Users' Mathboxes Mathbox for Steve Rodriguez < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  binomcxplemcvg Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem binomcxplemcvg 41056
Description: Lemma for binomcxp 41059. The sum in binomcxplemnn0 41051 and its derivative (see the next theorem, binomcxplemdvsum 41057) converge, as long as their base 𝐽 is within the disk of convergence. Part of remark "This convergence allows us to apply term-by-term differentiation..." in the Wikibooks proof. (Contributed by Steve Rodriguez, 22-Apr-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
binomcxp.a (𝜑𝐴 ∈ ℝ+)
binomcxp.b (𝜑𝐵 ∈ ℝ)
binomcxp.lt (𝜑 → (abs‘𝐵) < (abs‘𝐴))
binomcxp.c (𝜑𝐶 ∈ ℂ)
binomcxplem.f 𝐹 = (𝑗 ∈ ℕ0 ↦ (𝐶C𝑐𝑗))
binomcxplem.s 𝑆 = (𝑏 ∈ ℂ ↦ (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐹𝑘) · (𝑏𝑘))))
binomcxplem.r 𝑅 = sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < )
binomcxplem.e 𝐸 = (𝑏 ∈ ℂ ↦ (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1)))))
binomcxplem.d 𝐷 = (abs “ (0[,)𝑅))
Assertion
Ref Expression
binomcxplemcvg ((𝜑𝐽𝐷) → (seq0( + , (𝑆𝐽)) ∈ dom ⇝ ∧ seq1( + , (𝐸𝐽)) ∈ dom ⇝ ))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑏,𝜑   𝐹,𝑏,𝑘   𝐽,𝑏,𝑘   𝑟,𝑏,𝐽   𝜑,𝑗   𝑆,𝑟
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑟)   𝐴(𝑗,𝑘,𝑟,𝑏)   𝐵(𝑗,𝑘,𝑟,𝑏)   𝐶(𝑗,𝑘,𝑟,𝑏)   𝐷(𝑗,𝑘,𝑟,𝑏)   𝑅(𝑗,𝑘,𝑟,𝑏)   𝑆(𝑗,𝑘,𝑏)   𝐸(𝑗,𝑘,𝑟,𝑏)   𝐹(𝑗,𝑟)   𝐽(𝑗)

Proof of Theorem binomcxplemcvg
StepHypRef Expression
1 binomcxplem.s . . 3 𝑆 = (𝑏 ∈ ℂ ↦ (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐹𝑘) · (𝑏𝑘))))
2 binomcxp.c . . . . . . 7 (𝜑𝐶 ∈ ℂ)
32adantr 484 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ0) → 𝐶 ∈ ℂ)
4 simpr 488 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ0) → 𝑗 ∈ ℕ0)
53, 4bcccl 41041 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ0) → (𝐶C𝑐𝑗) ∈ ℂ)
6 binomcxplem.f . . . . 5 𝐹 = (𝑗 ∈ ℕ0 ↦ (𝐶C𝑐𝑗))
75, 6fmptd 6855 . . . 4 (𝜑𝐹:ℕ0⟶ℂ)
87adantr 484 . . 3 ((𝜑𝐽𝐷) → 𝐹:ℕ0⟶ℂ)
9 binomcxplem.r . . 3 𝑅 = sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < )
10 binomcxplem.d . . . . . . 7 𝐷 = (abs “ (0[,)𝑅))
1110eleq2i 2881 . . . . . 6 (𝐽𝐷𝐽 ∈ (abs “ (0[,)𝑅)))
12 absf 14689 . . . . . . 7 abs:ℂ⟶ℝ
13 ffn 6487 . . . . . . 7 (abs:ℂ⟶ℝ → abs Fn ℂ)
14 elpreima 6805 . . . . . . 7 (abs Fn ℂ → (𝐽 ∈ (abs “ (0[,)𝑅)) ↔ (𝐽 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅))))
1512, 13, 14mp2b 10 . . . . . 6 (𝐽 ∈ (abs “ (0[,)𝑅)) ↔ (𝐽 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅)))
1611, 15bitri 278 . . . . 5 (𝐽𝐷 ↔ (𝐽 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅)))
1716simplbi 501 . . . 4 (𝐽𝐷𝐽 ∈ ℂ)
1817adantl 485 . . 3 ((𝜑𝐽𝐷) → 𝐽 ∈ ℂ)
1916simprbi 500 . . . . 5 (𝐽𝐷 → (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅))
20 0re 10632 . . . . . . 7 0 ∈ ℝ
21 ssrab2 4007 . . . . . . . . . 10 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ
