MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  harmonicbnd3 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem harmonicbnd3 27036
Description: A bound on the harmonic series, as compared to the natural logarithm. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Apr-2016.)
Assertion
Ref Expression
harmonicbnd3 (𝑁 ∈ ℕ0 → (Σ𝑚 ∈ (1...𝑁)(1 / 𝑚) − (log‘(𝑁 + 1))) ∈ (0[,]γ))
Distinct variable group:   𝑚,𝑁

Proof of Theorem harmonicbnd3
StepHypRef Expression
1 elnn0 12526 . 2 (𝑁 ∈ ℕ0 ↔ (𝑁 ∈ ℕ ∨ 𝑁 = 0))
2 0re 11266 . . . . 5 0 ∈ ℝ
3 emre 27034 . . . . 5 γ ∈ ℝ
4 2re 12338 . . . . . . . . 9 2 ∈ ℝ
5 ere 16091 . . . . . . . . 9 e ∈ ℝ
6 egt2lt3 16208 . . . . . . . . . 10 (2 < e ∧ e < 3)
76simpli 482 . . . . . . . . 9 2 < e
84, 5, 7ltleii 11387 . . . . . . . 8 2 ≤ e
9 2rp 13033 . . . . . . . . 9 2 ∈ ℝ+
10 epr 16210 . . . . . . . . 9 e ∈ ℝ+
11 logleb 26630 . . . . . . . . 9 ((2 ∈ ℝ+ ∧ e ∈ ℝ+) → (2 ≤ e ↔ (log‘2) ≤ (log‘e)))
129, 10, 11mp2an 690 . . . . . . . 8 (2 ≤ e ↔ (log‘2) ≤ (log‘e))
138, 12mpbi 229 . . . . . . 7 (log‘2) ≤ (log‘e)
14 loge 26613 . . . . . . 7 (log‘e) = 1
1513, 14breqtri 5178 . . . . . 6 (log‘2) ≤ 1
16 1re 11264 . . . . . . 7 1 ∈ ℝ
17 relogcl 26602 . . . . . . . 8 (2 ∈ ℝ+ → (log‘2) ∈ ℝ)
189, 17ax-mp 5 . . . . . . 7 (log‘2) ∈ ℝ
1916, 18subge0i 11817 . . . . . 6 (0 ≤ (1 − (log‘2)) ↔ (log‘2) ≤ 1)
2015, 19mpbir 230 . . . . 5 0 ≤ (1 − (log‘2))
213leidi 11798 . . . . 5 γ ≤ γ
22 iccss 13446 . . . . 5 (((0 ∈ ℝ ∧ γ ∈ ℝ) ∧ (0 ≤ (1 − (log‘2)) ∧ γ ≤ γ)) → ((1 − (log‘2))[,]γ) ⊆ (0[,]γ))
232, 3, 20, 21, 22mp4an 691 . . . 4 ((1 − (log‘2))[,]γ) ⊆ (0[,]γ)
24 harmonicbnd2 27033 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (Σ𝑚 ∈ (1...𝑁)(1 / 𝑚) − (log‘(𝑁 + 1))) ∈ ((1 − (log‘2))[,]γ))
2523, 24sselid 3977 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → (Σ𝑚 ∈ (1...𝑁)(1 / 𝑚) − (log‘(𝑁 + 1))) ∈ (0[,]γ))
26 oveq2 7432 . . . . . . . . 9 (𝑁 = 0 → (1...𝑁) = (1...0))
27 fz10 13576 . . . . . . . . 9 (1...0) = ∅
2826, 27eqtrdi 2782 . . . . . . . 8 (𝑁 = 0 → (1...𝑁) = ∅)
2928sumeq1d 15705 . . . . . . 7 (𝑁 = 0 → Σ𝑚 ∈ (1...𝑁)(1 / 𝑚) = Σ𝑚 ∈ ∅ (1 / 𝑚))
30 sum0 15725 . . . . . . 7 Σ𝑚 ∈ ∅ (1 / 𝑚) = 0
3129, 30eqtrdi 2782 . . . . . 6 (𝑁 = 0 → Σ𝑚 ∈ (1...𝑁)(1 / 𝑚) = 0)
32 fv0p1e1 12387 . . . . . . 7 (𝑁 = 0 → (log‘(𝑁 + 1)) = (log‘1))
33 log1 26612 . . . . . . 7 (log‘1) = 0
3432, 33eqtrdi 2782 . . . . . 6 (𝑁 = 0 → (log‘(𝑁 + 1)) = 0)
3531, 34oveq12d 7442 . . . . 5 (𝑁 = 0 → (Σ𝑚 ∈ (1...𝑁)(1 / 𝑚) − (log‘(𝑁 + 1))) = (0 − 0))
