Theorem isumclim3 15775

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 15570	. . 3 ⊢ (𝐹 ∈ dom ⇝ ↔ 𝐹 ⇝ ( ⇝ ‘𝐹))
3	1, 2	sylib 218	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ ( ⇝ ‘𝐹))
4		sumfc 15725	. . . 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 2736	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚))
8		isumclim3.4	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
9	8	fmpttd 7105	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴):𝑍⟶ℂ)
10	9	ffvelcdmda 7074	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) ∈ ℂ)
11	5, 6, 7, 10	isum 15735	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑚 ∈ 𝑍 ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))))
12	4, 11	eqtr3id 2784	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴 = ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))))
13		seqex 14021	. . . . . . 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 6895	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → (((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) ↾ (𝑀...𝑗))‘𝑚) = ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚))
17		fzssuz 13582	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑀...𝑗) ⊆ (ℤ≥‘𝑀)
18	17, 5	sseqtrri 4008	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑀...𝑗) ⊆ 𝑍
19		resmpt 6024	. . . . . . . . . . . . 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 6877	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) ↾ (𝑀...𝑗))‘𝑚) = ((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚)
22	16, 21	eqtr3di 2785	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = ((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚))
23	22	sumeq2i 15714	. . . . . . . . 9 ⊢ Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚)
24		sumfc 15725	. . . . . . . . 9 ⊢ Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ (𝑀...𝑗) ↦ 𝐴)‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴
25	23, 24	eqtri 2758	. . . . . . . 8 ⊢ Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴
26		eqidd 2736	. . . . . . . . 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 2844	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → 𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
29		simpl 482	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → 𝜑)
30		elfzuz 13537	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → 𝑚 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
31	30, 5	eleqtrrdi 2845	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 ∈ (𝑀...𝑗) → 𝑚 ∈ 𝑍)
32	29, 31, 10	syl2an 596	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) ∧ 𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) ∈ ℂ)
33	26, 28, 32	fsumser 15746	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → Σ𝑚 ∈ (𝑀...𝑗)((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑚) = (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑗))
34	25, 33	eqtr3id 2784	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑗)𝐴 = (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑗))
35	15, 34	eqtr2d 2771	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑗) = (𝐹‘𝑗))
36	5, 14, 1, 6, 35	climeq 15583	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ⇝ 𝑥 ↔ 𝐹 ⇝ 𝑥))
37	36	iotabidv 6515	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (℩𝑥seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ⇝ 𝑥) = (℩𝑥𝐹 ⇝ 𝑥))
38		df-fv 6539	. . . 4 ⊢ ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))) = (℩𝑥seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) ⇝ 𝑥)
39		df-fv 6539	. . . 4 ⊢ ( ⇝ ‘𝐹) = (℩𝑥𝐹 ⇝ 𝑥)
40	37, 38, 39	3eqtr4g 2795	. . 3 ⊢ (𝜑 → ( ⇝ ‘seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))) = ( ⇝ ‘𝐹))
41	12, 40	eqtrd 2770	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴 = ( ⇝ ‘𝐹))
42	3, 41	breqtrrd 5147	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2108  Vcvv 3459   ⊆ wss 3926   class class class wbr 5119   ↦ cmpt 5201  dom cdm 5654   ↾ cres 5656  ℩cio 6482  ‘cfv 6531  (class class class)co 7405  ℂcc 11127   + caddc 11132  ℤcz 12588  ℤ_≥cuz 12852  ...cfz 13524  seqcseq 14019   ⇝ cli 15500  Σcsu 15702

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2177  ax-ext 2707  ax-rep 5249  ax-sep 5266  ax-nul 5276  ax-pow 5335  ax-pr 5402  ax-un 7729  ax-inf2 9655  ax-cnex 11185  ax-resscn 11186  ax-1cn 11187  ax-icn 11188  ax-addcl 11189  ax-addrcl 11190  ax-mulcl 11191  ax-mulrcl 11192  ax-mulcom 11193  ax-addass 11194  ax-mulass 11195  ax-distr 11196  ax-i2m1 11197  ax-1ne0 11198  ax-1rid 11199  ax-rnegex 11200  ax-rrecex 11201  ax-cnre 11202  ax-pre-lttri 11203  ax-pre-lttrn 11204  ax-pre-ltadd 11205  ax-pre-mulgt0 11206  ax-pre-sup 11207

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2065  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2714  df-cleq 2727  df-clel 2809  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3359  df-reu 3360  df-rab 3416  df-v 3461  df-sbc 3766  df-csb 3875  df-dif 3929  df-un 3931  df-in 3933  df-ss 3943  df-pss 3946  df-nul 4309  df-if 4501  df-pw 4577  df-sn 4602  df-pr 4604  df-op 4608  df-uni 4884  df-int 4923  df-iun 4969  df-br 5120  df-opab 5182  df-mpt 5202  df-tr 5230  df-id 5548  df-eprel 5553  df-po 5561  df-so 5562  df-fr 5606  df-se 5607  df-we 5608  df-xp 5660  df-rel 5661  df-cnv 5662  df-co 5663  df-dm 5664  df-rn 5665  df-res 5666  df-ima 5667  df-pred 6290  df-ord 6355  df-on 6356  df-lim 6357  df-suc 6358  df-iota 6484  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-isom 6540  df-riota 7362  df-ov 7408  df-oprab 7409  df-mpo 7410  df-om 7862  df-1st 7988  df-2nd 7989  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8385  df-rdg 8424  df-1o 8480  df-er 8719  df-en 8960  df-dom 8961  df-sdom 8962  df-fin 8963  df-sup 9454  df-oi 9524  df-card 9953  df-pnf 11271  df-mnf 11272  df-xr 11273  df-ltxr 11274  df-le 11275  df-sub 11468  df-neg 11469  df-div 11895  df-nn 12241  df-2 12303  df-3 12304  df-n0 12502  df-z 12589  df-uz 12853  df-rp 13009  df-fz 13525  df-fzo 13672  df-seq 14020  df-exp 14080  df-hash 14349  df-cj 15118  df-re 15119  df-im 15120  df-sqrt 15254  df-abs 15255  df-clim 15504  df-sum 15703

This theorem is referenced by:  esumcvg  34117