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

Theorem climcnds 15206
Description: The Cauchy condensation test. If 𝑎(𝑘) is a decreasing sequence of nonnegative terms, then Σ𝑘 ∈ ℕ𝑎(𝑘) converges iff Σ𝑛 ∈ ℕ02↑𝑛 · 𝑎(2↑𝑛) converges. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jul-2014.) (Proof shortened by AV, 10-Jul-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
climcnds.1 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
climcnds.2 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐹𝑘))
climcnds.3 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝐹𝑘))
climcnds.4 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐺𝑛) = ((2↑𝑛) · (𝐹‘(2↑𝑛))))
Assertion
Ref Expression
climcnds (𝜑 → (seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ↔ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑛,𝐹   𝑘,𝐺,𝑛   𝜑,𝑘,𝑛

Proof of Theorem climcnds
Dummy variables 𝑗 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nnuz 12282 . . . . 5 ℕ = (ℤ‘1)
2 1zzd 12014 . . . . 5 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) → 1 ∈ ℤ)
3 1zzd 12014 . . . . . . 7 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
4 nnnn0 11905 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℕ0)
5 climcnds.4 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐺𝑛) = ((2↑𝑛) · (𝐹‘(2↑𝑛))))
6 2nn 11711 . . . . . . . . . . . 12 2 ∈ ℕ
7 simpr 487 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → 𝑛 ∈ ℕ0)
8 nnexpcl 13443 . . . . . . . . . . . 12 ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (2↑𝑛) ∈ ℕ)
96, 7, 8sylancr 589 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → (2↑𝑛) ∈ ℕ)
109nnred 11653 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → (2↑𝑛) ∈ ℝ)
11 fveq2 6670 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 = (2↑𝑛) → (𝐹𝑘) = (𝐹‘(2↑𝑛)))
1211eleq1d 2897 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 = (2↑𝑛) → ((𝐹𝑘) ∈ ℝ ↔ (𝐹‘(2↑𝑛)) ∈ ℝ))
13 climcnds.1 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
1413ralrimiva 3182 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
1514adantr 483 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
1612, 15, 9rspcdva 3625 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐹‘(2↑𝑛)) ∈ ℝ)
1710, 16remulcld 10671 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → ((2↑𝑛) · (𝐹‘(2↑𝑛))) ∈ ℝ)
185, 17eqeltrd 2913 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐺𝑛) ∈ ℝ)
194, 18sylan2 594 . . . . . . 7 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ) → (𝐺𝑛) ∈ ℝ)
201, 3, 19serfre 13400 . . . . . 6 (𝜑 → seq1( + , 𝐺):ℕ⟶ℝ)
2120adantr 483 . . . . 5 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) → seq1( + , 𝐺):ℕ⟶ℝ)
22 simpr 487 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℕ)
2322, 1eleqtrdi 2923 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ (ℤ‘1))
24 nnz 12005 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℤ)
2524adantl 484 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℤ)
26 uzid 12259 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ ℤ → 𝑗 ∈ (ℤ𝑗))
27 peano2uz 12302 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (ℤ𝑗) → (𝑗 + 1) ∈ (ℤ𝑗))
2825, 26, 273syl 18 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ∈ (ℤ𝑗))
29 simpl 485 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ) → 𝜑)
30 elfznn 12937 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ (1...(𝑗 + 1)) → 𝑛 ∈ ℕ)
3129, 30, 19syl2an 597 . . . . . . 7 (((𝜑𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...(𝑗 + 1))) → (𝐺𝑛) ∈ ℝ)
32 simpll 765 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ((𝑗 + 1)...(𝑗 + 1))) → 𝜑)
33 elfz1eq 12919 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ((𝑗 + 1)...(𝑗 + 1)) → 𝑛 = (𝑗 + 1))
3433adantl 484 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ((𝑗 + 1)...(𝑗 + 1))) → 𝑛 = (𝑗 + 1))
35 nnnn0 11905 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℕ0)
