Theorem binomcxplemcvg 45528

Description: Lemma for binomcxp 45531. The sum in binomcxplemnn0 45523 and its derivative (see the next theorem, binomcxplemdvsum 45529) 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	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
binomcxp.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
binomcxp.lt	⊢ (𝜑 → (abs‘𝐵) < (abs‘𝐴))
binomcxp.c	⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℂ)
binomcxplem.f	⊢ 𝐹 = (𝑗 ∈ ℕ0 ↦ (𝐶C𝑐𝑗))
binomcxplem.s	⊢ 𝑆 = (𝑏 ∈ ℂ ↦ (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐹‘𝑘) · (𝑏↑𝑘))))
binomcxplem.r	⊢ 𝑅 = sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆‘𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < )
binomcxplem.e	⊢ 𝐸 = (𝑏 ∈ ℂ ↦ (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1)))))
binomcxplem.d	⊢ 𝐷 = (◡abs “ (0[,)𝑅))

Assertion

Ref	Expression
binomcxplemcvg	⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → (seq0( + , (𝑆‘𝐽)) ∈ dom ⇝ ∧ seq1( + , (𝐸‘𝐽)) ∈ 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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		binomcxplem.s	. . 3 ⊢ 𝑆 = (𝑏 ∈ ℂ ↦ (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐹‘𝑘) · (𝑏↑𝑘))))
2		binomcxp.c	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℂ)
3	2	adantr 486	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 𝐶 ∈ ℂ)
4		simpr 490	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 𝑗 ∈ ℕ0)
5	3, 4	bcccl 45513	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (𝐶C𝑐𝑗) ∈ ℂ)
6		binomcxplem.f	. . . . 5 ⊢ 𝐹 = (𝑗 ∈ ℕ0 ↦ (𝐶C𝑐𝑗))
7	5, 6	fmptd 7135	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ0⟶ℂ)
8	7	adantr 486	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → 𝐹:ℕ0⟶ℂ)
9		binomcxplem.r	. . 3 ⊢ 𝑅 = sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆‘𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < )
10		binomcxplem.d	. . . . . . 7 ⊢ 𝐷 = (◡abs “ (0[,)𝑅))
11	10	eleq2i 2856	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ 𝐷 ↔ 𝐽 ∈ (◡abs “ (0[,)𝑅)))
12		absf 15531	. . . . . . 7 ⊢ abs:ℂ⟶ℝ
13		ffn 6728	. . . . . . 7 ⊢ (abs:ℂ⟶ℝ → abs Fn ℂ)
14		elpreima 7077	. . . . . . 7 ⊢ (abs Fn ℂ → (𝐽 ∈ (◡abs “ (0[,)𝑅)) ↔ (𝐽 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅))))
15	12, 13, 14	mp2b 10	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ (◡abs “ (0[,)𝑅)) ↔ (𝐽 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅)))
16	11, 15	bitri 278	. . . . 5 ⊢ (𝐽 ∈ 𝐷 ↔ (𝐽 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅)))
17	16	simplbi 502	. . . 4 ⊢ (𝐽 ∈ 𝐷 → 𝐽 ∈ ℂ)
18	17	adantl 487	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → 𝐽 ∈ ℂ)
19	16	simprbi 503	. . . . 5 ⊢ (𝐽 ∈ 𝐷 → (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅))
20		0re 11334	. . . . . . 7 ⊢ 0 ∈ ℝ
21		ssrab2 4008	. . . . . . . . . 10 ⊢ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆‘𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ
22		ressxr 11377	. . . . . . . . . 10 ⊢ ℝ ⊆ ℝ*
23	21, 22	sstri 3922	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆‘𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ*
24		supxrcl 13469	. . . . . . . . 9 ⊢ ({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆‘𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ* → sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆‘𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
25	23, 24	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆‘𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < ) ∈ ℝ*
26	9, 25	eqeltri 2860	. . . . . . 7 ⊢ 𝑅 ∈ ℝ*
27		elico2 13565	. . . . . . 7 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ 𝑅 ∈ ℝ*) → ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) ↔ ((abs‘𝐽) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (abs‘𝐽) ∧ (abs‘𝐽) < 𝑅)))
28	20, 26, 27	mp2an 705	. . . . . 6 ⊢ ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) ↔ ((abs‘𝐽) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (abs‘𝐽) ∧ (abs‘𝐽) < 𝑅))
29	28	simp3bi 1165	. . . . 5 ⊢ ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) → (abs‘𝐽) < 𝑅)
30	19, 29	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝐽 ∈ 𝐷 → (abs‘𝐽) < 𝑅)
31	30	adantl 487	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → (abs‘𝐽) < 𝑅)
32	1, 8, 9, 18, 31	radcnvlt2 26773	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → seq0( + , (𝑆‘𝐽)) ∈ dom ⇝ )
33		binomcxplem.e	. . . . . . 7 ⊢ 𝐸 = (𝑏 ∈ ℂ ↦ (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1)))))
34	33	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) → 𝐸 = (𝑏 ∈ ℂ ↦ (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1))))))
35		simplr 781	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑏 = 𝐽)
36	35	oveq1d 7455	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑏↑(𝑘 − 1)) = (𝐽↑(𝑘 − 1)))
37	36	oveq2d 7456	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1))) = ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))
38	37	mpteq2dva 5201	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) → (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1)))) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
39		simpr 490	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) → 𝐽 ∈ ℂ)
40		nnex 12365	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ ∈ V
41	40	mptex 7249	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))) ∈ V
42	41	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) → (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))) ∈ V)
43	34, 38, 39, 42	fvmptd 7021	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) → (𝐸‘𝐽) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
44	17, 43	sylan2 605	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → (𝐸‘𝐽) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
45	44	seqeq3d 14176	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → seq1( + , (𝐸‘𝐽)) = seq1( + , (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))))
46		eqid 2763	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))
47	1, 9, 46, 8, 18, 31	dvradcnv2 45521	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → seq1( + , (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))) ∈ dom ⇝ )
48	45, 47	eqeltrd 2864	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → seq1( + , (𝐸‘𝐽)) ∈ dom ⇝ )
49	32, 48	jca 521	1 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → (seq0( + , (𝑆‘𝐽)) ∈ dom ⇝ ∧ seq1( + , (𝐸‘𝐽)) ∈ dom ⇝ ))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147  {crab 3416  Vcvv 3454   ⊆ wss 3900   class class class wbr 5106   ↦ cmpt 5189  ^◡ccnv 5654  dom cdm 5655   “ cima 5658   Fn wfn 6550  ⟶wf 6551  ‘cfv 6555  (class class class)co 7440  supcsup 9456  ℂcc 11222  ℝcr 11223  0cc0 11224  1c1 11225   + caddc 11227   · cmul 11229  ℝ^*cxr 11366   < clt 11367   ≤ cle 11368   − cmin 11565  ℕcn 12359  ℕ₀cn0 12630  ℝ⁺crp 13144  [,)cico 13502  seqcseq 14168  ↑cexp 14228  abscabs 15427   ⇝ cli 15677  C_𝑐cbcc 45510

