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

Theorem effsumlt 15220
Description: The partial sums of the series expansion of the exponential function at a positive real number are bounded by the value of the function. (Contributed by Paul Chapman, 21-Aug-2007.) (Revised by Mario Carneiro, 29-Apr-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
effsumlt.1 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐴𝑛) / (!‘𝑛)))
effsumlt.2 (𝜑𝐴 ∈ ℝ+)
effsumlt.3 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
Assertion
Ref Expression
effsumlt (𝜑 → (seq0( + , 𝐹)‘𝑁) < (exp‘𝐴))
Distinct variable group:   𝐴,𝑛
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑛)   𝐹(𝑛)   𝑁(𝑛)

Proof of Theorem effsumlt
Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nn0uz 12011 . . . . 5 0 = (ℤ‘0)
2 0zd 11723 . . . . 5 (𝜑 → 0 ∈ ℤ)
3 effsumlt.1 . . . . . . . 8 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐴𝑛) / (!‘𝑛)))
43eftval 15186 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝐹𝑘) = ((𝐴𝑘) / (!‘𝑘)))
54adantl 475 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹𝑘) = ((𝐴𝑘) / (!‘𝑘)))
6 effsumlt.2 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴 ∈ ℝ+)
76rpred 12163 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
8 reeftcl 15184 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐴𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℝ)
97, 8sylan 575 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐴𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℝ)
105, 9eqeltrd 2906 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ)
111, 2, 10serfre 13131 . . . 4 (𝜑 → seq0( + , 𝐹):ℕ0⟶ℝ)
12 effsumlt.3 . . . 4 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
1311, 12ffvelrnd 6614 . . 3 (𝜑 → (seq0( + , 𝐹)‘𝑁) ∈ ℝ)
14 eqid 2825 . . . 4 (ℤ‘(𝑁 + 1)) = (ℤ‘(𝑁 + 1))
15 peano2nn0 11667 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ0)
1612, 15syl 17 . . . 4 (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ0)
17 eqidd 2826 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑘))
18 nn0z 11735 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ)
19 rpexpcl 13180 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ ℝ+𝑘 ∈ ℤ) → (𝐴𝑘) ∈ ℝ+)
206, 18, 19syl2an 589 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴𝑘) ∈ ℝ+)
21 faccl 13370 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
2221adantl 475 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
2322nnrpd 12161 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (!‘𝑘) ∈ ℝ+)
2420, 23rpdivcld 12180 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝐴𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℝ+)
255, 24eqeltrd 2906 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹𝑘) ∈ ℝ+)
267recnd 10392 . . . . 5 (𝜑𝐴 ∈ ℂ)
273efcllem 15187 . . . . 5 (𝐴 ∈ ℂ → seq0( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
2826, 27syl 17 . . . 4 (𝜑 → seq0( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
291, 14, 16, 17, 25, 28isumrpcl 14956 . . 3 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))(𝐹𝑘) ∈ ℝ+)
3013, 29ltaddrpd 12196 . 2 (𝜑 → (seq0( + , 𝐹)‘𝑁) < ((seq0( + , 𝐹)‘𝑁) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))(𝐹𝑘)))
313efval2 15193 . . . 4 (𝐴 ∈ ℂ → (exp‘𝐴) = Σ𝑘 ∈ ℕ0 (𝐹𝑘))
3226, 31syl 17 . . 3 (𝜑 → (exp‘𝐴) = Σ𝑘 ∈ ℕ0 (𝐹𝑘))
3310recnd 10392 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
341, 14, 16, 17, 33, 28isumsplit 14953 . . 3 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ ℕ0 (𝐹𝑘) = (Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))(𝐹𝑘) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))(𝐹𝑘)))
3512nn0cnd 11687 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
36 ax-1cn 10317 . . . . . . . 8 1 ∈ ℂ
37 pncan 10614 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → ((𝑁 + 1) − 1) = 𝑁)
3835, 36, 37sylancl 580 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑁 + 1) − 1) = 𝑁)
3938oveq2d 6926 . . . . . 6 (𝜑 → (0...((𝑁 + 1) − 1)) = (0...𝑁))