36 peano2nn0 11938 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ ℕ0 → (𝑗 + 1) ∈ ℕ0)
3735, 36syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 + 1) ∈ ℕ0)
3837ad2antlr 725 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ((𝑗 + 1)...(𝑗 + 1))) → (𝑗 + 1) ∈ ℕ0)
3934, 38eqeltrd 2913 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ((𝑗 + 1)...(𝑗 + 1))) → 𝑛 ∈ ℕ0)
409nnnn0d 11956 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → (2↑𝑛) ∈ ℕ0)
4140nn0ge0d 11959 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → 0 ≤ (2↑𝑛))
4211breq2d 5078 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 = (2↑𝑛) → (0 ≤ (𝐹𝑘) ↔ 0 ≤ (𝐹‘(2↑𝑛))))
43 climcnds.2 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐹𝑘))
4443ralrimiva 3182 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ 0 ≤ (𝐹𝑘))
4544adantr 483 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → ∀𝑘 ∈ ℕ 0 ≤ (𝐹𝑘))
4642, 45, 9rspcdva 3625 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → 0 ≤ (𝐹‘(2↑𝑛)))
4710, 16, 41, 46mulge0d 11217 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → 0 ≤ ((2↑𝑛) · (𝐹‘(2↑𝑛))))
4847, 5breqtrrd 5094 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → 0 ≤ (𝐺𝑛))
4932, 39, 48syl2anc 586 . . . . . . 7 (((𝜑𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ((𝑗 + 1)...(𝑗 + 1))) → 0 ≤ (𝐺𝑛))
5023, 28, 31, 49sermono 13403 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐺)‘𝑗) ≤ (seq1( + , 𝐺)‘(𝑗 + 1)))
5150adantlr 713 . . . . 5 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐺)‘𝑗) ≤ (seq1( + , 𝐺)‘(𝑗 + 1)))
52 2re 11712 . . . . . . 7 2 ∈ ℝ
53 eqidd 2822 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑘))
5413adantlr 713 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
55 simpr 487 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) → seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
561, 2, 53, 54, 55isumrecl 15120 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) → Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
57 remulcl 10622 . . . . . . 7 ((2 ∈ ℝ ∧ Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘) ∈ ℝ) → (2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘)) ∈ ℝ)
5852, 56, 57sylancr 589 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) → (2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘)) ∈ ℝ)
5921ffvelrnda 6851 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐺)‘𝑗) ∈ ℝ)
601, 3, 13serfre 13400 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → seq1( + , 𝐹):ℕ⟶ℝ)
6160ad2antrr 724 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → seq1( + , 𝐹):ℕ⟶ℝ)
6235adantl 484 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℕ0)
63 nnexpcl 13443 . . . . . . . . . . 11 ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (2↑𝑗) ∈ ℕ)
646, 62, 63sylancr 589 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2↑𝑗) ∈ ℕ)
6561, 64ffvelrnd 6852 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗)) ∈ ℝ)
66 remulcl 10622 . . . . . . . . 9 ((2 ∈ ℝ ∧ (seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗)) ∈ ℝ) → (2 · (seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗))) ∈ ℝ)
6752, 65, 66sylancr 589 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2 · (seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗))) ∈ ℝ)
6858adantr 483 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘)) ∈ ℝ)
69 climcnds.3 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘(𝑘 + 1)) ≤ (𝐹𝑘))
7013, 43, 69, 5climcndslem2 15205 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐺)‘𝑗) ≤ (2 · (seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗))))
7170adantlr 713 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐺)‘𝑗) ≤ (2 · (seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗))))
72 eqidd 2822 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2↑𝑗))) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑘))
7364, 1eleqtrdi 2923 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2↑𝑗) ∈ (ℤ‘1))
