Theorem binomcxplemcvg 44662

Description: Lemma for binomcxp 44665. The sum in binomcxplemnn0 44657 and its derivative (see the next theorem, binomcxplemdvsum 44663) 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 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 𝐶 ∈ ℂ)
4		simpr 484	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 𝑗 ∈ ℕ0)
5	3, 4	bcccl 44647	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (𝐶C𝑐𝑗) ∈ ℂ)
6		binomcxplem.f	. . . . 5 ⊢ 𝐹 = (𝑗 ∈ ℕ0 ↦ (𝐶C𝑐𝑗))
7	5, 6	fmptd 7061	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ0⟶ℂ)
8	7	adantr 480	. . 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 2829	. . . . . 6 ⊢ (𝐽 ∈ 𝐷 ↔ 𝐽 ∈ (◡abs “ (0[,)𝑅)))
12		absf 15265	. . . . . . 7 ⊢ abs:ℂ⟶ℝ
13		ffn 6663	. . . . . . 7 ⊢ (abs:ℂ⟶ℝ → abs Fn ℂ)
14		elpreima 7005	. . . . . . 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 275	. . . . 5 ⊢ (𝐽 ∈ 𝐷 ↔ (𝐽 ∈ ℂ ∧ (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅)))
17	16	simplbi 497	. . . 4 ⊢ (𝐽 ∈ 𝐷 → 𝐽 ∈ ℂ)
18	17	adantl 481	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → 𝐽 ∈ ℂ)
19	16	simprbi 496	. . . . 5 ⊢ (𝐽 ∈ 𝐷 → (abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅))
20		0re 11138	. . . . . . 7 ⊢ 0 ∈ ℝ
21		ssrab2 4033	. . . . . . . . . 10 ⊢ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆‘𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ
22		ressxr 11180	. . . . . . . . . 10 ⊢ ℝ ⊆ ℝ*
23	21, 22	sstri 3944	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝑆‘𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ*
24		supxrcl 13234	. . . . . . . . 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 2833	. . . . . . 7 ⊢ 𝑅 ∈ ℝ*
27		elico2 13330	. . . . . . 7 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ 𝑅 ∈ ℝ*) → ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) ↔ ((abs‘𝐽) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (abs‘𝐽) ∧ (abs‘𝐽) < 𝑅)))
28	20, 26, 27	mp2an 693	. . . . . 6 ⊢ ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) ↔ ((abs‘𝐽) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (abs‘𝐽) ∧ (abs‘𝐽) < 𝑅))
29	28	simp3bi 1148	. . . . 5 ⊢ ((abs‘𝐽) ∈ (0[,)𝑅) → (abs‘𝐽) < 𝑅)
30	19, 29	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝐽 ∈ 𝐷 → (abs‘𝐽) < 𝑅)
31	30	adantl 481	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → (abs‘𝐽) < 𝑅)
32	1, 8, 9, 18, 31	radcnvlt2 26388	. 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 769	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑏 = 𝐽)
36	35	oveq1d 7375	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑏↑(𝑘 − 1)) = (𝐽↑(𝑘 − 1)))
37	36	oveq2d 7376	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1))) = ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))
38	37	mpteq2dva 5192	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) ∧ 𝑏 = 𝐽) → (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝑏↑(𝑘 − 1)))) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
39		simpr 484	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) → 𝐽 ∈ ℂ)
40		nnex 12155	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ ∈ V
41	40	mptex 7171	. . . . . . 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 6950	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ ℂ) → (𝐸‘𝐽) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
44	17, 43	sylan2 594	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → (𝐸‘𝐽) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1)))))
45	44	seqeq3d 13936	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → seq1( + , (𝐸‘𝐽)) = seq1( + , (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))))
46		eqid 2737	. . . 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 44655	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → seq1( + , (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((𝑘 · (𝐹‘𝑘)) · (𝐽↑(𝑘 − 1))))) ∈ dom ⇝ )
48	45, 47	eqeltrd 2837	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → seq1( + , (𝐸‘𝐽)) ∈ dom ⇝ )
49	32, 48	jca 511	1 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐽 ∈ 𝐷) → (seq0( + , (𝑆‘𝐽)) ∈ dom ⇝ ∧ seq1( + , (𝐸‘𝐽)) ∈ dom ⇝ ))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   ∧ w3a 1087   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  {crab 3400  Vcvv 3441   ⊆ wss 3902   class class class wbr 5099   ↦ cmpt 5180  ^◡ccnv 5624  dom cdm 5625   “ cima 5628   Fn wfn 6488  ⟶wf 6489  ‘cfv 6493  (class class class)co 7360  supcsup 9347  ℂcc 11028  ℝcr 11029  0cc0 11030  1c1 11031   + caddc 11033   · cmul 11035  ℝ^*cxr 11169   < clt 11170   ≤ cle 11171   − cmin 11368  ℕcn 12149  ℕ₀cn0 12405  ℝ⁺crp 12909  [,)cico 13267  seqcseq 13928  ↑cexp 13988  abscabs 15161   ⇝ cli 15411  C_𝑐cbcc 44644

