MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  rpnnen2lem9 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem rpnnen2lem9 15575
Description: Lemma for rpnnen2 15579. (Contributed by Mario Carneiro, 13-May-2013.) (Revised by Mario Carneiro, 30-Apr-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
rpnnen2.1 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝒫 ℕ ↦ (𝑛 ∈ ℕ ↦ if(𝑛𝑥, ((1 / 3)↑𝑛), 0)))
Assertion
Ref Expression
rpnnen2lem9 (𝑀 ∈ ℕ → Σ𝑘 ∈ (ℤ𝑀)((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) = (0 + (((1 / 3)↑(𝑀 + 1)) / (1 − (1 / 3)))))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑛,𝑘   𝑘,𝐹   𝑘,𝑀,𝑛,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐹(𝑥,𝑛)

Proof of Theorem rpnnen2lem9
StepHypRef Expression
1 eqid 2824 . . 3 (ℤ𝑀) = (ℤ𝑀)
2 nnz 12001 . . 3 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℤ)
3 eqidd 2825 . . 3 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) = ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘))
4 eluznn 12315 . . . 4 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝑘 ∈ ℕ)
5 difss 4094 . . . . . . 7 (ℕ ∖ {𝑀}) ⊆ ℕ
6 rpnnen2.1 . . . . . . . 8 𝐹 = (𝑥 ∈ 𝒫 ℕ ↦ (𝑛 ∈ ℕ ↦ if(𝑛𝑥, ((1 / 3)↑𝑛), 0)))
76rpnnen2lem2 15568 . . . . . . 7 ((ℕ ∖ {𝑀}) ⊆ ℕ → (𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀})):ℕ⟶ℝ)
85, 7ax-mp 5 . . . . . 6 (𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀})):ℕ⟶ℝ
98ffvelrni 6841 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) ∈ ℝ)
109recnd 10667 . . . 4 (𝑘 ∈ ℕ → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) ∈ ℂ)
114, 10syl 17 . . 3 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) ∈ ℂ)
126rpnnen2lem5 15571 . . . 4 (((ℕ ∖ {𝑀}) ⊆ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → seq𝑀( + , (𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))) ∈ dom ⇝ )
135, 12mpan 689 . . 3 (𝑀 ∈ ℕ → seq𝑀( + , (𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))) ∈ dom ⇝ )
141, 2, 3, 11, 13isum1p 15196 . 2 (𝑀 ∈ ℕ → Σ𝑘 ∈ (ℤ𝑀)((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) = (((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑀) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘)))
156rpnnen2lem1 15567 . . . . 5 (((ℕ ∖ {𝑀}) ⊆ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑀) = if(𝑀 ∈ (ℕ ∖ {𝑀}), ((1 / 3)↑𝑀), 0))
165, 15mpan 689 . . . 4 (𝑀 ∈ ℕ → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑀) = if(𝑀 ∈ (ℕ ∖ {𝑀}), ((1 / 3)↑𝑀), 0))
17 neldifsnd 4710 . . . . 5 (𝑀 ∈ ℕ → ¬ 𝑀 ∈ (ℕ ∖ {𝑀}))
1817iffalsed 4461 . . . 4 (𝑀 ∈ ℕ → if(𝑀 ∈ (ℕ ∖ {𝑀}), ((1 / 3)↑𝑀), 0) = 0)
1916, 18eqtrd 2859 . . 3 (𝑀 ∈ ℕ → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑀) = 0)
20 eqid 2824 . . . 4 (ℤ‘(𝑀 + 1)) = (ℤ‘(𝑀 + 1))
21 peano2nn 11646 . . . . 5 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀 + 1) ∈ ℕ)
2221nnzd 12083 . . . 4 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀 + 1) ∈ ℤ)
23 eqidd 2825 . . . 4 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) = ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘))
24 eluznn 12315 . . . . . 6 (((𝑀 + 1) ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
2521, 24sylan 583 . . . . 5 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ)