74 simpll 765 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝜑)
75 elfznn 12937 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ (1...(2↑𝑗)) → 𝑘 ∈ ℕ)
7613recnd 10669 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
7774, 75, 76syl2an 597 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2↑𝑗))) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
7872, 73, 77fsumser 15087 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → Σ𝑘 ∈ (1...(2↑𝑗))(𝐹𝑘) = (seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗)))
79 1zzd 12014 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℤ)
80 fzfid 13342 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1...(2↑𝑗)) ∈ Fin)
8175ssriv 3971 . . . . . . . . . . . 12 (1...(2↑𝑗)) ⊆ ℕ
8281a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1...(2↑𝑗)) ⊆ ℕ)
83 eqidd 2822 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑘))
8413ad4ant14 750 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
8543ad4ant14 750 . . . . . . . . . . 11 ((((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐹𝑘))
86 simplr 767 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
871, 79, 80, 82, 83, 84, 85, 86isumless 15200 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → Σ𝑘 ∈ (1...(2↑𝑗))(𝐹𝑘) ≤ Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘))
8878, 87eqbrtrrd 5090 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗)) ≤ Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘))
8956adantr 483 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
90 2rp 12395 . . . . . . . . . . 11 2 ∈ ℝ+
9190a1i 11 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℝ+)
9265, 89, 91lemul2d 12476 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗)) ≤ Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘) ↔ (2 · (seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗))) ≤ (2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘))))
9388, 92mpbid 234 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2 · (seq1( + , 𝐹)‘(2↑𝑗))) ≤ (2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘)))
9459, 67, 68, 71, 93letrd 10797 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐺)‘𝑗) ≤ (2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘)))
9594ralrimiva 3182 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) → ∀𝑗 ∈ ℕ (seq1( + , 𝐺)‘𝑗) ≤ (2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘)))
96 brralrspcev 5126 . . . . . 6 (((2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘)) ∈ ℝ ∧ ∀𝑗 ∈ ℕ (seq1( + , 𝐺)‘𝑗) ≤ (2 · Σ𝑘 ∈ ℕ (𝐹𝑘))) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑗 ∈ ℕ (seq1( + , 𝐺)‘𝑗) ≤ 𝑥)
9758, 95, 96syl2anc 586 . . . . 5 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑗 ∈ ℕ (seq1( + , 𝐺)‘𝑗) ≤ 𝑥)
981, 2, 21, 51, 97climsup 15026 . . . 4 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) → seq1( + , 𝐺) ⇝ sup(ran seq1( + , 𝐺), ℝ, < ))
99 climrel 14849 . . . . 5 Rel ⇝
10099releldmi 5818 . . . 4 (seq1( + , 𝐺) ⇝ sup(ran seq1( + , 𝐺), ℝ, < ) → seq1( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
10198, 100syl 17 . . 3 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) → seq1( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
102 nn0uz 12281 . . . . 5 0 = (ℤ‘0)
103 1nn0 11914 . . . . . 6 1 ∈ ℕ0
104103a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → 1 ∈ ℕ0)
10518recnd 10669 . . . . 5 ((𝜑𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐺𝑛) ∈ ℂ)
106102, 104, 105iserex 15013 . . . 4 (𝜑 → (seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ↔ seq1( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ))
107106biimpar 480 . . 3 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
108101, 107syldan 593 . 2 ((𝜑 ∧ seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ) → seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
109 1zzd 12014 . . . 4 ((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → 1 ∈ ℤ)
