . . . . . . 8 (2 ∈ ℝ+ → (1 / 2) ∈ ℝ+)
6614, 65ax-mp 5 . . . . . . 7 (1 / 2) ∈ ℝ+
6766a1i 9 . . . . . 6 (𝜑 → (1 / 2) ∈ ℝ+)
68 1zzd 9469 . . . . . 6 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
6967, 68rpexpcld 10914 . . . . 5 (𝜑 → ((1 / 2)↑1) ∈ ℝ+)
70 1mhlfehlf 9325 . . . . . . 7 (1 − (1 / 2)) = (1 / 2)
7170, 66eqeltri 2302 . . . . . 6 (1 − (1 / 2)) ∈ ℝ+
7271a1i 9 . . . . 5 (𝜑 → (1 − (1 / 2)) ∈ ℝ+)
7369, 72rpdivcld 9906 . . . 4 (𝜑 → (((1 / 2)↑1) / (1 − (1 / 2))) ∈ ℝ+)
74 halfcn 9321 . . . . . 6 (1 / 2) ∈ ℂ
7574a1i 9 . . . . 5 (𝜑 → (1 / 2) ∈ ℂ)
76 halfge0 9323 . . . . . . . 8 0 ≤ (1 / 2)
77 halfre 9320 . . . . . . . . 9 (1 / 2) ∈ ℝ
7877absidi 11632 . . . . . . . 8 (0 ≤ (1 / 2) → (abs‘(1 / 2)) = (1 / 2))
7976, 78ax-mp 5 . . . . . . 7 (abs‘(1 / 2)) = (1 / 2)
80 halflt1 9324 . . . . . . 7 (1 / 2) < 1
8179, 80eqbrtri 4103 . . . . . 6 (abs‘(1 / 2)) < 1
8281a1i 9 . . . . 5 (𝜑 → (abs‘(1 / 2)) < 1)
83 1nn0 9381 . . . . . 6 1 ∈ ℕ0
8483a1i 9 . . . . 5 (𝜑 → 1 ∈ ℕ0)
85 oveq2 6008 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑗 → (2↑𝑛) = (2↑𝑗))
8685oveq2d 6016 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑗 → (1 / (2↑𝑛)) = (1 / (2↑𝑗)))
87 elnnuz 9755 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℕ ↔ 𝑗 ∈ (ℤ‘1))
8887biimpri 133 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (ℤ‘1) → 𝑗 ∈ ℕ)
8988adantl 277 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → 𝑗 ∈ ℕ)
9014a1i 9 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → 2 ∈ ℝ+)
9189nnzd 9564 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → 𝑗 ∈ ℤ)
9290, 91rpexpcld 10914 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → (2↑𝑗) ∈ ℝ+)
9392rpreccld 9899 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → (1 / (2↑𝑗)) ∈ ℝ+)
9432, 86, 89, 93fvmptd3 5727 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))‘𝑗) = (1 / (2↑𝑗)))
95 2cnd 9179 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → 2 ∈ ℂ)
9690rpap0d 9894 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → 2 # 0)
9795, 96, 91exprecapd 10898 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → ((1 / 2)↑𝑗) = (1 / (2↑𝑗)))
9894, 97eqtr4d 2265 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ (ℤ‘1)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))‘𝑗) = ((1 / 2)↑𝑗))
9975, 82, 84, 98geolim2 12018 . . . 4 (𝜑 → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ⇝ (((1 / 2)↑1) / (1 − (1 / 2))))
100 breldmg 4928 . . . 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 1376 . . 3 (𝜑 → seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
10233, 38eqeltrd 2306 . . . 4 ((𝜑𝑖 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))‘𝑖) ∈ ℂ)
10359, 2, 102iserex 11845 . . 3 (𝜑 → (seq1( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ dom ⇝ ↔ seq𝑀( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ dom ⇝ ))
104101, 103mpbid 147 . 2 (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (2↑𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
