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

 Description: If 𝑋 is a convergent point of the infinite series, then 𝑋 is within the closed disk of radius 𝑅 centered at zero. Or, by contraposition, the series diverges at any point strictly more than 𝑅 from the origin. (Contributed by Mario Carneiro, 26-Feb-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
pser.g 𝐺 = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐴𝑛) · (𝑥𝑛))))
radcnv.r 𝑅 = sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < )
radcnvle.a (𝜑 → seq0( + , (𝐺𝑋)) ∈ dom ⇝ )
Assertion
Ref Expression
radcnvle (𝜑 → (abs‘𝑋) ≤ 𝑅)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑛,𝐴   𝐺,𝑟
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑛,𝑟)   𝐴(𝑟)   𝑅(𝑥,𝑛,𝑟)   𝐺(𝑥,𝑛)   𝑋(𝑥,𝑛,𝑟)

Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simpr 479 . . . 4 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑅 < (abs‘𝑋))
2 iccssxr 12544 . . . . . . . 8 (0[,]+∞) ⊆ ℝ*
3 pser.g . . . . . . . . 9 𝐺 = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐴𝑛) · (𝑥𝑛))))
4 radcnv.a . . . . . . . . 9 (𝜑𝐴:ℕ0⟶ℂ)
5 radcnv.r . . . . . . . . 9 𝑅 = sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < )
63, 4, 5radcnvcl 24570 . . . . . . . 8 (𝜑𝑅 ∈ (0[,]+∞))
72, 6sseldi 3825 . . . . . . 7 (𝜑𝑅 ∈ ℝ*)
87adantr 474 . . . . . 6 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑅 ∈ ℝ*)
9 radcnvle.x . . . . . . . 8 (𝜑𝑋 ∈ ℂ)
109abscld 14552 . . . . . . 7 (𝜑 → (abs‘𝑋) ∈ ℝ)
1110adantr 474 . . . . . 6 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (abs‘𝑋) ∈ ℝ)
12 0xr 10403 . . . . . . . . . . 11 0 ∈ ℝ*
13 pnfxr 10410 . . . . . . . . . . 11 +∞ ∈ ℝ*
14 elicc1 12507 . . . . . . . . . . 11 ((0 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ*) → (𝑅 ∈ (0[,]+∞) ↔ (𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅𝑅 ≤ +∞)))
1512, 13, 14mp2an 683 . . . . . . . . . 10 (𝑅 ∈ (0[,]+∞) ↔ (𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅𝑅 ≤ +∞))
166, 15sylib 210 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅𝑅 ≤ +∞))
1716simp2d 1177 . . . . . . . 8 (𝜑 → 0 ≤ 𝑅)
18 ge0gtmnf 12291 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅) → -∞ < 𝑅)
197, 17, 18syl2anc 579 . . . . . . 7 (𝜑 → -∞ < 𝑅)
2019adantr 474 . . . . . 6 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → -∞ < 𝑅)
21 ressxr 10400 . . . . . . . . 9 ℝ ⊆ ℝ*
2221, 10sseldi 3825 . . . . . . . 8 (𝜑 → (abs‘𝑋) ∈ ℝ*)
2322adantr 474 . . . . . . 7 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (abs‘𝑋) ∈ ℝ*)
248, 23, 1xrltled 12269 . . . . . 6 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑅 ≤ (abs‘𝑋))
25 xrre 12288 . . . . . 6 (((𝑅 ∈ ℝ* ∧ (abs‘𝑋) ∈ ℝ) ∧ (-∞ < 𝑅𝑅 ≤ (abs‘𝑋))) → 𝑅 ∈ ℝ)
268, 11, 20, 24, 25syl22anc 872 . . . . 5 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑅 ∈ ℝ)
27 avglt1 11596 . . . . 5 ((𝑅 ∈ ℝ ∧ (abs‘𝑋) ∈ ℝ) → (𝑅 < (abs‘𝑋) ↔ 𝑅 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)))
2826, 11, 27syl2anc 579 . . . 4 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (𝑅 < (abs‘𝑋) ↔ 𝑅 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)))
291, 28mpbid 224 . . 3 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑅 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))
30 ssrab2 3912 . . . . . . 7 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ
3130, 21sstri 3836 . . . . . 6 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ*
3226, 11readdcld 10386 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (𝑅 + (abs‘𝑋)) ∈ ℝ)
3332rehalfcld 11605 . . . . . . 7 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ ℝ)