36 0m0e0 12384 . . . . 5 (0 − 0) = 0
3735, 36eqtrdi 2782 . . . 4 (𝑁 = 0 → (Σ𝑚 ∈ (1...𝑁)(1 / 𝑚) − (log‘(𝑁 + 1))) = 0)
382leidi 11798 . . . . 5 0 ≤ 0
39 emgt0 27035 . . . . . 6 0 < γ
402, 3, 39ltleii 11387 . . . . 5 0 ≤ γ
412, 3elicc2i 13444 . . . . 5 (0 ∈ (0[,]γ) ↔ (0 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 0 ∧ 0 ≤ γ))
422, 38, 40, 41mpbir3an 1338 . . . 4 0 ∈ (0[,]γ)
4337, 42eqeltrdi 2834 . . 3 (𝑁 = 0 → (Σ𝑚 ∈ (1...𝑁)(1 / 𝑚) − (log‘(𝑁 + 1))) ∈ (0[,]γ))
4425, 43jaoi 855 . 2 ((𝑁 ∈ ℕ ∨ 𝑁 = 0) → (Σ𝑚 ∈ (1...𝑁)(1 / 𝑚) − (log‘(𝑁 + 1))) ∈ (0[,]γ))
451, 44sylbi 216 1 (𝑁 ∈ ℕ0 → (Σ𝑚 ∈ (1...𝑁)(1 / 𝑚) − (log‘(𝑁 + 1))) ∈ (0[,]γ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205  wo 845   = wceq 1534  wcel 2099  wss 3947  c0 4325   class class class wbr 5153  cfv 6554  (class class class)co 7424  cr 11157  0cc0 11158  1c1 11159   + caddc 11161   < clt 11298  cle 11299  cmin 11494   / cdiv 11921  cn 12264  2c2 12319  3c3 12320  0cn0 12524  +crp 13028  [,]cicc 13381  ...cfz 13538  Σcsu 15690  eceu 16064  logclog 26581  γcem 27020
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2167  ax-ext 2697  ax-rep 5290  ax-sep 5304  ax-nul 5311  ax-pow 5369  ax-pr 5433  ax-un 7746  ax-inf2 9684  ax-cnex 11214  ax-resscn 11215  ax-1cn 11216  ax-icn 11217  ax-addcl 11218  ax-addrcl 11219  ax-mulcl 11220  ax-mulrcl 11221  ax-mulcom 11222  ax-addass 11223  ax-mulass 11224  ax-distr 11225  ax-i2m1 11226  ax-1ne0 11227  ax-1rid 11228  ax-rnegex 11229  ax-rrecex 11230  ax-cnre 11231  ax-pre-lttri 11232  ax-pre-lttrn 11233  ax-pre-ltadd 11234  ax-pre-mulgt0 11235  ax-pre-sup 11236  ax-addf 11237
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2529  df-eu 2558  df-clab 2704  df-cleq 2718  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2931  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3420  df-v 3464  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3967  df-nul 4326  df-if 4534  df-pw 4609  df-sn 4634  df-pr 4636  df-tp 4638  df-op 4640  df-uni 4914  df-int 4955  df-iun 5003  df-iin 5004  df-br 5154  df-opab 5216  df-mpt 5237  df-tr 5271  df-id 5580  df-eprel 5586  df-po 5594  df-so 5595  df-fr 5637  df-se 5638  df-we 5639  df-xp 5688  df-rel 5689  df-cnv 5690  df-co 5691  df-dm 5692  df-rn 5693  df-res 5694  df-ima 5695  df-pred 6312  df-ord 6379  df-on 6380  df-lim 6381  df-suc 6382  df-iota 6506  df-fun 6556  df-fn 6557  df-f 6558  