22 ressxr 10674 . . . . . . . . . 10 ℝ ⊆ ℝ*
2321, 22sstri 3924 . . . . . . . . 9 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ*
24 supxrcl 12696 . . . . . . . . 9 ({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ* → sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
2523, 24ax-mp 5 . . . . . . . 8 sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < ) ∈ ℝ*
269, 25eqeltri 2886 . . . . . . 7 𝑅 ∈ ℝ*
27 elico2 12789 . . . . . . 7 ((0 ∈ ℝ ∧ 𝑅 ∈ ℝ*) → ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) ↔ ((abs‘𝐽) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (abs‘𝐽) ∧ (abs‘𝐽) < 𝑅)))
2820, 26, 27mp2an 691 . . . . . 6 ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) ↔ ((abs‘𝐽) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (abs‘𝐽) ∧ (abs‘𝐽) < 𝑅))
2928simp3bi 1144 . . . . 5 ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) → (abs‘𝐽) < 𝑅)
3019, 29syl 17 . . . 4 (𝐽𝐷 → (abs‘𝐽) < 𝑅)
3130adantl 485 . . 3 ((𝜑𝐽𝐷) → (abs‘𝐽) < 𝑅)
321, 8, 9, 18, 31radcnvlt2 25014 . 2 ((𝜑𝐽𝐷) → seq0( + , (𝑆𝐽)) ∈ dom ⇝ )
33 binomcxplem.e . . . . . . 7 𝐸 = (𝑏 ∈ ℂ ↦ (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1)))))
3433a1i 11 . . . . . 6 ((𝜑𝐽 ∈ ℂ) → 𝐸 = (𝑏 ∈ ℂ ↦ (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1))))))
35 simplr 768 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑏 = 𝐽)
3635oveq1d 7150 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑏↑(𝑘 − 1)) = (𝐽↑(𝑘 − 1)))
3736oveq2d 7151 . . . . . . 7 ((((𝜑𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1))) = ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))
3837mpteq2dva 5125 . . . . . 6 (((𝜑𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) → (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1)))) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
39 simpr 488 . . . . . 6 ((𝜑𝐽 ∈ ℂ) → 𝐽 ∈ ℂ)
40 nnex 11631 . . . . . . . 8 ℕ ∈ V
4140mptex 6963 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))) ∈ V
4241a1i 11 . . . . . 6 ((𝜑𝐽 ∈ ℂ) → (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))) ∈ V)
4334, 38, 39, 42fvmptd 6752 . . . . 5 ((𝜑𝐽 ∈ ℂ) → (𝐸𝐽) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
4417, 43sylan2 595 . . . 4 ((𝜑𝐽𝐷) → (𝐸𝐽) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
4544seqeq3d 13372 . . 3 ((𝜑𝐽𝐷) → seq1( + , (𝐸𝐽)) = seq1( + , (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))))
46 eqid 2798 . . . 4 (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))
471, 9, 46, 8, 18, 31dvradcnv2 41049 . . 3 ((𝜑𝐽𝐷) → seq1( + , (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))) ∈ dom ⇝ )
4845, 47eqeltrd 2890 . 2 ((𝜑𝐽𝐷) → seq1( + , (𝐸𝐽)) ∈ dom ⇝ )