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 1912  ax-6 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5225  ax-sep 5242  ax-nul 5252  ax-pow 5311  ax-pr 5378  ax-un 7682  ax-inf2 9554  ax-cnex 11086  ax-resscn 11087  ax-1cn 11088  ax-icn 11089  ax-addcl 11090  ax-addrcl 11091  ax-mulcl 11092  ax-mulrcl 11093  ax-mulcom 11094  ax-addass 11095  ax-mulass 11096  ax-distr 11097  ax-i2m1 11098  ax-1ne0 11099  ax-1rid 11100  ax-rnegex 11101  ax-rrecex 11102  ax-cnre 11103  ax-pre-lttri 11104  ax-pre-lttrn 11105  ax-pre-ltadd 11106  ax-pre-mulgt0 11107  ax-pre-sup 11108

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3062  df-rmo 3351  df-reu 3352  df-rab 3401  df-v 3443  df-sbc 3742  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4287  df-if 4481  df-pw 4557  df-sn 4582  df-pr 4584  df-op 4588  df-uni 4865  df-int 4904  df-iun 4949  df-br 5100  df-opab 5162  df-mpt 5181  df-tr 5207  df-id 5520  df-eprel 5525  df-po 5533  df-so 5534  df-fr 5578  df-se 5579  df-we 5580  df-xp 5631  df-rel 5632  df-cnv 5633  df-co 5634  df-dm 5635  df-rn 5636  df-res 5637  df-ima 5638  df-pred 6260  df-ord 6321  df-on 6322  df-lim 6323  df-suc 6324  df-iota 6449  df-fun 6495  df-fn 6496  df-f 6497  df-f1 6498  df-fo 6499  df-f1o 6500  df-fv 6501  df-isom 6502  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-frecs 8225  df-wrecs 8256  df-recs 8305  df-rdg 8343  df-1o 8399  df-er 8637  df-pm 8770  df-en 8888  df-dom 8889  df-sdom 8890  df-fin 8891  df-sup 9349  df-inf 9350  df-oi 9419  df-card 9855  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-div 11799  df-nn 12150  df-2 12212  df-3 12213  df-n0 12406  df-z 12493  df-uz 12756  df-rp 12910  df-ico 13271  df-icc 13272  df-fz 13428  df-fzo 13575  df-fl 13716  df-seq 13929  df-exp 13989  df-fac 14201  df-hash 14258  df-shft 14994  df-cj 15026  df-re 15027  df-im 15028  df-sqrt 15162  df-abs 15163  df-limsup 15398  df-clim 15415  df-rlim 15416  df-sum 15614  df-prod 15831  df-fallfac 15934  df-bcc 44645

This theorem is referenced by:  binomcxplemnotnn0  44664