1051, 3, 30, 31, 34, 35, 57, 63, 104isumle 12001 1 (𝜑 → Σ𝑖𝑍 ((1 / (2↑𝑖)) · (𝐹𝑖)) ≤ Σ𝑖𝑍 (1 / (2↑𝑖)))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 104  wo 713   = wceq 1395  wcel 2200  Vcvv 2799  wss 3197  {cpr 3667   class class class wbr 4082  cmpt 4144  dom cdm 4718  wf 5313  cfv 5317  (class class class)co 6000  cc 7993  cr 7994  0cc0 7995  1c1 7996   + caddc 7998   · cmul 8000   < clt 8177  cle 8178  cmin 8313   / cdiv 8815  cn 9106  2c2 9157  0cn0 9365  cuz 9718  +crp 9845  seqcseq 10664  cexp 10755  abscabs 11503  cli 11784  Σcsu 11859
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 617  ax-in2 618  ax-io 714  ax-5 1493  ax-7 1494  ax-gen 1495  ax-ie1 1539  ax-ie2 1540  ax-8 1550  ax-10 1551  ax-11 1552  ax-i12 1553  ax-bndl 1555  ax-4 1556  ax-17 1572  ax-i9 1576  ax-ial 1580  ax-i5r 1581  ax-13 2202  ax-14 2203  ax-ext 2211  ax-coll 4198  ax-sep 4201  ax-nul 4209  ax-pow 4257  ax-pr 4292  ax-un 4523  ax-setind 4628  ax-iinf 4679  ax-cnex 8086  ax-resscn 8087  ax-1cn 8088  ax-1re 8089  ax-icn 8090  ax-addcl 8091  ax-addrcl 8092  ax-mulcl 8093  ax-mulrcl 8094  ax-addcom 8095  ax-mulcom 8096  ax-addass 8097  ax-mulass 8098  ax-distr 8099  ax-i2m1 8100  ax-0lt1 8101  ax-1rid 8102  ax-0id 8103  ax-rnegex 8104  ax-precex 8105  ax-cnre 8106  ax-pre-ltirr 8107  ax-pre-ltwlin 8108  ax-pre-lttrn 8109  ax-pre-apti 8110  ax-pre-ltadd 8111  ax-pre-mulgt0 8112  ax-pre-mulext 8113  ax-arch 8114  ax-caucvg 8115
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 840  df-3or 1003  df-3an 1004  df-tru 1398  df-fal 1401  df-nf 1507  df-sb 1809  df-eu 2080  df-mo 2081  df-clab 2216  df-cleq 2222  df-clel 2225  df-nfc 2361  df-ne 2401  df-nel 2496  df-ral 2513  df-rex 2514  df-reu 2515  df-rmo 2516  df-rab 2517  df-v 2801  df-sbc 3029  df-csb 3125  df-dif 3199  df-un 3201  df-in 3203  df-ss 3210  df-nul 3492  df-if 3603  df-pw 3651  df-sn 3672  df-pr 3673  df-op 3675  df-uni 3888  df-int 3923  df-iun 3966  df-br 4083  df-opab 4145  df-mpt 4146  df-tr 4182  df-id 4383  df-po 4386  df-iso 4387  df-iord 4456  df-on 4458  df-ilim 4459  df-suc 4461  df-iom 4682  df-xp 4724  df-rel 4725  df-cnv 4726  df-co 4727  df-dm 4728  df-rn 4729  df-res 4730  df-ima 4731  df-iota 5277  df-fun 5319  df-fn 5320  df-f 5321  df-f1 5322  df-fo 5323  df-f1o 5324  df-fv 5325  df-isom 5326  df-riota 5953  df-ov 6003  df-oprab 6004  df-mpo 6005  df-1st 6284  df-2nd 6285  df-recs 6449  df-irdg 6514  df-frec 6535  df-1o 6560  df-oadd 6564  df-er 6678  df-en 6886  df-dom 6887  df-fin 6888  df-pnf 8179  df-mnf 8180  df-xr 8181  df-ltxr 8182  df-le 8183  df-sub 8315  df-neg 8316  df-reap 8718  df-ap 8725  df-div 8816  df-inn 9107  df-2 9165  df-3 9166  df-4 9167  df-n0 9366  df-z 9443  df-uz 9719  df-q 9811  df-rp 9846  df-ico 10086  df-fz 10201  df-fzo 10335  df-seqfrec 10665  df-exp 10756  df-ihash 10993  df-cj 11348  df-re 11349  df-im 11350  df-rsqrt 11504  df-abs 11505  df-clim 11785  df-sumdc 11860
This theorem is referenced by:  trilpolemgt1  16366  trilpolemeq1  16367
  Copyright terms: Public domain W3C validator