MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  chpval2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem chpval2 27277
Description: Express the second Chebyshev function directly as a sum over the primes less than 𝐴 (instead of indirectly through the von Mangoldt function). (Contributed by Mario Carneiro, 8-Apr-2016.)
Assertion
Ref Expression
chpval2 (𝐴 ∈ ℝ → (ψ‘𝐴) = Σ𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)((log‘𝑝) · (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))))
Distinct variable group:   𝐴,𝑝

Proof of Theorem chpval2
Dummy variables 𝑘 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 chpval 27180 . 2 (𝐴 ∈ ℝ → (ψ‘𝐴) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(Λ‘𝑛))
2 fveq2 6907 . . 3 (𝑛 = (𝑝𝑘) → (Λ‘𝑛) = (Λ‘(𝑝𝑘)))
3 id 22 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℝ)
4 elfznn 13590 . . . . . 6 (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴)) → 𝑛 ∈ ℕ)
54adantl 481 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴))) → 𝑛 ∈ ℕ)
6 vmacl 27176 . . . . 5 (𝑛 ∈ ℕ → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
75, 6syl 17 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
87recnd 11287 . . 3 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℂ)
9 simprr 773 . . 3 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴)) ∧ (Λ‘𝑛) = 0)) → (Λ‘𝑛) = 0)
102, 3, 8, 9fsumvma2 27273 . 2 (𝐴 ∈ ℝ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(Λ‘𝑛) = Σ𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(Λ‘(𝑝𝑘)))
11 simpr 484 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ))
1211elin2d 4215 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 𝑝 ∈ ℙ)
13 elfznn 13590 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))) → 𝑘 ∈ ℕ)
14 vmappw 27174 . . . . . 6 ((𝑝 ∈ ℙ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (Λ‘(𝑝𝑘)) = (log‘𝑝))
1512, 13, 14syl2an 596 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) ∧ 𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))) → (Λ‘(𝑝𝑘)) = (log‘𝑝))
1615sumeq2dv 15735 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(Λ‘(𝑝𝑘)) = Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(log‘𝑝))
17 fzfid 14011 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))) ∈ Fin)
18 prmuz2 16730 . . . . . . . 8 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ (ℤ‘2))
19 eluzelre 12887 . . . . . . . . 9 (𝑝 ∈ (ℤ‘2) → 𝑝 ∈ ℝ)
20 eluz2gt1 12960 . . . . . . . . 9 (𝑝 ∈ (ℤ‘2) → 1 < 𝑝)
2119, 20rplogcld 26686 . . . . . . . 8 (𝑝 ∈ (ℤ‘2) → (log‘𝑝) ∈ ℝ+)
2212, 18, 213syl 18 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (log‘𝑝) ∈ ℝ+)
2322rpcnd 13077 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (log‘𝑝) ∈ ℂ)
24 fsumconst 15823 . . . . . 6 (((1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))) ∈ Fin ∧ (log‘𝑝) ∈ ℂ) → Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(log‘𝑝) = ((♯‘(1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))) · (log‘𝑝)))
2517, 23, 24syl2anc 584 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(log‘𝑝) = ((♯‘(1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))) · (log‘𝑝)))
26 ppisval 27162 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ → ((0[,]𝐴) ∩ ℙ) = ((2...(⌊‘𝐴)) ∩ ℙ))
27 inss1 4245 . . . . . . . . . . . . . 14 ((2...(⌊‘𝐴)) ∩ ℙ) ⊆ (2...(⌊‘𝐴))
2826, 27eqsstrdi 4050 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℝ → ((0[,]𝐴) ∩ ℙ) ⊆ (2...(⌊‘𝐴)))
2928sselda 3995 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 𝑝 ∈ (2...(⌊‘𝐴)))
30 elfzuz2 13566 . . . . . . . . . . . 12 (𝑝 ∈ (2...(⌊‘𝐴)) → (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2))
3129, 30syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2))
32 simpl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 𝐴 ∈ ℝ)
33 0red 11262 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 0 ∈ ℝ)
34 2re 12338 . . . . . . . . . . . . . 14 2 ∈ ℝ
3534a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 2 ∈ ℝ)
36 2pos 12367 . . . . . . . . . . . . . 14 0 < 2
3736a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 0 < 2)
