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

Theorem radcnvle 26477
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.a (𝜑𝐴:ℕ0⟶ℂ)
radcnv.r 𝑅 = sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < )
radcnvle.x (𝜑𝑋 ∈ ℂ)
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)

Proof of Theorem radcnvle
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ressxr 11302 . . 3 ℝ ⊆ ℝ*
2 radcnvle.x . . . 4 (𝜑𝑋 ∈ ℂ)
32abscld 15471 . . 3 (𝜑 → (abs‘𝑋) ∈ ℝ)
41, 3sselid 3992 . 2 (𝜑 → (abs‘𝑋) ∈ ℝ*)
5 iccssxr 13466 . . 3 (0[,]+∞) ⊆ ℝ*
6 pser.g . . . 4 𝐺 = (𝑥 ∈ ℂ ↦ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((𝐴𝑛) · (𝑥𝑛))))
7 radcnv.a . . . 4 (𝜑𝐴:ℕ0⟶ℂ)
8 radcnv.r . . . 4 𝑅 = sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < )
96, 7, 8radcnvcl 26474 . . 3 (𝜑𝑅 ∈ (0[,]+∞))
105, 9sselid 3992 . 2 (𝜑𝑅 ∈ ℝ*)
11 simpr 484 . . . 4 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑅 < (abs‘𝑋))
1210adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑅 ∈ ℝ*)
133adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (abs‘𝑋) ∈ ℝ)
14 0xr 11305 . . . . . . . . . . 11 0 ∈ ℝ*
15 pnfxr 11312 . . . . . . . . . . 11 +∞ ∈ ℝ*
16 elicc1 13427 . . . . . . . . . . 11 ((0 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ*) → (𝑅 ∈ (0[,]+∞) ↔ (𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅𝑅 ≤ +∞)))
1714, 15, 16mp2an 692 . . . . . . . . . 10 (𝑅 ∈ (0[,]+∞) ↔ (𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅𝑅 ≤ +∞))
189, 17sylib 218 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅𝑅 ≤ +∞))
1918simp2d 1142 . . . . . . . 8 (𝜑 → 0 ≤ 𝑅)
20 ge0gtmnf 13210 . . . . . . . 8 ((𝑅 ∈ ℝ* ∧ 0 ≤ 𝑅) → -∞ < 𝑅)
2110, 19, 20syl2anc 584 . . . . . . 7 (𝜑 → -∞ < 𝑅)
2221adantr 480 . . . . . 6 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → -∞ < 𝑅)
234adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (abs‘𝑋) ∈ ℝ*)
2412, 23, 11xrltled 13188 . . . . . 6 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑅 ≤ (abs‘𝑋))
25 xrre 13207 . . . . . 6 (((𝑅 ∈ ℝ* ∧ (abs‘𝑋) ∈ ℝ) ∧ (-∞ < 𝑅𝑅 ≤ (abs‘𝑋))) → 𝑅 ∈ ℝ)
2612, 13, 22, 24, 25syl22anc 839 . . . . 5 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑅 ∈ ℝ)
27 avglt1 12501 . . . . 5 ((𝑅 ∈ ℝ ∧ (abs‘𝑋) ∈ ℝ) → (𝑅 < (abs‘𝑋) ↔ 𝑅 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)))
2826, 13, 27syl2anc 584 . . . 4 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (𝑅 < (abs‘𝑋) ↔ 𝑅 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)))
2911, 28mpbid 232 . . 3 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑅 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))
3026, 13readdcld 11287 . . . . 5 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (𝑅 + (abs‘𝑋)) ∈ ℝ)
3130rehalfcld 12510 . . . 4 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ ℝ)
32 ssrab2 4089 . . . . . . 7 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ
3332, 1sstri 4004 . . . . . 6 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } ⊆ ℝ*
347adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝐴:ℕ0⟶ℂ)
3531recnd 11286 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ ℂ)
362adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 𝑋 ∈ ℂ)
37 0red 11261 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 0 ∈ ℝ)
3819adantr 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 0 ≤ 𝑅)
3937, 26, 31, 38, 29lelttrd 11416 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 0 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))
4037, 31, 39ltled 11406 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → 0 ≤ ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))
4131, 40absidd 15457 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (abs‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)) = ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))
42 avglt2 12502 . . . . . . . . . . 11 ((𝑅 ∈ ℝ ∧ (abs‘𝑋) ∈ ℝ) → (𝑅 < (abs‘𝑋) ↔ ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) < (abs‘𝑋)))
4326, 13, 42syl2anc 584 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (𝑅 < (abs‘𝑋) ↔ ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) < (abs‘𝑋)))
4411, 43mpbid 232 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) < (abs‘𝑋))
4541, 44eqbrtrd 5169 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → (abs‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)) < (abs‘𝑋))
46 radcnvle.a . . . . . . . . 9 (𝜑 → seq0( + , (𝐺𝑋)) ∈ dom ⇝ )
4746adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → seq0( + , (𝐺𝑋)) ∈ dom ⇝ )
486, 34, 35, 36, 45, 47radcnvlem3 26472 . . . . . . 7 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → seq0( + , (𝐺‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))) ∈ dom ⇝ )