df-f1 6559  df-fo 6560  df-f1o 6561  df-fv 6562  df-isom 6563  df-riota 7380  df-ov 7427  df-oprab 7428  df-mpo 7429  df-of 7690  df-om 7877  df-1st 8003  df-2nd 8004  df-supp 8175  df-frecs 8296  df-wrecs 8327  df-recs 8401  df-rdg 8440  df-1o 8496  df-2o 8497  df-oadd 8500  df-er 8734  df-map 8857  df-pm 8858  df-ixp 8927  df-en 8975  df-dom 8976  df-sdom 8977  df-fin 8978  df-fsupp 9406  df-fi 9454  df-sup 9485  df-inf 9486  df-oi 9553  df-card 9982  df-pnf 11300  df-mnf 11301  df-xr 11302  df-ltxr 11303  df-le 11304  df-sub 11496  df-neg 11497  df-div 11922  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-xnn0 12597  df-z 12611  df-dec 12730  df-uz 12875  df-q 12985  df-rp 13029  df-xneg 13146  df-xadd 13147  df-xmul 13148  df-ioo 13382  df-ioc 13383  df-ico 13384  df-icc 13385  df-fz 13539  df-fzo 13682  df-fl 13812  df-mod 13890  df-seq 14022  df-exp 14082  df-fac 14291  df-bc 14320  df-hash 14348  df-shft 15072  df-cj 15104  df-re 15105  df-im 15106  df-sqrt 15240  df-abs 15241  df-limsup 15473  df-clim 15490  df-rlim 15491  df-sum 15691  df-ef 16069  df-e 16070  df-sin 16071  df-cos 16072  df-tan 16073  df-pi 16074  df-dvds 16257  df-struct 17149  df-sets 17166  df-slot 17184  df-ndx 17196  df-base 17214  df-ress 17243  df-plusg 17279  df-mulr 17280  df-starv 17281  df-sca 17282  df-vsca 17283  df-ip 17284  df-tset 17285  df-ple 17286  df-ds 17288  df-unif 17289  df-hom 17290  df-cco 17291  df-rest 17437  df-topn 17438  df-0g 17456  df-gsum 17457  df-topgen 17458  df-pt 17459  df-prds 17462  df-xrs 17517  df-qtop 17522  df-imas 17523  df-xps 17525  df-mre 17599  df-mrc 17600  df-acs 17602  df-mgm 18633  df-sgrp 18712  df-mnd 18728  df-submnd 18774  df-mulg 19062  df-cntz 19311  df-cmn 19780  df-psmet 21335  df-xmet 21336  df-met 21337  df-bl 21338  df-mopn 21339  df-fbas 21340  df-fg 21341  df-cnfld 21344  df-top 22887  df-topon 22904  df-topsp 22926  df-bases 22940  df-cld 23014  df-ntr 23015  df-cls 23016  df-nei 23093  df-lp 23131  df-perf 23132  df-cn 23222  df-cnp 23223  df-haus 23310  df-cmp 23382  df-tx 23557  df-hmeo 23750  df-fil 23841  df-fm 23933  df-flim 23934  df-flf 23935  df-xms 24317  df-ms 24318  df-tms 24319  df-cncf 24889  df-limc 25886  df-dv 25887  df-ulm 26406  df-log 26583  df-atan 26895  df-em 27021
This theorem is referenced by:  harmoniclbnd  27037  harmonicbnd4  27039  logdivbnd  27585
  Copyright terms: Public domain W3C validator