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 39227
Description: Lemma for binomcxp 39230. The sum in binomcxplemnn0 39222 and its derivative (see the next theorem, binomcxplemdvsum 39228) 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 472 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ0) → 𝐶 ∈ ℂ)
4 simpr 477 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ0) → 𝑗 ∈ ℕ0)
53, 4bcccl 39212 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ0) → (𝐶C𝑐𝑗) ∈ ℂ)
6 binomcxplem.f . . . . 5 𝐹 = (𝑗 ∈ ℕ0 ↦ (𝐶C𝑐𝑗))
75, 6fmptd 6574 . . . 4 (𝜑𝐹:ℕ0⟶ℂ)
87adantr 472 . . 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 2836 . . . . . 6 (𝐽𝐷𝐽 ∈ (abs “ (0[,)𝑅)))
12 absf 14362 . . . . . . 7 abs:ℂ⟶ℝ
13 ffn 6223 . . . . . . 7 (abs:ℂ⟶ℝ → abs Fn ℂ)
14 elpreima 6527 . . . . . . 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 266 . . . . 5 (𝐽𝐷 ↔ (𝐽 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅)))
1716simplbi 491 . . . 4 (𝐽𝐷𝐽 ∈ ℂ)
1817adantl 473 . . 3 ((𝜑𝐽𝐷) → 𝐽 ∈ ℂ)
1916simprbi 490 . . . . 5 (𝐽𝐷 → (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅))
20 0re 10295 . . . . . . 7 0 ∈ ℝ
21 ssrab2 3847 . . . . . . . . . 10 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ
22 ressxr 10337 . . . . . . . . . 10 ℝ ⊆ ℝ*
2321, 22sstri 3770 . . . . . . . . 9 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ*
24 supxrcl 12347 . . . . . . . . 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 2840 . . . . . . 7 𝑅 ∈ ℝ*
27 elico2 12439 . . . . . . 7 ((0 ∈ ℝ ∧ 𝑅 ∈ ℝ*) → ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) ↔ ((abs‘𝐽) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (abs‘𝐽) ∧ (abs‘𝐽) < 𝑅)))
2820, 26, 27mp2an 683 . . . . . 6 ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) ↔ ((abs‘𝐽) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (abs‘𝐽) ∧ (abs‘𝐽) < 𝑅))
2928simp3bi 1177 . . . . 5 ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) → (abs‘𝐽) < 𝑅)
3019, 29syl 17 . . . 4 (𝐽𝐷 → (abs‘𝐽) < 𝑅)
3130adantl 473 . . 3 ((𝜑𝐽𝐷) → (abs‘𝐽) < 𝑅)
321, 8, 9, 18, 31radcnvlt2 24464 . 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 785 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑏 = 𝐽)
3635oveq1d 6857 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑏↑(𝑘 − 1)) = (𝐽↑(𝑘 − 1)))
3736oveq2d 6858 . . . . . . 7 ((((𝜑𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1))) = ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))
3837mpteq2dva 4903 . . . . . 6 (((𝜑𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) → (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1)))) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
39 simpr 477 . . . . . 6 ((𝜑𝐽 ∈ ℂ) → 𝐽 ∈ ℂ)
40 nnex 11281 . . . . . . . 8 ℕ ∈ V
4140mptex 6679 . . . . . . 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 6477 . . . . 5 ((𝜑𝐽 ∈ ℂ) → (𝐸𝐽) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
4417, 43sylan2 586 . . . 4 ((𝜑𝐽𝐷) → (𝐸𝐽) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
4544seqeq3d 13016 . . 3 ((𝜑𝐽𝐷) → seq1( + , (𝐸𝐽)) = seq1( + , (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))))
46 eqid 2765 . . . 4 (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))
471, 9, 46, 8, 18, 31dvradcnv2 39220 . . 3 ((𝜑𝐽𝐷) → seq1( + , (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))) ∈ dom ⇝ )