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7772  ax-inf2 9666  ax-cnex 11280  ax-resscn 11281  ax-1cn 11282  ax-icn 11283  ax-addcl 11284  ax-addrcl 11285  ax-mulcl 11286  ax-mulrcl 11287  ax-mulcom 11288  ax-addass 11289  ax-mulass 11290  ax-distr 11291  ax-i2m1 11292  ax-1ne0 11293  ax-1rid 11294  ax-rnegex 11295  ax-rrecex 11296  ax-cnre 11297  ax-pre-lttri 11298  ax-pre-lttrn 11299  ax-pre-ltadd 11300  ax-pre-mulgt0 11301  ax-pre-sup 11302

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6319  df-ord 6380  df-on 6381  df-lim 6382  df-suc 6383  df-iota 6509  df-fun 6557  df-fn 6558  df-f 6559  df-f1 6560  df-fo 6561  df-f1o 6562  df-fv 6563  df-isom 6564  df-riota 7397  df-ov 7443  df-oprab 7444  df-mpo 7445  df-om 7899  df-1st 8022  df-2nd 8023  df-frecs 8324  df-wrecs 8355  df-recs 8404  df-rdg 8443  df-1o 8501  df-er 8742  df-pm 8875  df-en 8999  df-dom 9000  df-sdom 9001  df-fin 9002  df-sup 9458  df-inf 9459  df-oi 9528  df-card 10044  df-pnf 11369  df-mnf 11370  df-xr 11371  df-ltxr 11372  df-le 11373  df-sub 11567  df-neg 11568  df-div 11998  df-nn 12360  df-2 12429  df-3 12430  df-n0 12631  df-z 12718  df-uz 12990  df-rp 13145  df-ico 13506  df-icc 13507  df-fz 13664  df-fzo 13813  df-fl 13956  df-seq 14169  df-exp 14229  df-fac 14442  df-hash 14499  df-shft 15246  df-cj 15292  df-re 15293  df-im 15294  df-sqrt 15428  df-abs 15429  df-limsup 15664  df-clim 15681  df-rlim 15682  df-sum 15880  df-prod 16099  df-fallfac 16200  df-bcc 45511

This theorem is used by:  binomcxplemnotnn0  45530