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

Theorem chpval2 26650
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 26555 . 2 (𝐴 ∈ ℝ → (ψ‘𝐴) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(Λ‘𝑛))
2 fveq2 6879 . . 3 (𝑛 = (𝑝𝑘) → (Λ‘𝑛) = (Λ‘(𝑝𝑘)))
3 id 22 . . 3 (𝐴 ∈ ℝ → 𝐴 ∈ ℝ)
4 elfznn 13514 . . . . . 6 (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴)) → 𝑛 ∈ ℕ)
54adantl 482 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴))) → 𝑛 ∈ ℕ)
6 vmacl 26551 . . . . 5 (𝑛 ∈ ℕ → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
75, 6syl 17 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
87recnd 11226 . . 3 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℂ)
9 simprr 771 . . 3 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴)) ∧ (Λ‘𝑛) = 0)) → (Λ‘𝑛) = 0)
102, 3, 8, 9fsumvma2 26646 . 2 (𝐴 ∈ ℝ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(Λ‘𝑛) = Σ𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(Λ‘(𝑝𝑘)))
11 simpr 485 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ))
1211elin2d 4196 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 𝑝 ∈ ℙ)
13 elfznn 13514 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))) → 𝑘 ∈ ℕ)
14 vmappw 26549 . . . . . 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 15633 . . . 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 13922 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))) ∈ Fin)
18 prmuz2 16617 . . . . . . . 8 (𝑝 ∈ ℙ → 𝑝 ∈ (ℤ‘2))
19 eluzelre 12817 . . . . . . . . 9 (𝑝 ∈ (ℤ‘2) → 𝑝 ∈ ℝ)
20 eluz2gt1 12888 . . . . . . . . 9 (𝑝 ∈ (ℤ‘2) → 1 < 𝑝)
2119, 20rplogcld 26068 . . . . . . . 8 (𝑝 ∈ (ℤ‘2) → (log‘𝑝) ∈ ℝ+)
2212, 18, 213syl 18 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (log‘𝑝) ∈ ℝ+)
2322rpcnd 13002 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (log‘𝑝) ∈ ℂ)
24 fsumconst 15720 . . . . . 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 26537 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ → ((0[,]𝐴) ∩ ℙ) = ((2...(⌊‘𝐴)) ∩ ℙ))
27 inss1 4225 . . . . . . . . . . . . . 14 ((2...(⌊‘𝐴)) ∩ ℙ) ⊆ (2...(⌊‘𝐴))
2826, 27eqsstrdi 4033 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐴 ∈ ℝ → ((0[,]𝐴) ∩ ℙ) ⊆ (2...(⌊‘𝐴)))
2928sselda 3979 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 𝑝 ∈ (2...(⌊‘𝐴)))
30 elfzuz2 13490 . . . . . . . . . . . 12 (𝑝 ∈ (2...(⌊‘𝐴)) → (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2))
3129, 30syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2))
32 simpl 483 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 𝐴 ∈ ℝ)
33 0red 11201 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 0 ∈ ℝ)
34 2re 12270 . . . . . . . . . . . . . 14 2 ∈ ℝ
3534a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 2 ∈ ℝ)
36 2pos 12299 . . . . . . . . . . . . . 14 0 < 2
3736a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 0 < 2)
38 eluzle 12819 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2) → 2 ≤ (⌊‘𝐴))
39 2z 12578 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 ∈ ℤ
40 flge 13754 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 2 ∈ ℤ) → (2 ≤ 𝐴 ↔ 2 ≤ (⌊‘𝐴)))
4139, 40mpan2 689 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐴 ∈ ℝ → (2 ≤ 𝐴 ↔ 2 ≤ (⌊‘𝐴)))
4238, 41imbitrrid 245 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐴 ∈ ℝ → ((⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2) → 2 ≤ 𝐴))
