Theorem isumclim3 15399

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 15191	. . 3 ⊢ (𝐹 ∈ dom ⇝ ↔ 𝐹 ⇝ ( ⇝ ‘𝐹))
3	1, 2	sylib 217	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ ( ⇝ ‘𝐹))
4		sumfc 15349	. . . 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 2739	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚))
8		isumclim3.4	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
9	8	fmpttd 6971	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴):𝑍⟶ℂ)
10	9	ffvelrnda 6943	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) ∈ ℂ)
11	5, 6, 7, 10	isum 15359	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑚 ∈ 𝑍 ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))))
12	4, 11	eqtr3id 2793	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴 = ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))))
13		seqex 13651	. . . . . . 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 6775	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → (((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) ↾ (𝑀...𝑗))‘𝑚) = ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚))
17		fzssuz 13226	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑀...𝑗) ⊆ (ℤ≥‘𝑀)
18	17, 5	sseqtrri 3954	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑀...𝑗) ⊆ 𝑍
19		resmpt 5934	. . . . . . . . . . . . 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 6757	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) ↾ (𝑀...𝑗))‘𝑚) = ((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚)
22	16, 21	eqtr3di 2794	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚))
23	22	sumeq2i 15339	. . . . . . . . 9 ⊢ Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚)
24		sumfc 15349	. . . . . . . . 9 ⊢ Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴
25	23, 24	eqtri 2766	. . . . . . . 8 ⊢ Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴
26		eqidd 2739	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) ∧ 𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚))
27		simpr 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → 𝑗 ∈ 𝑍)
28	27, 5	eleqtrdi 2849	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → 𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
29		simpl 482	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → 𝜑)
30		elfzuz 13181	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → 𝑚 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
31	30, 5	eleqtrrdi 2850	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → 𝑚 ∈ 𝑍)
32	29, 31, 10	syl2an 595	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) ∧ 𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) ∈ ℂ)
33	26, 28, 32	fsumser 15370	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑗))
34	25, 33	eqtr3id 2793	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴 = (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑗))
35	15, 34	eqtr2d 2779	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑗) = (𝐹‘𝑗))
36	5, 14, 1, 6, 35	climeq 15204	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ⇝ 𝑥 ↔ 𝐹 ⇝ 𝑥))
37	36	iotabidv 6402	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (℩𝑥seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ⇝ 𝑥) = (℩𝑥𝐹 ⇝ 𝑥))
38		df-fv 6426	. . . 4 ⊢ ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))) = (℩𝑥seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ⇝ 𝑥)
39		df-fv 6426	. . . 4 ⊢ ( ⇝ ‘𝐹) = (℩𝑥𝐹 ⇝ 𝑥)
40	37, 38, 39	3eqtr4g 2804	. . 3 ⊢ (𝜑 → ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))) = ( ⇝ ‘𝐹))
41	12, 40	eqtrd 2778	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴 = ( ⇝ ‘𝐹))
42	3, 41	breqtrrd 5098	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1539   ∈ wcel 2108  Vcvv 3422   ⊆ wss 3883   class class class wbr 5070   ↦ cmpt 5153  dom cdm 5580   ↾ cres 5582  ℩cio 6374  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255  ℂcc 10800   + caddc 10805  ℤcz 12249  ℤ_≥cuz 12511  ...cfz 13168  seqcseq 13649   ⇝ cli 15121  Σcsu 15325

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-inf2 9329  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-se 5536  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-isom 6427  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-er 8456  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-sup 9131  df-oi 9199  df-card 9628  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-n0 12164  df-z 12250  df-uz 12512  df-rp 12660  df-fz 13169  df-fzo 13312  df-seq 13650  df-exp 13711  df-hash 13973  df-cj 14738  df-re 14739  df-im 14740  df-sqrt 14874  df-abs 14875  df-clim 15125  df-sum 15326

This theorem is referenced by:  esumcvg  31954