11060adantr 483 . . . 4 ((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → seq1( + , 𝐹):ℕ⟶ℝ)
111 elfznn 12937 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (1...(𝑗 + 1)) → 𝑘 ∈ ℕ)
11229, 111, 13syl2an 597 . . . . . 6 (((𝜑𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝑗 + 1))) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
113 simpll 765 . . . . . . 7 (((𝜑𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ((𝑗 + 1)...(𝑗 + 1))) → 𝜑)
114 peano2nn 11650 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 + 1) ∈ ℕ)
115114adantl 484 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ∈ ℕ)
116 elfz1eq 12919 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ((𝑗 + 1)...(𝑗 + 1)) → 𝑘 = (𝑗 + 1))
117 eleq1 2900 . . . . . . . . 9 (𝑘 = (𝑗 + 1) → (𝑘 ∈ ℕ ↔ (𝑗 + 1) ∈ ℕ))
118117biimparc 482 . . . . . . . 8 (((𝑗 + 1) ∈ ℕ ∧ 𝑘 = (𝑗 + 1)) → 𝑘 ∈ ℕ)
119115, 116, 118syl2an 597 . . . . . . 7 (((𝜑𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ((𝑗 + 1)...(𝑗 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
120113, 119, 43syl2anc 586 . . . . . 6 (((𝜑𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ((𝑗 + 1)...(𝑗 + 1))) → 0 ≤ (𝐹𝑘))
12123, 28, 112, 120sermono 13403 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) ≤ (seq1( + , 𝐹)‘(𝑗 + 1)))
122121adantlr 713 . . . 4 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) ≤ (seq1( + , 𝐹)‘(𝑗 + 1)))
123 0zd 11994 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → 0 ∈ ℤ)
124 eqidd 2822 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐺𝑛) = (𝐺𝑛))
12518adantlr 713 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐺𝑛) ∈ ℝ)
126 simpr 487 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
127102, 123, 124, 125, 126isumrecl 15120 . . . . 5 ((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → Σ𝑛 ∈ ℕ0 (𝐺𝑛) ∈ ℝ)
128110ffvelrnda 6851 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) ∈ ℝ)
129 0zd 11994 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 0 ∈ ℤ)
130102, 129, 18serfre 13400 . . . . . . . . 9 (𝜑 → seq0( + , 𝐺):ℕ0⟶ℝ)
131130adantr 483 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → seq0( + , 𝐺):ℕ0⟶ℝ)
132 ffvelrn 6849 . . . . . . . 8 ((seq0( + , 𝐺):ℕ0⟶ℝ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (seq0( + , 𝐺)‘𝑗) ∈ ℝ)
133131, 35, 132syl2an 597 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq0( + , 𝐺)‘𝑗) ∈ ℝ)
134127adantr 483 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → Σ𝑛 ∈ ℕ0 (𝐺𝑛) ∈ ℝ)
135110adantr 483 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → seq1( + , 𝐹):ℕ⟶ℝ)
136 simpr 487 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℕ)
13724adantl 484 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℤ)
13837adantl 484 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ∈ ℕ0)
139138nn0red 11957 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ∈ ℝ)
140 nnexpcl 13443 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((2 ∈ ℕ ∧ (𝑗 + 1) ∈ ℕ0) → (2↑(𝑗 + 1)) ∈ ℕ)
1416, 138, 140sylancr 589 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2↑(𝑗 + 1)) ∈ ℕ)
142141nnred 11653 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2↑(𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
143 2z 12015 . . . . . . . . . . . . . . 15 2 ∈ ℤ
144 uzid 12259 . . . . . . . . . . . . . . 15 (2 ∈ ℤ → 2 ∈ (ℤ‘2))
145143, 144ax-mp 5 . . . . . . . . . . . . . 14 2 ∈ (ℤ‘2)
146 bernneq3 13593 . . . . . . . . . . . . . 14 ((2 ∈ (ℤ‘2) ∧ (𝑗 + 1) ∈ ℕ0) → (𝑗 + 1) < (2↑(𝑗 + 1)))
147145, 138, 146sylancr 589 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) < (2↑(𝑗 + 1)))
148139, 142, 147ltled 10788 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ≤ (2↑(𝑗 + 1)))
149137peano2zd 12091 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ∈ ℤ)
150141nnzd 12087 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2↑(𝑗 + 1)) ∈ ℤ)
