Theorem harmonicubnd 26168

Description: A bound on the harmonic series, as compared to the natural logarithm. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Apr-2016.)

Assertion

Ref	Expression
harmonicubnd	⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) ≤ ((log‘𝐴) + 1))

Distinct variable group:   𝐴,𝑚

Proof of Theorem harmonicubnd

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fzfid 13702	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → (1...(⌊‘𝐴)) ∈ Fin)
2		elfznn 13294	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴)) → 𝑚 ∈ ℕ)
3	2	adantl 482	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))) → 𝑚 ∈ ℕ)
4	3	nnrecred 12033	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))) → (1 / 𝑚) ∈ ℝ)
5	1, 4	fsumrecl 15455	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) ∈ ℝ)
6		flge1nn 13550	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → (⌊‘𝐴) ∈ ℕ)
7	6	nnrpd 12779	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → (⌊‘𝐴) ∈ ℝ+)
8	7	relogcld 25787	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → (log‘(⌊‘𝐴)) ∈ ℝ)
9		peano2re 11157	. . 3 ⊢ ((log‘(⌊‘𝐴)) ∈ ℝ → ((log‘(⌊‘𝐴)) + 1) ∈ ℝ)
10	8, 9	syl 17	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → ((log‘(⌊‘𝐴)) + 1) ∈ ℝ)
11		simpl 483	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → 𝐴 ∈ ℝ)
12		0red 10987	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → 0 ∈ ℝ)
13		1re 10984	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℝ
14	13	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → 1 ∈ ℝ)
15		0lt1 11506	. . . . . . 7 ⊢ 0 < 1
16	15	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → 0 < 1)
17		simpr 485	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → 1 ≤ 𝐴)
18	12, 14, 11, 16, 17	ltletrd 11144	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → 0 < 𝐴)
19	11, 18	elrpd 12778	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → 𝐴 ∈ ℝ+)
20	19	relogcld 25787	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → (log‘𝐴) ∈ ℝ)
21		peano2re 11157	. . 3 ⊢ ((log‘𝐴) ∈ ℝ → ((log‘𝐴) + 1) ∈ ℝ)
22	20, 21	syl 17	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → ((log‘𝐴) + 1) ∈ ℝ)
23		harmonicbnd 26162	. . . . 5 ⊢ ((⌊‘𝐴) ∈ ℕ → (Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) − (log‘(⌊‘𝐴))) ∈ (γ[,]1))
24	6, 23	syl 17	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → (Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) − (log‘(⌊‘𝐴))) ∈ (γ[,]1))
25		emre 26164	. . . . . 6 ⊢ γ ∈ ℝ
26	25, 13	elicc2i 13154	. . . . 5 ⊢ ((Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) − (log‘(⌊‘𝐴))) ∈ (γ[,]1) ↔ ((Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) − (log‘(⌊‘𝐴))) ∈ ℝ ∧ γ ≤ (Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) − (log‘(⌊‘𝐴))) ∧ (Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) − (log‘(⌊‘𝐴))) ≤ 1))
27	26	simp3bi 1146	. . . 4 ⊢ ((Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) − (log‘(⌊‘𝐴))) ∈ (γ[,]1) → (Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) − (log‘(⌊‘𝐴))) ≤ 1)
28	24, 27	syl 17	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → (Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) − (log‘(⌊‘𝐴))) ≤ 1)
29	5, 8, 14	lesubadd2d 11583	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → ((Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) − (log‘(⌊‘𝐴))) ≤ 1 ↔ Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) ≤ ((log‘(⌊‘𝐴)) + 1)))
30	28, 29	mpbid 231	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) ≤ ((log‘(⌊‘𝐴)) + 1))
31		flle 13528	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ → (⌊‘𝐴) ≤ 𝐴)
32	31	adantr 481	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → (⌊‘𝐴) ≤ 𝐴)
33	7, 19	logled 25791	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → ((⌊‘𝐴) ≤ 𝐴 ↔ (log‘(⌊‘𝐴)) ≤ (log‘𝐴)))
34	32, 33	mpbid 231	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → (log‘(⌊‘𝐴)) ≤ (log‘𝐴))
35	8, 20, 14, 34	leadd1dd 11598	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → ((log‘(⌊‘𝐴)) + 1) ≤ ((log‘𝐴) + 1))
36	5, 10, 22, 30, 35	letrd 11141	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 1 ≤ 𝐴) → Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘𝐴))(1 / 𝑚) ≤ ((log‘𝐴) + 1))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   ∈ wcel 2107   class class class wbr 5075  ‘cfv 6437  (class class class)co 7284  ℝcr 10879  0cc0 10880  1c1 10881   + caddc 10883   < clt 11018   ≤ cle 11019   − cmin 11214   / cdiv 11641  ℕcn 11982  [,]cicc 13091  ...cfz 13248  ⌊cfl 13519  Σcsu 15406  logclog 25719  γcem 26150