344adantr 474 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝐴:ℕ0⟶ℂ)
3533recnd 10385 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ ℂ)
369adantr 474 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑋 ∈ ℂ)
37 0red 10360 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 0 ∈ ℝ)
3817adantr 474 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 0 ≤ 𝑅)
3937, 26, 33, 38, 29lelttrd 10514 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 0 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))
4037, 33, 39ltled 10504 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 0 ≤ ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))
4133, 40absidd 14538 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (abs‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)) = ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))
42 avglt2 11597 . . . . . . . . . . 11 ((𝑅 ∈ ℝ ∧ (abs‘𝑋) ∈ ℝ) → (𝑅 < (abs‘𝑋) ↔ ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) < (abs‘𝑋)))
4326, 11, 42syl2anc 579 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (𝑅 < (abs‘𝑋) ↔ ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) < (abs‘𝑋)))
441, 43mpbid 224 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) < (abs‘𝑋))
4541, 44eqbrtrd 4895 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (abs‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)) < (abs‘𝑋))
46 radcnvle.a . . . . . . . . 9 (𝜑 → seq0( + , (𝐺𝑋)) ∈ dom ⇝ )
4746adantr 474 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → seq0( + , (𝐺𝑋)) ∈ dom ⇝ )
483, 34, 35, 36, 45, 47radcnvlem3 24568 . . . . . . 7 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → seq0( + , (𝐺‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))) ∈ dom ⇝ )
49 fveq2 6433 . . . . . . . . . 10 (𝑦 = ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) → (𝐺𝑦) = (𝐺‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)))
5049seqeq3d 13103 . . . . . . . . 9 (𝑦 = ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) → seq0( + , (𝐺𝑦)) = seq0( + , (𝐺‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))))
5150eleq1d 2891 . . . . . . . 8 (𝑦 = ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) → (seq0( + , (𝐺𝑦)) ∈ dom ⇝ ↔ seq0( + , (𝐺‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))) ∈ dom ⇝ ))
52 fveq2 6433 . . . . . . . . . . 11 (𝑟 = 𝑦 → (𝐺𝑟) = (𝐺𝑦))
5352seqeq3d 13103 . . . . . . . . . 10 (𝑟 = 𝑦 → seq0( + , (𝐺𝑟)) = seq0( + , (𝐺𝑦)))
5453eleq1d 2891 . . . . . . . . 9 (𝑟 = 𝑦 → (seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ ↔ seq0( + , (𝐺𝑦)) ∈ dom ⇝ ))
5554cbvrabv 3412 . . . . . . . 8 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } = {𝑦 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑦)) ∈ dom ⇝ }
5651, 55elrab2 3589 . . . . . . 7 (((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } ↔ (((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ ℝ ∧ seq0( + , (𝐺‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))) ∈ dom ⇝ ))
5733, 48, 56sylanbrc 578 . . . . . 6 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ })
58 supxrub 12442 . . . . . 6 (({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ* ∧ ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ≤ sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < ))
5931, 57, 58sylancr 581 . . . . 5 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ≤ sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < ))
6059, 5syl6breqr 4915 . . . 4 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ≤ 𝑅)