151 eluz 12258 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑗 + 1) ∈ ℤ ∧ (2↑(𝑗 + 1)) ∈ ℤ) → ((2↑(𝑗 + 1)) ∈ (ℤ‘(𝑗 + 1)) ↔ (𝑗 + 1) ≤ (2↑(𝑗 + 1))))
152149, 150, 151syl2anc 586 . . . . . . . . . . . 12 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((2↑(𝑗 + 1)) ∈ (ℤ‘(𝑗 + 1)) ↔ (𝑗 + 1) ≤ (2↑(𝑗 + 1))))
153148, 152mpbird 259 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2↑(𝑗 + 1)) ∈ (ℤ‘(𝑗 + 1)))
154 eluzp1m1 12269 . . . . . . . . . . 11 ((𝑗 ∈ ℤ ∧ (2↑(𝑗 + 1)) ∈ (ℤ‘(𝑗 + 1))) → ((2↑(𝑗 + 1)) − 1) ∈ (ℤ𝑗))
155137, 153, 154syl2anc 586 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((2↑(𝑗 + 1)) − 1) ∈ (ℤ𝑗))
156 eluznn 12319 . . . . . . . . . 10 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ ((2↑(𝑗 + 1)) − 1) ∈ (ℤ𝑗)) → ((2↑(𝑗 + 1)) − 1) ∈ ℕ)
157136, 155, 156syl2anc 586 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((2↑(𝑗 + 1)) − 1) ∈ ℕ)
158135, 157ffvelrnd 6852 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘((2↑(𝑗 + 1)) − 1)) ∈ ℝ)
15923adantlr 713 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ (ℤ‘1))
160 simpll 765 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝜑)
161 elfznn 12937 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ (1...((2↑(𝑗 + 1)) − 1)) → 𝑘 ∈ ℕ)
162160, 161, 13syl2an 597 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (1...((2↑(𝑗 + 1)) − 1))) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
163114adantl 484 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ∈ ℕ)
164 elfzuz 12905 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ((𝑗 + 1)...((2↑(𝑗 + 1)) − 1)) → 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑗 + 1)))
165 eluznn 12319 . . . . . . . . . . 11 (((𝑗 + 1) ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑗 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
166163, 164, 165syl2an 597 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ((𝑗 + 1)...((2↑(𝑗 + 1)) − 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
167160, 166, 43syl2an2r 683 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ((𝑗 + 1)...((2↑(𝑗 + 1)) − 1))) → 0 ≤ (𝐹𝑘))
168159, 155, 162, 167sermono 13403 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) ≤ (seq1( + , 𝐹)‘((2↑(𝑗 + 1)) − 1)))
16935adantl 484 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℕ0)
17013, 43, 69, 5climcndslem1 15204 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑗 ∈ ℕ0) → (seq1( + , 𝐹)‘((2↑(𝑗 + 1)) − 1)) ≤ (seq0( + , 𝐺)‘𝑗))
171160, 169, 170syl2anc 586 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘((2↑(𝑗 + 1)) − 1)) ≤ (seq0( + , 𝐺)‘𝑗))
172128, 158, 133, 168, 171letrd 10797 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) ≤ (seq0( + , 𝐺)‘𝑗))
173 eqidd 2822 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑗)) → (𝐺𝑛) = (𝐺𝑛))
174169, 102eleqtrdi 2923 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ (ℤ‘0))
175 elfznn0 13001 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ (0...𝑗) → 𝑛 ∈ ℕ0)
176160, 175, 105syl2an 597 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (0...𝑗)) → (𝐺𝑛) ∈ ℂ)
177173, 174, 176fsumser 15087 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → Σ𝑛 ∈ (0...𝑗)(𝐺𝑛) = (seq0( + , 𝐺)‘𝑗))
178 0zd 11994 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 0 ∈ ℤ)
179 fzfid 13342 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (0...𝑗) ∈ Fin)
180175ssriv 3971 . . . . . . . . . 10 (0...𝑗) ⊆ ℕ0
181180a1i 11 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (0...𝑗) ⊆ ℕ0)
182 eqidd 2822 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐺𝑛) = (𝐺𝑛))
18318ad4ant14 750 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (𝐺𝑛) ∈ ℝ)
18448ad4ant14 750 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → 0 ≤ (𝐺𝑛))
185 simplr 767 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ )
186102, 178, 179, 181, 182, 183, 184, 185isumless 15200 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → Σ𝑛 ∈ (0...𝑗)(𝐺𝑛) ≤ Σ𝑛 ∈ ℕ0 (𝐺𝑛))
