Theorem isumclim3 15806

Description: The sequence of partial finite sums of a converging infinite series converges to the infinite sum of the series. Note that 𝑗 must not occur in 𝐴. (Contributed by NM, 9-Jan-2006.) (Revised by Mario Carneiro, 23-Apr-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
isumclim3.1	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
isumclim3.2	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
isumclim3.3	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ dom ⇝ )
isumclim3.4	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
isumclim3.5	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑗) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴)

Assertion

Ref	Expression
isumclim3	⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑗   𝑗,𝑘,𝑀   𝜑,𝑗,𝑘   𝑗,𝑍,𝑘   𝑗,𝐹

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑘)   𝐹(𝑘)

Proof of Theorem isumclim3

Dummy variables 𝑚 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		isumclim3.3	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ dom ⇝ )
2		climdm 15601	. . 3 ⊢ (𝐹 ∈ dom ⇝ ↔ 𝐹 ⇝ ( ⇝ ‘𝐹))
3	1, 2	sylib 221	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ ( ⇝ ‘𝐹))
4		sumfc 15756	. . . 4 ⊢ Σ𝑚 ∈ 𝑍 ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴
5		isumclim3.1	. . . . 5 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
6		isumclim3.2	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
7		eqidd 2764	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚))
8		isumclim3.4	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
9	8	fmpttd 7110	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴):𝑍⟶ℂ)
10	9	ffvelcdmda 7079	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) ∈ ℂ)
11	5, 6, 7, 10	isum 15766	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑚 ∈ 𝑍 ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))))
12	4, 11	eqtr3id 2812	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴 = ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))))
13		seqex 14035	. . . . . . 7 ⊢ seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ∈ V
14	13	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ∈ V)
15		isumclim3.5	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑗) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴)
16		fvres 6900	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → (((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) ↾ (𝑀...𝑗))‘𝑚) = ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚))
17		fzssuz 13589	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑀...𝑗) ⊆ (ℤ≥‘𝑀)
18	17, 5	sseqtrri 3986	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑀...𝑗) ⊆ 𝑍
19		resmpt 6039	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑀...𝑗) ⊆ 𝑍 → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) ↾ (𝑀...𝑗)) = (𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴))
20	18, 19	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) ↾ (𝑀...𝑗)) = (𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)
21	20	fveq1i 6882	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) ↾ (𝑀...𝑗))‘𝑚) = ((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚)
22	16, 21	eqtr3di 2813	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚))
23	22	sumeq2i 15745	. . . . . . . . 9 ⊢ Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚)
24		sumfc 15756	. . . . . . . . 9 ⊢ Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴
25	23, 24	eqtri 2786	. . . . . . . 8 ⊢ Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴
26		eqidd 2764	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) ∧ 𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚))
27		simpr 489	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → 𝑗 ∈ 𝑍)
28	27, 5	eleqtrdi 2873	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → 𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
29		simpl 487	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → 𝜑)
30		elfzuz 13543	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → 𝑚 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
31	30, 5	eleqtrrdi 2874	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → 𝑚 ∈ 𝑍)
32	29, 31, 10	syl2an 607	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) ∧ 𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) ∈ ℂ)
33	26, 28, 32	fsumser 15777	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑗))
34	25, 33	eqtr3id 2812	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴 = (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑗))
35	15, 34	eqtr2d 2799	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑗) = (𝐹‘𝑗))
36	5, 14, 1, 6, 35	climeq 15614	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ⇝ 𝑥 ↔ 𝐹 ⇝ 𝑥))
37	36	iotabidv 6520	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (℩𝑥seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ⇝ 𝑥) = (℩𝑥𝐹 ⇝ 𝑥))
38		df-fv 6544	. . . 4 ⊢ ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))) = (℩𝑥seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ⇝ 𝑥)
39		df-fv 6544	. . . 4 ⊢ ( ⇝ ‘𝐹) = (℩𝑥𝐹 ⇝ 𝑥)
40	37, 38, 39	3eqtr4g 2823	. . 3 ⊢ (𝜑 → ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))) = ( ⇝ ‘𝐹))
41	12, 40	eqtrd 2798	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴 = ( ⇝ ‘𝐹))
42	3, 41	breqtrrd 5139	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 400   = wceq 1570   ∈ wcel 2143  Vcvv 3455   ⊆ wss 3905   class class class wbr 5109   ↦ cmpt 5192  dom cdm 5661   ↾ cres 5663  ℩cio 6490  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410  ℂcc 11093   + caddc 11098  ℤcz 12586  ℤ_≥cuz 12857  ...cfz 13530  seqcseq 14033   ⇝ cli 15531  Σcsu 15733

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-inf2 9606  ax-cnex 11151  ax-resscn 11152  ax-1cn 11153  ax-icn 11154  ax-addcl 11155  ax-addrcl 11156  ax-mulcl 11157  ax-mulrcl 11158  ax-mulcom 11159  ax-addass 11160  ax-mulass 11161  ax-distr 11162  ax-i2m1 11163  ax-1ne0 11164  ax-1rid 11165  ax-rnegex 11166  ax-rrecex 11167  ax-cnre 11168  ax-pre-lttri 11169  ax-pre-lttrn 11170  ax-pre-ltadd 11171  ax-pre-mulgt0 11172  ax-pre-sup 11173

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-op 4596  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-se 5615  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-om 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-1o 8449  df-er 8690  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-sup 9398  df-oi 9468  df-card 9921  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-div 11867  df-nn 12229  df-2 12298  df-3 12299  df-n0 12500  df-z 12587  df-uz 12858  df-rp 13012  df-fz 13531  df-fzo 13679  df-seq 14034  df-exp 14094  df-hash 14363  df-cj 15146  df-re 15147  df-im 15148  df-sqrt 15282  df-abs 15283  df-clim 15535  df-sum 15734

This theorem is referenced by:  esumcvg  34476