2625, 10syl 17 . . . 4 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) ∈ ℂ)
27 1re 10639 . . . . . . . 8 1 ∈ ℝ
28 3nn 11713 . . . . . . . 8 3 ∈ ℕ
29 nndivre 11675 . . . . . . . 8 ((1 ∈ ℝ ∧ 3 ∈ ℕ) → (1 / 3) ∈ ℝ)
3027, 28, 29mp2an 691 . . . . . . 7 (1 / 3) ∈ ℝ
3130recni 10653 . . . . . 6 (1 / 3) ∈ ℂ
3231a1i 11 . . . . 5 (𝑀 ∈ ℕ → (1 / 3) ∈ ℂ)
33 0re 10641 . . . . . . . . 9 0 ∈ ℝ
34 3re 11714 . . . . . . . . . 10 3 ∈ ℝ
35 3pos 11739 . . . . . . . . . 10 0 < 3
3634, 35recgt0ii 11544 . . . . . . . . 9 0 < (1 / 3)
3733, 30, 36ltleii 10761 . . . . . . . 8 0 ≤ (1 / 3)
38 absid 14656 . . . . . . . 8 (((1 / 3) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (1 / 3)) → (abs‘(1 / 3)) = (1 / 3))
3930, 37, 38mp2an 691 . . . . . . 7 (abs‘(1 / 3)) = (1 / 3)
40 1lt3 11807 . . . . . . . 8 1 < 3
41 recgt1 11534 . . . . . . . . 9 ((3 ∈ ℝ ∧ 0 < 3) → (1 < 3 ↔ (1 / 3) < 1))
4234, 35, 41mp2an 691 . . . . . . . 8 (1 < 3 ↔ (1 / 3) < 1)
4340, 42mpbi 233 . . . . . . 7 (1 / 3) < 1
4439, 43eqbrtri 5073 . . . . . 6 (abs‘(1 / 3)) < 1
4544a1i 11 . . . . 5 (𝑀 ∈ ℕ → (abs‘(1 / 3)) < 1)
4621nnnn0d 11952 . . . . 5 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀 + 1) ∈ ℕ0)
476rpnnen2lem1 15567 . . . . . . . 8 (((ℕ ∖ {𝑀}) ⊆ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) = if(𝑘 ∈ (ℕ ∖ {𝑀}), ((1 / 3)↑𝑘), 0))
485, 47mpan 689 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) = if(𝑘 ∈ (ℕ ∖ {𝑀}), ((1 / 3)↑𝑘), 0))
4925, 48syl 17 . . . . . 6 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) = if(𝑘 ∈ (ℕ ∖ {𝑀}), ((1 / 3)↑𝑘), 0))
50 nnre 11641 . . . . . . . . . 10 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℝ)
5150adantr 484 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝑀 ∈ ℝ)
52 eluzle 12253 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1)) → (𝑀 + 1) ≤ 𝑘)
5352adantl 485 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → (𝑀 + 1) ≤ 𝑘)
54 nnltp1le 12035 . . . . . . . . . . 11 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑀 < 𝑘 ↔ (𝑀 + 1) ≤ 𝑘))
5525, 54syldan 594 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → (𝑀 < 𝑘 ↔ (𝑀 + 1) ≤ 𝑘))
5653, 55mpbird 260 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝑀 < 𝑘)
5751, 56gtned 10773 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝑘𝑀)
58 eldifsn 4704 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (ℕ ∖ {𝑀}) ↔ (𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑘𝑀))
5925, 57, 58sylanbrc 586 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → 𝑘 ∈ (ℕ ∖ {𝑀}))
6059iftrued 4458 . . . . . 6 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → if(𝑘 ∈ (ℕ ∖ {𝑀}), ((1 / 3)↑𝑘), 0) = ((1 / 3)↑𝑘))
6149, 60eqtrd 2859 . . . . 5 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))) → ((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) = ((1 / 3)↑𝑘))
6232, 45, 46, 61geolim2 15227 . . . 4 (𝑀 ∈ ℕ → seq(𝑀 + 1)( + , (𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))) ⇝ (((1 / 3)↑(𝑀 + 1)) / (1 − (1 / 3))))
6320, 22, 23, 26, 62isumclim 15112 . . 3 (𝑀 ∈ ℕ → Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) = (((1 / 3)↑(𝑀 + 1)) / (1 − (1 / 3))))