187177, 186eqbrtrrd 5090 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq0( + , 𝐺)‘𝑗) ≤ Σ𝑛 ∈ ℕ0 (𝐺𝑛))
188128, 133, 134, 172, 187letrd 10797 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) ≤ Σ𝑛 ∈ ℕ0 (𝐺𝑛))
189188ralrimiva 3182 . . . . 5 ((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → ∀𝑗 ∈ ℕ (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) ≤ Σ𝑛 ∈ ℕ0 (𝐺𝑛))
190 brralrspcev 5126 . . . . 5 ((Σ𝑛 ∈ ℕ0 (𝐺𝑛) ∈ ℝ ∧ ∀𝑗 ∈ ℕ (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) ≤ Σ𝑛 ∈ ℕ0 (𝐺𝑛)) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑗 ∈ ℕ (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) ≤ 𝑥)
191127, 189, 190syl2anc 586 . . . 4 ((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑗 ∈ ℕ (seq1( + , 𝐹)‘𝑗) ≤ 𝑥)
1921, 109, 110, 122, 191climsup 15026 . . 3 ((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → seq1( + , 𝐹) ⇝ sup(ran seq1( + , 𝐹), ℝ, < ))
19399releldmi 5818 . . 3 (seq1( + , 𝐹) ⇝ sup(ran seq1( + , 𝐹), ℝ, < ) → seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
194192, 193syl 17 . 2 ((𝜑 ∧ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ) → seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
195108, 194impbida 799 1 (𝜑 → (seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ ↔ seq0( + , 𝐺) ∈ dom ⇝ ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 208  wa 398   = wceq 1537  wcel 2114  wral 3138  wrex 3139  wss 3936   class class class wbr 5066  dom cdm 5555  ran crn 5556  wf 6351  cfv 6355  (class class class)co 7156  supcsup 8904  cc 10535  cr 10536  0cc0 10537  1c1 10538   + caddc 10540   · cmul 10542   < clt 10675  cle 10676  cmin 10870  cn 11638  2c2 11693  0cn0 11898  cz 11982  cuz 12244  +crp 12390  ...cfz 12893  seqcseq 13370  cexp 13430  cli 14841  Σcsu 15042
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2161  ax-12 2177  ax-ext 2793  ax-rep 5190  ax-sep 5203  ax-nul 5210  ax-pow 5266  ax-pr 5330  ax-un 7461  ax-inf2 9104  ax-cnex 10593  ax-resscn 10594  ax-1cn 10595  ax-icn 10596  ax-addcl 10597  ax-addrcl 10598  ax-mulcl 10599  ax-mulrcl 10600  ax-mulcom 10601  ax-addass 10602  ax-mulass 10603  ax-distr 10604  ax-i2m1 10605  ax-1ne0 10606  ax-1rid 10607  ax-rnegex 10608  ax-rrecex 10609  ax-cnre 10610  ax-pre-lttri 10611  ax-pre-lttrn 10612  ax-pre-ltadd 10613  ax-pre-mulgt0 10614  ax-pre-sup 10615
This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2070  df-mo 2622  df-eu 2654  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3496  df-sbc 3773  df-csb 3884  df-dif 3939  df-un 3941  df-in 3943  df-ss 3952  df-pss 3954  df-nul 4292  df-if 4468  df-pw 4541  df-sn 4568  df-pr 4570  df-tp 4572  df-op 4574  df-uni 4839  df-int 4877  df-iun 4921  df-br 5067  df-opab 5129  df-mpt 5147  df-tr 5173  df-id 5460  df-eprel 5465  df-po 5474  df-so 5475  df-fr 5514  df-se 5515  df-we 5516  df-xp 5561  df-rel 5562  df-cnv 5563  df-co 5564  df-dm 5565  df-rn 5566  df-res 5567  df-ima 5568  df-pred 6148  df-ord 6194  df-on 6195  df-lim 6196  df-suc 6197  df-iota 6314  df-fun 6357  df-fn 6358  df-f 6359  df-f1 6360  df-fo 6361  df-f1o 6362  df-fv 6363  df-isom 6364  df-riota 7114  df-ov 7159  df-oprab 7160  df-mpo 7161  df-om 7581  df-1st 7689  df-2nd 7690  df-wrecs 7947  df-recs 8008  df-rdg 8046  df-1o 8102  df-oadd 8106  df-er 8289  df-pm 8409  df-en 8510  df-dom 8511  df-sdom 8512  df-fin 8513  df-sup 8906  df-inf 8907  df-oi 8974  df-dju 9330  df-card 9368  df-pnf 10677  df-mnf 10678  df-xr 10679  df-ltxr 10680  df-le 10681  df-sub 10872  df-neg 10873  df-div 11298  df-nn 11639  df-2 11701  df-3 11702  df-n0 11899  df-z 11983  df-uz 12245  df-rp 12391  df-ico 12745  df-fz 12894  df-fzo 13035  df-fl 13163  df-seq 13371  df-exp 13431  df-hash 13692  df-cj 14458  df-re 14459  df-im 14460  df-sqrt 14594  df-abs 14595  df-clim 14845  df-rlim 14846  df-sum 15043
This theorem is referenced by:  harmonic  15214  zetacvg  25592
  Copyright terms: Public domain W3C validator