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2710  ax-rep 5210  ax-sep 5224  ax-nul 5231  ax-pow 5289  ax-pr 5353  ax-un 7597  ax-inf2 9408  ax-cnex 10936  ax-resscn 10937  ax-1cn 10938  ax-icn 10939  ax-addcl 10940  ax-addrcl 10941  ax-mulcl 10942  ax-mulrcl 10943  ax-mulcom 10944  ax-addass 10945  ax-mulass 10946  ax-distr 10947  ax-i2m1 10948  ax-1ne0 10949  ax-1rid 10950  ax-rnegex 10951  ax-rrecex 10952  ax-cnre 10953  ax-pre-lttri 10954  ax-pre-lttrn 10955  ax-pre-ltadd 10956  ax-pre-mulgt0 10957  ax-pre-sup 10958  ax-addf 10959  ax-mulf 10960

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2541  df-eu 2570  df-clab 2717  df-cleq 2731  df-clel 2817  df-nfc 2890  df-ne 2945  df-nel 3051  df-ral 3070  df-rex 3071  df-rmo 3072  df-reu 3073  df-rab 3074  df-v 3435  df-sbc 3718  df-csb 3834  df-dif 3891  df-un 3893  df-in 3895  df-ss 3905  df-pss 3907  df-nul 4258  df-if 4461  df-pw 4536  df-sn 4563  df-pr 4565  df-tp 4567  df-op 4569  df-uni 4841  df-int 4881  df-iun 4927  df-iin 4928  df-br 5076  df-opab 5138  df-mpt 5159  df-tr 5193  df-id 5490  df-eprel 5496  df-po 5504  df-so 5505  df-fr 5545  df-se 5546  df-we 5547  df-xp 5596  df-rel 5597  df-cnv 5598  df-co 5599  df-dm 5600  df-rn 5601  df-res 5602  df-ima 5603  df-pred 6206  df-ord 6273  df-on 6274  df-lim 6275  df-suc 6276  df-iota 6395  df-fun 6439  df-fn 6440  df-f 6441  df-f1 6442  df-fo 6443  df-f1o 6444  df-fv 6445  df-isom 6446  df-riota 7241  df-ov 7287  df-oprab 7288  df-mpo 7289  df-of 7542  df-om 7722  df-1st 7840  df-2nd 7841  df-supp 7987  df-frecs 8106  df-wrecs 8137  df-recs 8211  df-rdg 8250  df-1o 8306  df-2o 8307  df-er 8507  df-map 8626  df-pm 8627  df-ixp 8695  df-en 8743  df-dom 8744  df-sdom 8745  df-fin 8746  df-fsupp 9138  df-fi 9179  df-sup 9210  df-inf 9211  df-oi 9278  df-card 9706  df-pnf 11020  df-mnf 11021  df-xr 11022  df-ltxr 11023  df-le 11024  df-sub 11216  df-neg 11217  df-div 11642  df-nn 11983  df-2 12045  df-3 12046  df-4 12047  df-5 12048  df-6 12049  df-7 12050  df-8 12051  df-9 12052  df-n0 12243  df-z 12329  df-dec 12447  df-uz 12592  df-q 12698  df-rp 12740  df-xneg 12857  df-xadd 12858  df-xmul 12859  df-ioo 13092  df-ioc 13093  df-ico 13094  df-icc 13095  df-fz 13249  df-fzo 13392  df-fl 13521  df-mod 13599  df-seq 13731  df-exp 13792  df-fac 13997  df-bc 14026  df-hash 14054  df-shft 14787  df-cj 14819  df-re 14820  df-im 14821  df-sqrt 14955  df-abs 14956  df-limsup 15189  df-clim 15206  df-rlim 15207  df-sum 15407  df-ef 15786  df-sin 15788  df-cos 15789  df-pi 15791  df-struct 16857  df-sets 16874  df-slot 16892  df-ndx 16904  df-base 16922  df-ress 16951  df-plusg 16984  df-mulr 16985  df-starv 16986  df-sca 16987  df-vsca 16988  df-ip 16989  df-tset 16990  df-ple 16991  df-ds 16993  df-unif 16994  df-hom 16995  df-cco 16996  df-rest 17142  df-topn 17143  df-0g 17161  df-gsum 17162  df-topgen 17163  df-pt 17164  df-prds 17167  df-xrs 17222  df-qtop 17227  df-imas 17228  df-xps 17230  df-mre 17304  df-mrc 17305  df-acs 17307  df-mgm 18335  df-sgrp 18384  df-mnd 18395  df-submnd 18440  df-mulg 18710  df-cntz 18932  df-cmn 19397  df-psmet 20598  df-xmet 20599  df-met 20600  df-bl 20601  df-mopn 20602  df-fbas 20603  df-fg 20604  df-cnfld 20607  df-top 22052  df-topon 22069  df-topsp 22091  df-bases 22105  df-cld 22179  df-ntr 22180  df-cls 22181  df-nei 22258  df-lp 22296  df-perf 22297  df-cn 22387  df-cnp 22388  df-haus 22475  df-tx 22722  df-hmeo 22915  df-fil 23006  df-fm 23098  df-flim 23099  df-flf 23100  df-xms 23482  df-ms 23483  df-tms 23484  df-cncf 24050  df-limc 25039  df-dv 25040  df-log 25721  df-em 26151

This theorem is referenced by:  fsumharmonic  26170  logfaclbnd  26379  vmalogdivsum2  26695  logdivbnd  26713  pntrsumo1  26722  pntrlog2bndlem2  26735  pntrlog2bndlem5  26738  pntrlog2bndlem6  26740