6419, 63oveq12d 7167 . 2 (𝑀 ∈ ℕ → (((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑀) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑀 + 1))((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘)) = (0 + (((1 / 3)↑(𝑀 + 1)) / (1 − (1 / 3)))))
6514, 64eqtrd 2859 1 (𝑀 ∈ ℕ → Σ𝑘 ∈ (ℤ𝑀)((𝐹‘(ℕ ∖ {𝑀}))‘𝑘) = (0 + (((1 / 3)↑(𝑀 + 1)) / (1 − (1 / 3)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 209  wa 399   = wceq 1538  wcel 2115  wne 3014  cdif 3916  wss 3919  ifcif 4450  𝒫 cpw 4522  {csn 4550   class class class wbr 5052  cmpt 5132  dom cdm 5542  wf 6339  cfv 6343  (class class class)co 7149  cc 10533  cr 10534  0cc0 10535  1c1 10536   + caddc 10538   < clt 10673  cle 10674  cmin 10868   / cdiv 11295  cn 11634  3c3 11690  cuz 12240  seqcseq 13373  cexp 13434  abscabs 14593  cli 14841  Σcsu 15042
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1912  ax-6 1971  ax-7 2016  ax-8 2117  ax-9 2125  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2179  ax-ext 2796  ax-rep 5176  ax-sep 5189  ax-nul 5196  ax-pow 5253  ax-pr 5317  ax-un 7455  ax-inf2 9101  ax-cnex 10591  ax-resscn 10592  ax-1cn 10593  ax-icn 10594  ax-addcl 10595  ax-addrcl 10596  ax-mulcl 10597  ax-mulrcl 10598  ax-mulcom 10599  ax-addass 10600  ax-mulass 10601  ax-distr 10602  ax-i2m1 10603  ax-1ne0 10604  ax-1rid 10605  ax-rnegex 10606  ax-rrecex 10607  ax-cnre 10608  ax-pre-lttri 10609  ax-pre-lttrn 10610  ax-pre-ltadd 10611  ax-pre-mulgt0 10612  ax-pre-sup 10613
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-fal 1551  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2071  df-mo 2624  df-eu 2655  df-clab 2803  df-cleq 2817  df-clel 2896  df-nfc 2964  df-ne 3015  df-nel 3119  df-ral 3138  df-rex 3139  df-reu 3140  df-rmo 3141  df-rab 3142  df-v 3482  df-sbc 3759  df-csb 3867  df-dif 3922  df-un 3924  df-in 3926  df-ss 3936  df-pss 3938  df-nul 4277  df-if 4451  df-pw 4524  df-sn 4551  df-pr 4553  df-tp 4555  df-op 4557  df-uni 4825  df-int 4863  df-iun 4907  df-br 5053  df-opab 5115  df-mpt 5133  df-tr 5159  df-id 5447  df-eprel 5452  df-po 5461  df-so 5462  df-fr 5501  df-se 5502  df-we 5503  df-xp 5548  df-rel 5549  df-cnv 5550  df-co 5551  df-dm 5552  df-rn 5553  df-res 5554  df-ima 5555  df-pred 6135  df-ord 6181  df-on 6182  df-lim 6183  df-suc 6184  df-iota 6302  df-fun 6345  df-fn 6346  df-f 6347  df-f1 6348  df-fo 6349  df-f1o 6350  df-fv 6351  df-isom 6352  df-riota 7107  df-ov 7152  df-oprab 7153  df-mpo 7154  df-om 7575  df-1st 7684  df-2nd 7685  df-wrecs 7943  df-recs 8004  df-rdg 8042  df-1o 8098  df-oadd 8102  df-er 8285  df-pm 8405  df-en 8506  df-dom 8507  df-sdom 8508  df-fin 8509  df-sup 8903  df-inf 8904  df-oi 8971  df-card 9365  df-pnf 10675  df-mnf 10676  df-xr 10677  df-ltxr 10678  df-le 10679  df-sub 10870  df-neg 10871  df-div 11296  df-nn 11635  df-2 11697  df-3 11698  df-n0 11895  df-z 11979  df-uz 12241  df-rp 12387  df-ico 12741  df-fz 12895  df-fzo 13038  df-fl 13166  df-seq 13374  df-exp 13435  df-hash 13696  df-cj 14458  df-re 14459  df-im 14460  df-sqrt 14594  df-abs 14595  df-limsup 14828  df-clim 14845  df-rlim 14846  df-sum 15043
This theorem is referenced by:  rpnnen2lem11  15577
  Copyright terms: Public domain W3C validator