4342imp 407 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 2 ≤ 𝐴)
4433, 35, 32, 37, 43ltletrd 11358 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 0 < 𝐴)
4532, 44elrpd 12997 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 𝐴 ∈ ℝ+)
4631, 45syldan 591 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 𝐴 ∈ ℝ+)
4746relogcld 26062 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (log‘𝐴) ∈ ℝ)
4847, 22rerpdivcld 13031 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → ((log‘𝐴) / (log‘𝑝)) ∈ ℝ)
49 1red 11199 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 1 ∈ ℝ)
50 1lt2 12367 . . . . . . . . . . . . . 14 1 < 2
5150a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 1 < 2)
5249, 35, 32, 51, 43ltletrd 11358 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (⌊‘𝐴) ∈ (ℤ‘2)) → 1 < 𝐴)
5331, 52syldan 591 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 1 < 𝐴)
54 rplogcl 26043 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 < 𝐴) → (log‘𝐴) ∈ ℝ+)
5553, 54syldan 591 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (log‘𝐴) ∈ ℝ+)
5655, 22rpdivcld 13017 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → ((log‘𝐴) / (log‘𝑝)) ∈ ℝ+)
5756rpge0d 13004 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → 0 ≤ ((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))
58 flge0nn0 13769 . . . . . . . 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 14290 . . . . . . 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 7409 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → ((♯‘(1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))) · (log‘𝑝)) = ((⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))) · (log‘𝑝)))
6359nn0cnd 12518 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))) ∈ ℂ)
6463, 23mulcomd 11219 . . . . 5 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → ((⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))) · (log‘𝑝)) = ((log‘𝑝) · (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))))
6525, 62, 643eqtrd 2776 . . . 4 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(log‘𝑝) = ((log‘𝑝) · (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))))
6616, 65eqtrd 2772 . . 3 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑝 ∈ ((0[,]𝐴) ∩ ℙ)) → Σ𝑘 ∈ (1...(⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝))))(Λ‘(𝑝𝑘)) = ((log‘𝑝) · (⌊‘((log‘𝐴) / (log‘𝑝)))))
6766sumeq2dv 15633 . 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 2776 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 205  wa 396   = wceq 1541  wcel 2106  cin 3944   class class class wbr 5142  cfv 6533  (class class class)co 7394  Fincfn 8924  cc 11092  cr 11093  0cc0 11094  1c1 11095   · cmul 11099   < clt 11232  cle 11233   / cdiv 11855  cn 12196  2c2 12251  0cn0 12456  cz 12542  cuz 12806  +crp 12958  [,]cicc 13311  ...cfz 13468  cfl 13739  cexp 14011  chash 14274  Σcsu 15616  cprime 16592  logclog 25994  Λcvma 26525  ψcchp 26526
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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2703  ax-rep 5279  ax-sep 5293  ax-nul 5300  ax-pow 5357  ax-pr 5421  ax-un 7709  ax-inf2 9620  ax-cnex 11150  ax-resscn 11151  ax-1cn 11152  ax-icn 11153  ax-addcl 11154  ax-addrcl 11155  ax-mulcl 11156  ax-mulrcl 11157  ax-mulcom 11158  ax-addass 11159  ax-mulass 11160  ax-distr 11161  ax-i2m1 11162  ax-1ne0 11163  ax-1rid 11164  ax-rnegex 11165  ax-rrecex 11166  ax-cnre 11167  ax-pre-lttri 11168  ax-pre-lttrn 11169  ax-pre-ltadd 11170  ax-pre-mulgt0 11171  ax-pre-sup 11172  ax-addf 11173  ax-mulf 11174