6133, 26lenltd 10502 . . . 4 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ≤ 𝑅 ↔ ¬ 𝑅 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)))
6260, 61mpbid 224 . . 3 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ¬ 𝑅 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))
6329, 62pm2.65da 851 . 2 (𝜑 → ¬ 𝑅 < (abs‘𝑋))
64 xrlenlt 10422 . . 3 (((abs‘𝑋) ∈ ℝ*𝑅 ∈ ℝ*) → ((abs‘𝑋) ≤ 𝑅 ↔ ¬ 𝑅 < (abs‘𝑋)))
6522, 7, 64syl2anc 579 . 2 (𝜑 → ((abs‘𝑋) ≤ 𝑅 ↔ ¬ 𝑅 < (abs‘𝑋)))
6663, 65mpbird 249 1 (𝜑 → (abs‘𝑋) ≤ 𝑅)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 198   ∧ wa 386   ∧ w3a 1111   = wceq 1656   ∈ wcel 2164  {crab 3121   ⊆ wss 3798   class class class wbr 4873   ↦ cmpt 4952  dom cdm 5342  ⟶wf 6119  ‘cfv 6123  (class class class)co 6905  supcsup 8615  ℂcc 10250  ℝcr 10251  0cc0 10252   + caddc 10255   · cmul 10257  +∞cpnf 10388  -∞cmnf 10389  ℝ*cxr 10390   < clt 10391   ≤ cle 10392   / cdiv 11009  2c2 11406  ℕ0cn0 11618  [,]cicc 12466  seqcseq 13095  ↑cexp 13154  abscabs 14351   ⇝ cli 14592 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1894  ax-4 1908  ax-5 2009  ax-6 2075  ax-7 2112  ax-8 2166  ax-9 2173  ax-10 2192  ax-11 2207  ax-12 2220  ax-13 2389  ax-ext 2803  ax-rep 4994  ax-sep 5005  ax-nul 5013  ax-pow 5065  ax-pr 5127  ax-un 7209  ax-inf2 8815  ax-cnex 10308  ax-resscn 10309  ax-1cn 10310  ax-icn 10311  ax-addcl 10312  ax-addrcl 10313  ax-mulcl 10314  ax-mulrcl 10315  ax-mulcom 10316  ax-addass 10317  ax-mulass 10318  ax-distr 10319  ax-i2m1 10320  ax-1ne0 10321  ax-1rid 10322  ax-rnegex 10323  ax-rrecex 10324  ax-cnre 10325  ax-pre-lttri 10326  ax-pre-lttrn 10327  ax-pre-ltadd 10328  ax-pre-mulgt0 10329  ax-pre-sup 10330  ax-addf 10331  ax-mulf 10332 This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 879  df-3or 1112  df-3an 1113  df-tru 1660  df-fal 1670  df-ex 1879  df-nf 1883  df-sb 2068  df-mo 2605  df-eu 2640  df-clab 2812  df-cleq 2818  df-clel 2821  df-nfc 2958  df-ne 3000  df-nel 3103  df-ral 3122  df-rex 3123  df-reu 3124  df-rmo 3125  df-rab 3126  df-v 3416  df-sbc 3663  df-csb 3758  df-dif 3801  df-un 3803  df-in 3805  df-ss 3812  df-pss 3814  df-nul 4145  df-if 4307  df-pw 4380  df-sn 4398  df-pr 4400  df-tp 4402  df-op 4404  df-uni 4659  df-int 4698  df-iun 4742  df-br 4874  df-opab 4936  df-mpt 4953  df-tr 4976  df-id 5250  df-eprel 5255  df-po 5263  df-so 5264  df-fr 5301  df-se 5302  df-we 5303  df-xp 5348  df-rel 5349  df-cnv 5350  df-co 5351  df-dm 5352  df-rn 5353  df-res 5354  df-ima 5355  df-pred 5920  df-ord 5966  df-on 5967  df-lim 5968  df-suc 5969  df-iota 6086  df-fun 6125  df-fn 6126  df-f 6127  df-f1 6128  df-fo 6129  df-f1o 6130  df-fv 6131  df-isom 6132  df-riota 6866  df-ov 6908  df-oprab 6909  df-mpt2 6910  df-om 7327  df-1st 7428  df-2nd 7429  df-wrecs 7672  df-recs 7734  df-rdg 7772  df-1o 7826  df-oadd 7830  df-er 8009  df-pm 8125  df-en 8223  df-dom 8224  df-sdom 8225  df-fin 8226  df-sup 8617  df-inf 8618  df-oi 8684  df-card 9078  df-pnf 10393  df-mnf 10394  df-xr 10395  df-ltxr 10396  df-le 10397  df-sub 10587  df-neg 10588  df-div 11010  df-nn 11351  df-2 11414  df-3 11415  df-n0 11619  df-z 11705  df-uz 11969  df-rp 12113  df-ico 12469  df-icc 12470  df-fz 12620  df-fzo 12761  df-fl 12888  df-seq 13096  df-exp 13155  df-hash 13411  df-cj 14216  df-re 14217  df-im 14218  df-sqrt 14352  df-abs 14353  df-limsup 14579  df-clim 14596  df-rlim 14597  df-sum 14794 This theorem is referenced by:  pserdvlem2  24581  abelthlem1  24584  logtayl  24805
 Copyright terms: Public domain W3C validator