4932, 48jca 515 1 ((𝜑𝐽𝐷) → (seq0( + , (𝑆𝐽)) ∈ dom ⇝ ∧ seq1( + , (𝐸𝐽)) ∈ dom ⇝ ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 209  wa 399  w3a 1084   = wceq 1538  wcel 2111  {crab 3110  Vcvv 3441  wss 3881   class class class wbr 5030  cmpt 5110  ccnv 5518  dom cdm 5519  cima 5522   Fn wfn 6319  wf 6320  cfv 6324  (class class class)co 7135  supcsup 8888  cc 10524  cr 10525  0cc0 10526  1c1 10527   + caddc 10529   · cmul 10531  *cxr 10663   < clt 10664  cle 10665  cmin 10859  cn 11625  0cn0 11885  +crp 12377  [,)cico 12728  seqcseq 13364  cexp 13425  abscabs 14585  cli 14833  C𝑐cbcc 41038
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770  ax-rep 5154  ax-sep 5167  ax-nul 5174  ax-pow 5231  ax-pr 5295  ax-un 7441  ax-inf2 9088  ax-cnex 10582  ax-resscn 10583  ax-1cn 10584  ax-icn 10585  ax-addcl 10586  ax-addrcl 10587  ax-mulcl 10588  ax-mulrcl 10589  ax-mulcom 10590  ax-addass 10591  ax-mulass 10592  ax-distr 10593  ax-i2m1 10594  ax-1ne0 10595  ax-1rid 10596  ax-rnegex 10597  ax-rrecex 10598  ax-cnre 10599  ax-pre-lttri 10600  ax-pre-lttrn 10601  ax-pre-ltadd 10602  ax-pre-mulgt0 10603  ax-pre-sup 10604  ax-addf 10605  ax-mulf 10606
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-fal 1551  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-clab 2777  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ne 2988  df-nel 3092  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rmo 3114  df-rab 3115  df-v 3443  df-sbc 3721  df-csb 3829  df-dif 3884  df-un 3886  df-in 3888  df-ss 3898  df-pss 3900  df-nul 4244  df-if 4426  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-tp 4530  df-op 4532  df-uni 4801  df-int 4839  df-iun 4883  df-br 5031  df-opab 5093  df-mpt 5111  df-tr 5137  df-id 5425  df-eprel 5430  df-po 5438  df-so 5439  df-fr 5478  df-se 5479  df-we 5480  df-xp 5525  df-rel 5526  df-cnv 5527  df-co 5528  df-dm 5529  df-rn 5530  df-res 5531  df-ima 5532  df-pred 6116  df-ord 6162  df-on 6163  df-lim 6164  df-suc 6165  df-iota 6283  df-fun 6326  df-fn 6327  df-f 6328  df-f1 6329  df-fo 6330  df-f1o 6331  df-fv 6332  df-isom 6333  df-riota 7093  df-ov 7138  df-oprab 7139  df-mpo 7140  df-om 7561  df-1st 7671  df-2nd 7672  df-wrecs 7930  df-recs 7991  df-rdg 8029  df-1o 8085  df-oadd 8089  df-er 8272  df-pm 8392  df-en 8493  df-dom 8494  df-sdom 8495  df-fin 8496  df-sup 8890  df-inf 8891  df-oi 8958  df-card 9352  df-pnf 10666  df-mnf 10667  df-xr 10668  df-ltxr 10669  df-le 10670  df-sub 10861  df-neg 10862  df-div 11287  df-nn 11626  df-2 11688  df-3 11689  df-n0 11886  df-z 11970  df-uz 12232  df-rp 12378  df-ico 12732  df-icc 12733  df-fz 12886  df-fzo 13029  df-fl 13157  df-seq 13365  df-exp 13426  df-fac 13630  df-hash 13687  df-shft 14418  df-cj 14450  df-re 14451  df-im 14452  df-sqrt 14586  df-abs 14587  df-limsup 14820  df-clim 14837  df-rlim 14838  df-sum 15035  df-prod 15252  df-fallfac 15353  df-bcc 41039
This theorem is referenced by:  binomcxplemnotnn0  41058
  Copyright terms: Public domain W3C validator