Theorem divsqrtsumo1 27027

Description: The sum Σ𝑛 ≤ 𝑥(1 / √𝑛) has the asymptotic expansion 2√𝑥 + 𝐿 + 𝑂(1 / √𝑥), for some 𝐿. (Contributed by Mario Carneiro, 10-May-2016.)

Hypotheses

Ref	Expression
divsqrtsum.2	⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(1 / (√‘𝑛)) − (2 · (√‘𝑥))))
divsqrsum2.1	⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝𝑟 𝐿)

Assertion

Ref	Expression
divsqrtsumo1	⊢ (𝜑 → (𝑦 ∈ ℝ+ ↦ (((𝐹‘𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) ∈ 𝑂(1))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑦   𝑦,𝐹   𝑦,𝐿   𝑦,𝑛,𝜑   𝑥,𝑛

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥)   𝐹(𝑥,𝑛)   𝐿(𝑥,𝑛)

Proof of Theorem divsqrtsumo1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		rpssre 13042	. . 3 ⊢ ℝ+ ⊆ ℝ
2	1	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → ℝ+ ⊆ ℝ)
3		divsqrtsum.2	. . . . . . 7 ⊢ 𝐹 = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(1 / (√‘𝑛)) − (2 · (√‘𝑥))))
4	3	divsqrsumf 27024	. . . . . 6 ⊢ 𝐹:ℝ+⟶ℝ
5	4	ffvelcdmi 7103	. . . . 5 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ+ → (𝐹‘𝑦) ∈ ℝ)
6		rpsup 13906	. . . . . . 7 ⊢ sup(ℝ+, ℝ*, < ) = +∞
7	6	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → sup(ℝ+, ℝ*, < ) = +∞)
8	4	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℝ+⟶ℝ)
9	8	feqmptd 6977	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 = (𝑦 ∈ ℝ+ ↦ (𝐹‘𝑦)))
10		divsqrsum2.1	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝𝑟 𝐿)
11	9, 10	eqbrtrrd 5167	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑦 ∈ ℝ+ ↦ (𝐹‘𝑦)) ⇝𝑟 𝐿)
12	5	adantl 481	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (𝐹‘𝑦) ∈ ℝ)
13	7, 11, 12	rlimrecl 15616	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐿 ∈ ℝ)
14		resubcl 11573	. . . . 5 ⊢ (((𝐹‘𝑦) ∈ ℝ ∧ 𝐿 ∈ ℝ) → ((𝐹‘𝑦) − 𝐿) ∈ ℝ)
15	5, 13, 14	syl2anr 597	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ((𝐹‘𝑦) − 𝐿) ∈ ℝ)
16	15	recnd 11289	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ((𝐹‘𝑦) − 𝐿) ∈ ℂ)
17		rpsqrtcl 15303	. . . . 5 ⊢ (𝑦 ∈ ℝ+ → (√‘𝑦) ∈ ℝ+)
18	17	adantl 481	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (√‘𝑦) ∈ ℝ+)
19	18	rpcnd 13079	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (√‘𝑦) ∈ ℂ)
20	16, 19	mulcld 11281	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (((𝐹‘𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦)) ∈ ℂ)
21		1red 11262	. 2 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
22	16, 19	absmuld 15493	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘(((𝐹‘𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) = ((abs‘((𝐹‘𝑦) − 𝐿)) · (abs‘(√‘𝑦))))
23	18	rprege0d 13084	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ((√‘𝑦) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (√‘𝑦)))
24		absid 15335	. . . . . . 7 ⊢ (((√‘𝑦) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (√‘𝑦)) → (abs‘(√‘𝑦)) = (√‘𝑦))
25	23, 24	syl 17	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘(√‘𝑦)) = (√‘𝑦))
26	25	oveq2d 7447	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ((abs‘((𝐹‘𝑦) − 𝐿)) · (abs‘(√‘𝑦))) = ((abs‘((𝐹‘𝑦) − 𝐿)) · (√‘𝑦)))
27	22, 26	eqtrd 2777	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘(((𝐹‘𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) = ((abs‘((𝐹‘𝑦) − 𝐿)) · (√‘𝑦)))
28	3, 10	divsqrtsum2 27026	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘((𝐹‘𝑦) − 𝐿)) ≤ (1 / (√‘𝑦)))
29	16	abscld 15475	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘((𝐹‘𝑦) − 𝐿)) ∈ ℝ)
30		1red 11262	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → 1 ∈ ℝ)
31	29, 30, 18	lemuldivd 13126	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (((abs‘((𝐹‘𝑦) − 𝐿)) · (√‘𝑦)) ≤ 1 ↔ (abs‘((𝐹‘𝑦) − 𝐿)) ≤ (1 / (√‘𝑦))))
32	28, 31	mpbird 257	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → ((abs‘((𝐹‘𝑦) − 𝐿)) · (√‘𝑦)) ≤ 1)
33	27, 32	eqbrtrd 5165	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ+) → (abs‘(((𝐹‘𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) ≤ 1)
34	33	adantrr 717	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑦 ∈ ℝ+ ∧ 1 ≤ 𝑦)) → (abs‘(((𝐹‘𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) ≤ 1)
35	2, 20, 21, 21, 34	elo1d 15572	1 ⊢ (𝜑 → (𝑦 ∈ ℝ+ ↦ (((𝐹‘𝑦) − 𝐿) · (√‘𝑦))) ∈ 𝑂(1))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2108   ⊆ wss 3951   class class class wbr 5143   ↦ cmpt 5225  ⟶wf 6557  ‘cfv 6561  (class class class)co 7431  supcsup 9480  ℝcr 11154  0cc0 11155  1c1 11156   · cmul 11160  +∞cpnf 11292  ℝ^*cxr 11294   < clt 11295   ≤ cle 11296   − cmin 11492   / cdiv 11920  2c2 12321  ℝ⁺crp 13034  ...cfz 13547  ⌊cfl 13830  √csqrt 15272  abscabs 15273   ⇝_𝑟 crli 15521  𝑂(1)co1 15522  Σcsu 15722