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2710  df-cleq 2724  df-clel 2810  df-nfc 2885  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3433  df-v 3476  df-sbc 3775  df-csb 3891  df-dif 3948  df-un 3950  df-in 3952  df-ss 3962  df-pss 3964  df-nul 4320  df-if 4524  df-pw 4599  df-sn 4624  df-pr 4626  df-tp 4628  df-op 4630  df-uni 4903  df-int 4945  df-iun 4993  df-iin 4994  df-br 5143  df-opab 5205  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5568  df-eprel 5574  df-po 5582  df-so 5583  df-fr 5625  df-se 5626  df-we 5627  df-xp 5676  df-rel 5677  df-cnv 5678  df-co 5679  df-dm 5680  df-rn 5681  df-res 5682  df-ima 5683  df-pred 6290  df-ord 6357  df-on 6358  df-lim 6359  df-suc 6360  df-iota 6485  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-isom 6542  df-riota 7350  df-ov 7397  df-oprab 7398  df-mpo 7399  df-of 7654  df-om 7840  df-1st 7959  df-2nd 7960  df-supp 8131  df-frecs 8250  df-wrecs 8281  df-recs 8355  df-rdg 8394  df-1o 8450  df-2o 8451  df-oadd 8454  df-er 8688  df-map 8807  df-pm 8808  df-ixp 8877  df-en 8925  df-dom 8926  df-sdom 8927  df-fin 8928  df-fsupp 9347  df-fi 9390  df-sup 9421  df-inf 9422  df-oi 9489  df-dju 9880  df-card 9918  df-pnf 11234  df-mnf 11235  df-xr 11236  df-ltxr 11237  df-le 11238  df-sub 11430  df-neg 11431  df-div 11856  df-nn 12197  df-2 12259  df-3 12260  df-4 12261  df-5 12262  df-6 12263  df-7 12264  df-8 12265  df-9 12266  df-n0 12457  df-z 12543  df-dec 12662  df-uz 12807  df-q 12917  df-rp 12959  df-xneg 13076  df-xadd 13077  df-xmul 13078  df-ioo 13312  df-ioc 13313  df-ico 13314  df-icc 13315  df-fz 13469  df-fzo 13612  df-fl 13741  df-mod 13819  df-seq 13951  df-exp 14012  df-fac 14218  df-bc 14247  df-hash 14275  df-shft 14998  df-cj 15030  df-re 15031  df-im 15032  df-sqrt 15166  df-abs 15167  df-limsup 15399  df-clim 15416  df-rlim 15417  df-sum 15617  df-ef 15995  df-sin 15997  df-cos 15998  df-pi 16000  df-dvds 16182  df-gcd 16420  df-prm 16593  df-pc 16754  df-struct 17064  df-sets 17081  df-slot 17099  df-ndx 17111  df-base 17129  df-ress 17158  df-plusg 17194  df-mulr 17195  df-starv 17196  df-sca 17197  df-vsca 17198  df-ip 17199  df-tset 17200  df-ple 17201  df-ds 17203  df-unif 17204  df-hom 17205  df-cco 17206  df-rest 17352  df-topn 17353  df-0g 17371  df-gsum 17372  df-topgen 17373  df-pt 17374  df-prds 17377  df-xrs 17432  df-qtop 17437  df-imas 17438  df-xps 17440  df-mre 17514  df-mrc 17515  df-acs 17517  df-mgm 18545  df-sgrp 18594  df-mnd 18605  df-submnd 18650  df-mulg 18925  df-cntz 19149  df-cmn 19616  df-psmet 20872  df-xmet 20873  df-met 20874  df-bl 20875  df-mopn 20876  df-fbas 20877  df-fg 20878  df-cnfld 20881  df-top 22327  df-topon 22344  df-topsp 22366  df-bases 22380  df-cld 22454  df-ntr 22455  df-cls 22456  df-nei 22533  df-lp 22571  df-perf 22572  df-cn 22662  df-cnp 22663  df-haus 22750  df-tx 22997  df-hmeo 23190  df-fil 23281  df-fm 23373  df-flim 23374  df-flf 23375  df-xms 23757  df-ms 23758  df-tms 23759  df-cncf 24325  df-limc 25314  df-dv 25315  df-log 25996  df-vma 26531  df-chp 26532
This theorem is referenced by:  chpchtsum  26651  chpub  26652
  Copyright terms: Public domain W3C validator