38 eluzle 12889 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2) → 2 ≤ (⌊‘𝐴))
39 2z 12647 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 ∈ ℤ
40 flge 13842 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 2 ∈ ℤ) → (2 ≤ 𝐴 ↔ 2 ≤ (⌊‘𝐴)))
4139, 40mpan2 691 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ ℝ → (2 ≤ 𝐴 ↔ 2 ≤ (⌊‘𝐴)))
4238, 41imbitrrid 246 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ → ((⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2) → 2 ≤ 𝐴))
4342imp 406 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 2 ≤ 𝐴)
4433, 35, 32, 37, 43ltletrd 11419 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 0 < 𝐴)
4532, 44elrpd 13072 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 𝐴 ∈ ℝ+)
4631, 45syldan 591 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 𝐴 ∈ ℝ+)
4746relogcld 26680 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (log‘𝐴) ∈ ℝ)
4847, 22rerpdivcld 13106 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → ((log‘𝐴) / (log‘𝑝)) ∈ ℝ)
49 1red 11260 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 1 ∈ ℝ)
50 1lt2 12435 . . . . . . . . . . . . . 14 1 < 2
5150a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 1 < 2)
5249, 35, 32, 51, 43ltletrd 11419 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 1 < 𝐴)
5331, 52syldan 591 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 1 < 𝐴)
54 rplogcl 26661 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 < 𝐴) → (log‘𝐴) ∈ ℝ+)
5553, 54syldan 591 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (log‘𝐴) ∈ ℝ+)
5655, 22rpdivcld 13092 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → ((log‘𝐴) / (log‘𝑝)) ∈ ℝ+)
5756rpge0d 13079 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 0 ≤ ((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))
58 flge0nn0 13857 . . . . . . . 8 ((((log‘𝐴) / (log‘𝑝)) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ((log‘𝐴) / (log‘𝑝))) → (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))) ∈ ℕ0)
5948, 57, 58syl2anc 584 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))) ∈ ℕ0)
60 hashfz1 14382 . . . . . . 7 ((⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))) ∈ ℕ0 → (♯‘(1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))) = (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))
6159, 60syl 17 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (♯‘(1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))) = (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))
6261oveq1d 7446 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → ((♯‘(1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))) · (log‘𝑝)) = ((⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))) · (log‘𝑝)))
6359nn0cnd 12587 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))) ∈ ℂ)
6463, 23mulcomd 11280 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → ((⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))) · (log‘𝑝)) = ((log‘𝑝) · (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))))
6525, 62, 643eqtrd 2779 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(log‘𝑝) = ((log‘𝑝) · (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))))
6616, 65eqtrd 2775 . . 3 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(Λ‘(𝑝𝑘)) = ((log‘𝑝) · (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))))
6766sumeq2dv 15735 . 2 (𝐴 ∈ ℝ → Σ𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(Λ‘(𝑝𝑘)) = Σ𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)((log‘𝑝) · (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))))
681, 10, 673eqtrd 2779 1 (𝐴 ∈ ℝ → (ψ‘𝐴) = Σ𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)((log‘𝑝) · (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395   = wceq 1537  wcel 2106  cin 3962   class class class wbr 5148  cfv 6563  (class class class)co 7431  Fincfn 8984  cc 11151  cr 11152  0cc0 11153  1c1 11154   · cmul 11158   < clt 11293  cle 11294   / cdiv 11918  cn 12264  2c2 12319  0cn0 12524  cz 12611  cuz 12876  +crp 13032  [,]cicc 13387  ...cfz 13544  cfl 13827  cexp 14099  chash 14366  Σcsu 15719  cprime 16705  logclog 26611  Λcvma 27150  ψcchp 27151