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-rep 5279  ax-sep 5296  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5432  ax-un 7755  ax-inf2 9681  ax-cnex 11211  ax-resscn 11212  ax-1cn 11213  ax-icn 11214  ax-addcl 11215  ax-addrcl 11216  ax-mulcl 11217  ax-mulrcl 11218  ax-mulcom 11219  ax-addass 11220  ax-mulass 11221  ax-distr 11222  ax-i2m1 11223  ax-1ne0 11224  ax-1rid 11225  ax-rnegex 11226  ax-rrecex 11227  ax-cnre 11228  ax-pre-lttri 11229  ax-pre-lttrn 11230  ax-pre-ltadd 11231  ax-pre-mulgt0 11232  ax-pre-sup 11233  ax-addf 11234

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2816  df-nfc 2892  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3380  df-reu 3381  df-rab 3437  df-v 3482  df-sbc 3789  df-csb 3900  df-dif 3954  df-un 3956  df-in 3958  df-ss 3968  df-pss 3971  df-nul 4334  df-if 4526  df-pw 4602  df-sn 4627  df-pr 4629  df-tp 4631  df-op 4633  df-uni 4908  df-int 4947  df-iun 4993  df-iin 4994  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5578  df-eprel 5584  df-po 5592  df-so 5593  df-fr 5637  df-se 5638  df-we 5639  df-xp 5691  df-rel 5692  df-cnv 5693  df-co 5694  df-dm 5695  df-rn 5696  df-res 5697  df-ima 5698  df-pred 6321  df-ord 6387  df-on 6388  df-lim 6389  df-suc 6390  df-iota 6514  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-isom 6570  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-of 7697  df-om 7888  df-1st 8014  df-2nd 8015  df-supp 8186  df-frecs 8306  df-wrecs 8337  df-recs 8411  df-rdg 8450  df-1o 8506  df-2o 8507  df-er 8745  df-map 8868  df-pm 8869  df-ixp 8938  df-en 8986  df-dom 8987  df-sdom 8988  df-fin 8989  df-fsupp 9402  df-fi 9451  df-sup 9482  df-inf 9483  df-oi 9550  df-card 9979  df-pnf 11297  df-mnf 11298  df-xr 11299  df-ltxr 11300  df-le 11301  df-sub 11494  df-neg 11495  df-div 11921  df-nn 12267  df-2 12329  df-3 12330  df-4 12331  df-5 12332  df-6 12333  df-7 12334  df-8 12335  df-9 12336  df-n0 12527  df-z 12614  df-dec 12734  df-uz 12879  df-q 12991  df-rp 13035  df-xneg 13154  df-xadd 13155  df-xmul 13156  df-ioo 13391  df-ioc 13392  df-ico 13393  df-icc 13394  df-fz 13548  df-fzo 13695  df-fl 13832  df-mod 13910  df-seq 14043  df-exp 14103  df-fac 14313  df-bc 14342  df-hash 14370  df-shft 15106  df-cj 15138  df-re 15139  df-im 15140  df-sqrt 15274  df-abs 15275  df-limsup 15507  df-clim 15524  df-rlim 15525  df-o1 15526  df-lo1 15527  df-sum 15723  df-ef 16103  df-sin 16105  df-cos 16106  df-pi 16108  df-struct 17184  df-sets 17201  df-slot 17219  df-ndx 17231  df-base 17248  df-ress 17275  df-plusg 17310  df-mulr 17311  df-starv 17312  df-sca 17313  df-vsca 17314  df-ip 17315  df-tset 17316  df-ple 17317  df-ds 17319  df-unif 17320  df-hom 17321  df-cco 17322  df-rest 17467  df-topn 17468  df-0g 17486  df-gsum 17487  df-topgen 17488  df-pt 17489  df-prds 17492  df-xrs 17547  df-qtop 17552  df-imas 17553  df-xps 17555  df-mre 17629  df-mrc 17630  df-acs 17632  df-mgm 18653  df-sgrp 18732  df-mnd 18748  df-submnd 18797  df-mulg 19086  df-cntz 19335  df-cmn 19800  df-psmet 21356  df-xmet 21357  df-met 21358  df-bl 21359  df-mopn 21360  df-fbas 21361  df-fg 21362  df-cnfld 21365  df-top 22900  df-topon 22917  df-topsp 22939  df-bases 22953  df-cld 23027  df-ntr 23028  df-cls 23029  df-nei 23106  df-lp 23144  df-perf 23145  df-cn 23235  df-cnp 23236  df-haus 23323  df-cmp 23395  df-tx 23570  df-hmeo 23763  df-fil 23854  df-fm 23946  df-flim 23947  df-flf 23948  df-xms 24330  df-ms 24331  df-tms 24332  df-cncf 24904  df-limc 25901  df-dv 25902  df-log 26598  df-cxp 26599

This theorem is referenced by: (None)