49 fveq2 6906 . . . . . . . . . 10 (𝑦 = ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) → (𝐺𝑦) = (𝐺‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2)))
5049seqeq3d 14046 . . . . . . . . 9 (𝑦 = ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) → seq0( + , (𝐺𝑦)) = seq0( + , (𝐺‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))))
5150eleq1d 2823 . . . . . . . 8 (𝑦 = ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) → (seq0( + , (𝐺𝑦)) ∈ dom ⇝ ↔ seq0( + , (𝐺‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))) ∈ dom ⇝ ))
52 fveq2 6906 . . . . . . . . . . 11 (𝑟 = 𝑦 → (𝐺𝑟) = (𝐺𝑦))
5352seqeq3d 14046 . . . . . . . . . 10 (𝑟 = 𝑦 → seq0( + , (𝐺𝑟)) = seq0( + , (𝐺𝑦)))
5453eleq1d 2823 . . . . . . . . 9 (𝑟 = 𝑦 → (seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ ↔ seq0( + , (𝐺𝑦)) ∈ dom ⇝ ))
5554cbvrabv 3443 . . . . . . . 8 {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } = {𝑦 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑦)) ∈ dom ⇝ }
5651, 55elrab2 3697 . . . . . . 7 (((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ } ↔ (((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ ℝ ∧ seq0( + , (𝐺‘((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))) ∈ dom ⇝ ))
5731, 48, 56sylanbrc 583 . . . . . 6 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ∈ {𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ })
58 supxrub 13362 . . . . . 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*, < ))
5933, 57, 58sylancr 587 . . . . 5 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ≤ sup({𝑟 ∈ ℝ ∣ seq0( + , (𝐺𝑟)) ∈ dom ⇝ }, ℝ*, < ))
6059, 8breqtrrdi 5189 . . . 4 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2) ≤ 𝑅)
6131, 26, 60lensymd 11409 . . 3 ((𝜑𝑅 < (abs‘𝑋)) → ¬ 𝑅 < ((𝑅 + (abs‘𝑋)) / 2))
6229, 61pm2.65da 817 . 2 (𝜑 → ¬ 𝑅 < (abs‘𝑋))
634, 10, 62xrnltled 11326 1 (𝜑 → (abs‘𝑋) ≤ 𝑅)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 206  wa 395  w3a 1086   = wceq 1536  wcel 2105  {crab 3432  wss 3962   class class class wbr 5147  cmpt 5230  dom cdm 5688  wf 6558  cfv 6562  (class class class)co 7430  supcsup 9477  cc 11150  cr 11151  0cc0 11152   + caddc 11155   · cmul 11157  +∞cpnf 11289  -∞cmnf 11290  *cxr 11291   < clt 11292  cle 11293   / cdiv 11917  2c2 12318  0cn0 12523  [,]cicc 13386  seqcseq 14038  cexp 14098  abscabs 15269  cli 15516
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1791  ax-4 1805  ax-5 1907  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2138  ax-11 2154  ax-12 2174  ax-ext 2705  ax-rep 5284  ax-sep 5301  ax-nul 5311  ax-pow 5370  ax-pr 5437  ax-un 7753  ax-inf2 9678  ax-cnex 11208  ax-resscn 11209  ax-1cn 11210  ax-icn 11211  ax-addcl 11212  ax-addrcl 11213  ax-mulcl 11214  ax-mulrcl 11215  ax-mulcom 11216  ax-addass 11217  ax-mulass 11218  ax-distr 11219  ax-i2m1 11220  ax-1ne0 11221  ax-1rid 11222  ax-rnegex 11223  ax-rrecex 11224  ax-cnre 11225  ax-pre-lttri 11226  ax-pre-lttrn 11227  ax-pre-ltadd 11228  ax-pre-mulgt0 11229  ax-pre-sup 11230
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1539  df-fal 1549  df-ex 1776  df-nf 1780  df-sb 2062  df-mo 2537  df-eu 2566  df-clab 2712  df-cleq 2726  df-clel 2813  df-nfc 2889  df-ne 2938  df-nel 3044  df-ral 3059  df-rex 3068  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3433  df-v 3479  df-sbc 3791  df-csb 3908  df-dif 3965  df-un 3967  df-in 3969  df-ss 3979  df-pss 3982  df-nul 4339  df-if 4531  df-pw 4606  df-sn 4631  df-pr 4633  df-op 4637  df-uni 4912  df-int 4951  df-iun 4997  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-tr 5265  df-id 5582  df-eprel 5588  df-po 5596  df-so 5597  df-fr 5640  df-se 5641  df-we 5642  df-xp 5694  df-rel 5695  df-cnv 5696  df-co 5697  df-dm 5698  df-rn 5699  df-res 5700  df-ima 5701  df-pred 6322  df-ord 6388  df-on 6389  df-lim 6390  df-suc 6391  df-iota 6515  df-fun 6564  df-fn 6565  df-f 6566  df-f1 6567  df-fo 6568  df-f1o 6569  df-fv 6570  df-isom 6571  df-riota 7387  df-ov 7433  df-oprab 7434  df-mpo 7435  df-om 7887  df-1st 8012  df-2nd 8013  df-frecs 8304  df-wrecs 8335  df-recs 8409  df-rdg 8448  df-1o 8504  df-er 8743  df-pm 8867  df-en 8984  df-dom 8985  df-sdom 8986  df-fin 8987  df-sup 9479  df-inf 9480  df-oi 9547  df-card 9976  df-pnf 11294  df-mnf 11295  df-xr 11296  df-ltxr 11297  df-le 11298  df-sub 11491  df-neg 11492  df-div 11918  df-nn 12264  df-2 12326  df-3 12327  df-n0 12524  df-z 12611  df-uz 12876  df-rp 13032  df-ico 13389  df-icc 13390  df-fz 13544  df-fzo 13691  df-fl 13828  df-seq 14039  df-exp 14099  df-hash 14366  df-cj 15134  df-re 15135  df-im 15136  df-sqrt 15270  df-abs 15271  df-limsup 15503  df-clim 15520  df-rlim 15521  df-sum 15719
This theorem is referenced by:  pserdvlem2  26486  abelthlem1  26489  logtayl  26716
  Copyright terms: Public domain W3C validator