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1908  ax-6 1965  ax-7 2005  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2139  ax-11 2155  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-rep 5285  ax-sep 5302  ax-nul 5312  ax-pow 5371  ax-pr 5438  ax-un 7754  ax-inf2 9679  ax-cnex 11209  ax-resscn 11210  ax-1cn 11211  ax-icn 11212  ax-addcl 11213  ax-addrcl 11214  ax-mulcl 11215  ax-mulrcl 11216  ax-mulcom 11217  ax-addass 11218  ax-mulass 11219  ax-distr 11220  ax-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-1rid 11223  ax-rnegex 11224  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228  ax-pre-ltadd 11229  ax-pre-mulgt0 11230  ax-pre-sup 11231  ax-addf 11232
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2063  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2727  df-clel 2814  df-nfc 2890  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-rmo 3378  df-reu 3379  df-rab 3434  df-v 3480  df-sbc 3792  df-csb 3909  df-dif 3966  df-un 3968  df-in 3970  df-ss 3980  df-pss 3983  df-nul 4340  df-if 4532  df-pw 4607  df-sn 4632  df-pr 4634  df-tp 4636  df-op 4638  df-uni 4913  df-int 4952  df-iun 4998  df-iin 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5583  df-eprel 5589  df-po 5597  df-so 5598  df-fr 5641  df-se 5642  df-we 5643  df-xp 5695  df-rel 5696  df-cnv 5697  df-co 5698  df-dm 5699  df-rn 5700  df-res 5701  df-ima 5702  df-pred 6323  df-ord 6389  df-on 6390  df-lim 6391  df-suc 6392  df-iota 6516  df-fun 6565  df-fn 6566  df-f 6567  df-f1 6568  df-fo 6569  df-f1o 6570  df-fv 6571  df-isom 6572  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-of 7697  df-om 7888  df-1st 8013  df-2nd 8014  df-supp 8185  df-frecs 8305  df-wrecs 8336  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8505  df-2o 8506  df-oadd 8509  df-er 8744  df-map 8867  df-pm 8868  df-ixp 8937  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-fin 8988  df-fsupp 9400  df-fi 9449  df-sup 9480  df-inf 9481  df-oi 9548  df-dju 9939  df-card 9977  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-sub 11492  df-neg 11493  df-div 11919  df-nn 12265  df-2 12327  df-3 12328  df-4 12329  df-5 12330  df-6 12331  df-7 12332  df-8 12333  df-9 12334  df-n0 12525  df-z 12612  df-dec 12732  df-uz 12877  df-q 12989  df-rp 13033  df-xneg 13152  df-xadd 13153  df-xmul 13154  df-ioo 13388  df-ioc 13389  df-ico 13390  df-icc 13391  df-fz 13545  df-fzo 13692  df-fl 13829  df-mod 13907  df-seq 14040  df-exp 14100  df-fac 14310  df-bc 14339  df-hash 14367  df-shft 15103  df-cj 15135  df-re 15136  df-im 15137  df-sqrt 15271  df-abs 15272  df-limsup 15504  df-clim 15521  df-rlim 15522  df-sum 15720  df-ef 16100  df-sin 16102  df-cos 16103  df-pi 16105  df-dvds 16288  df-gcd 16529  df-prm 16706  df-pc 16871  df-struct 17181  df-sets 17198  df-slot 17216  df-ndx 17228  df-base 17246  df-ress 17275  df-plusg 17311  df-mulr 17312  df-starv 17313  df-sca 17314  df-vsca 17315  df-ip 17316  df-tset 17317  df-ple 17318  df-ds 17320  df-unif 17321  df-hom 17322  df-cco 17323  df-rest 17469  df-topn 17470  df-0g 17488  df-gsum 17489  df-topgen 17490  df-pt 17491  df-prds 17494  df-xrs 17549  df-qtop 17554  df-imas 17555  df-xps 17557  df-mre 17631  df-mrc 17632  df-acs 17634  df-mgm 18666  df-sgrp 18745  df-mnd 18761  df-submnd 18810  df-mulg 19099  df-cntz 19348  df-cmn 19815  df-psmet 21374  df-xmet 21375  df-met 21376  df-bl 21377  df-mopn 21378  df-fbas 21379  df-fg 21380  df-cnfld 21383  df-top 22916  df-topon 22933  df-topsp 22955  df-bases 22969  df-cld 23043  df-ntr 23044  df-cls 23045  df-nei 23122  df-lp 23160  df-perf 23161  df-cn 23251  df-cnp 23252  df-haus 23339  df-tx 23586  df-hmeo 23779  df-fil 23870  df-fm 23962  df-flim 23963  df-flf 23964  df-xms 24346  df-ms 24347  df-tms 24348  df-cncf 24918  df-limc 25916  df-dv 25917  df-log 26613  df-vma 27156  df-chp 27157
This theorem is referenced by:  chpchtsum  27278  chpub  27279
  Copyright terms: Public domain W3C validator