4845, 47eqeltrd 2844 . 2 ((𝜑𝐽𝐷) → seq1( + , (𝐸𝐽)) ∈ dom ⇝ )
4932, 48jca 507 1 ((𝜑𝐽𝐷) → (seq0( + , (𝑆𝐽)) ∈ dom ⇝ ∧ seq1( + , (𝐸𝐽)) ∈ dom ⇝ ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 197  wa 384  w3a 1107   = wceq 1652  wcel 2155  {crab 3059  Vcvv 3350  wss 3732   class class class wbr 4809  cmpt 4888  ccnv 5276  dom cdm 5277  cima 5280   Fn wfn 6063  wf 6064  cfv 6068  (class class class)co 6842  supcsup 8553  cc 10187  cr 10188  0cc0 10189  1c1 10190   + caddc 10192   · cmul 10194  *cxr 10327   < clt 10328  cle 10329  cmin 10520  cn 11274  0cn0 11538  +crp 12028  [,)cico 12379  seqcseq 13008  cexp 13067  abscabs 14259  cli 14500  C𝑐cbcc 39209
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1890  ax-4 1904  ax-5 2005  ax-6 2070  ax-7 2105  ax-8 2157  ax-9 2164  ax-10 2183  ax-11 2198  ax-12 2211  ax-13 2352  ax-ext 2743  ax-rep 4930  ax-sep 4941  ax-nul 4949  ax-pow 5001  ax-pr 5062  ax-un 7147  ax-inf2 8753  ax-cnex 10245  ax-resscn 10246  ax-1cn 10247  ax-icn 10248  ax-addcl 10249  ax-addrcl 10250  ax-mulcl 10251  ax-mulrcl 10252  ax-mulcom 10253  ax-addass 10254  ax-mulass 10255  ax-distr 10256  ax-i2m1 10257  ax-1ne0 10258  ax-1rid 10259  ax-rnegex 10260  ax-rrecex 10261  ax-cnre 10262  ax-pre-lttri 10263  ax-pre-lttrn 10264  ax-pre-ltadd 10265  ax-pre-mulgt0 10266  ax-pre-sup 10267  ax-addf 10268  ax-mulf 10269
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 874  df-3or 1108  df-3an 1109  df-tru 1656  df-fal 1666  df-ex 1875  df-nf 1879  df-sb 2063  df-mo 2565  df-eu 2582  df-clab 2752  df-cleq 2758  df-clel 2761  df-nfc 2896  df-ne 2938  df-nel 3041  df-ral 3060  df-rex 3061  df-reu 3062  df-rmo 3063  df-rab 3064  df-v 3352  df-sbc 3597  df-csb 3692  df-dif 3735  df-un 3737  df-in 3739  df-ss 3746  df-pss 3748  df-nul 4080  df-if 4244  df-pw 4317  df-sn 4335  df-pr 4337  df-tp 4339  df-op 4341  df-uni 4595  df-int 4634  df-iun 4678  df-br 4810  df-opab 4872  df-mpt 4889  df-tr 4912  df-id 5185  df-eprel 5190  df-po 5198  df-so 5199  df-fr 5236  df-se 5237  df-we 5238  df-xp 5283  df-rel 5284  df-cnv 5285  df-co 5286  df-dm 5287  df-rn 5288  df-res 5289  df-ima 5290  df-pred 5865  df-ord 5911  df-on 5912  df-lim 5913  df-suc 5914  df-iota 6031  df-fun 6070  df-fn 6071  df-f 6072  df-f1 6073  df-fo 6074  df-f1o 6075  df-fv 6076  df-isom 6077  df-riota 6803  df-ov 6845  df-oprab 6846  df-mpt2 6847  df-om 7264  df-1st 7366  df-2nd 7367  df-wrecs 7610  df-recs 7672  df-rdg 7710  df-1o 7764  df-oadd 7768  df-er 7947  df-pm 8063  df-en 8161  df-dom 8162  df-sdom 8163  df-fin 8164  df-sup 8555  df-inf 8556  df-oi 8622  df-card 9016  df-pnf 10330  df-mnf 10331  df-xr 10332  df-ltxr 10333  df-le 10334  df-sub 10522  df-neg 10523  df-div 10939  df-nn 11275  df-2 11335  df-3 11336  df-n0 11539  df-z 11625  df-uz 11887  df-rp 12029  df-ico 12383  df-icc 12384  df-fz 12534  df-fzo 12674  df-fl 12801  df-seq 13009  df-exp 13068  df-fac 13265  df-hash 13322  df-shft 14092  df-cj 14124  df-re 14125  df-im 14126  df-sqrt 14260  df-abs 14261  df-limsup 14487  df-clim 14504  df-rlim 14505  df-sum 14702  df-prod 14919  df-fallfac 15020  df-bcc 39210
This theorem is referenced by:  binomcxplemnotnn0  39229
  Copyright terms: Public domain W3C validator