4039sumeq1d 14815 . . . . 5 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))(𝐹𝑘) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝐹𝑘))
41 eqidd 2826 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑘))
4212, 1syl6eleq 2916 . . . . . 6 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ‘0))
43 elfznn0 12734 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (0...𝑁) → 𝑘 ∈ ℕ0)
4443, 33sylan2 586 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
4541, 42, 44fsumser 14845 . . . . 5 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝐹𝑘) = (seq0( + , 𝐹)‘𝑁))
4640, 45eqtrd 2861 . . . 4 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))(𝐹𝑘) = (seq0( + , 𝐹)‘𝑁))
4746oveq1d 6925 . . 3 (𝜑 → (Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))(𝐹𝑘) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))(𝐹𝑘)) = ((seq0( + , 𝐹)‘𝑁) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))(𝐹𝑘)))
4832, 34, 473eqtrd 2865 . 2 (𝜑 → (exp‘𝐴) = ((seq0( + , 𝐹)‘𝑁) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))(𝐹𝑘)))
4930, 48breqtrrd 4903 1 (𝜑 → (seq0( + , 𝐹)‘𝑁) < (exp‘𝐴))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 386   = wceq 1656  wcel 2164   class class class wbr 4875  cmpt 4954  dom cdm 5346  cfv 6127  (class class class)co 6910  cc 10257  cr 10258  0cc0 10259  1c1 10260   + caddc 10262   < clt 10398  cmin 10592   / cdiv 11016  cn 11357  0cn0 11625  cz 11711  cuz 11975  +crp 12119  ...cfz 12626  seqcseq 13102  cexp 13161  !cfa 13360  cli 14599  Σcsu 14800  expce 15171
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1894  ax-4 1908  ax-5 2009  ax-6 2075  ax-7 2112  ax-8 2166  ax-9 2173  ax-10 2192  ax-11 2207  ax-12 2220  ax-13 2389  ax-ext 2803  ax-rep 4996  ax-sep 5007  ax-nul 5015  ax-pow 5067  ax-pr 5129  ax-un 7214  ax-inf2 8822  ax-cnex 10315  ax-resscn 10316  ax-1cn 10317  ax-icn 10318  ax-addcl 10319  ax-addrcl 10320  ax-mulcl 10321  ax-mulrcl 10322  ax-mulcom 10323  ax-addass 10324  ax-mulass 10325  ax-distr 10326  ax-i2m1 10327  ax-1ne0 10328  ax-1rid 10329  ax-rnegex 10330  ax-rrecex 10331  ax-cnre 10332  ax-pre-lttri 10333  ax-pre-lttrn 10334  ax-pre-ltadd 10335  ax-pre-mulgt0 10336  ax-pre-sup 10337  ax-addf 10338  ax-mulf 10339
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 879  df-3or 1112  df-3an 1113  df-tru 1660  df-fal 1670  df-ex 1879  df-nf 1883  df-sb 2068  df-mo 2605  df-eu 2640  df-clab 2812  df-cleq 2818  df-clel 2821  df-nfc 2958  df-ne 3000  df-nel 3103  df-ral 3122  df-rex 3123  df-reu 3124  df-rmo 3125  df-rab 3126  df-v 3416  df-sbc 3663  df-csb 3758  df-dif 3801  df-un 3803  df-in 3805  df-ss 3812  df-pss 3814  df-nul 4147  df-if 4309  df-pw 4382  df-sn 4400  df-pr 4402  df-tp 4404  df-op 4406  df-uni 4661  df-int 4700  df-iun 4744  df-br 4876  df-opab 4938  df-mpt 4955  df-tr 4978  df-id 5252  df-eprel 5257  df-po 5265  df-so 5266  df-fr 5305  df-se 5306  df-we 5307  df-xp 5352  df-rel 5353  df-cnv 5354  df-co 5355  df-dm 5356  df-rn 5357  df-res 5358  df-ima 5359  df-pred 5924  df-ord 5970  df-on 5971  df-lim 5972  df-suc 5973  df-iota 6090  df-fun 6129  df-fn 6130  df-f 6131  df-f1 6132  df-fo 6133  df-f1o 6134  df-fv 6135  df-isom 6136  df-riota 6871  df-ov 6913  df-oprab 6914  df-mpt2 6915  df-om 7332  df-1st 7433  df-2nd 7434  df-wrecs 7677  df-recs 7739  df-rdg 7777  df-1o 7831  df-oadd 7835  df-er 8014  df-pm 8130  df-en 8229  df-dom 8230  df-sdom 8231  df-fin 8232  df-sup 8623  df-inf 8624  df-oi 8691  df-card 9085  df-pnf 10400  df-mnf 10401  df-xr 10402  df-ltxr 10403  df-le 10404  df-sub 10594  df-neg 10595  df-div 11017  df-nn 11358  df-2 11421  df-3 11422  df-n0 11626  df-z 11712  df-uz 11976  df-rp 12120  df-ico 12476  df-fz 12627  df-fzo 12768  df-fl 12895  df-seq 13103  df-exp 13162  df-fac 13361  df-hash 13418  df-shft 14191  df-cj 14223  df-re 14224  df-im 14225  df-sqrt 14359  df-abs 14360  df-limsup 14586  df-clim 14603  df-rlim 14604  df-sum 14801  df-ef 15177
This theorem is referenced by:  efgt1p2  15223  efgt1p  15224
  Copyright terms: Public domain W3C validator