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

Theorem selberg 27525
Description: Selberg's symmetry formula. The statement has many forms, and this one is equivalent to the statement that Σ𝑛𝑥, Λ(𝑛)log𝑛 + Σ𝑚 · 𝑛𝑥, Λ(𝑚)Λ(𝑛) = 2𝑥log𝑥 + 𝑂(𝑥). Equation 10.4.10 of [Shapiro], p. 419. (Contributed by Mario Carneiro, 23-May-2016.)
Assertion
Ref Expression
selberg (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛)))) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥)))) ∈ 𝑂(1)
Distinct variable group:   𝑥,𝑛

Proof of Theorem selberg
Dummy variables 𝑑 𝑚 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fveq2 6834 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 = 𝑑 → (Λ‘𝑛) = (Λ‘𝑑))
2 oveq2 7368 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑑 → (𝑥 / 𝑛) = (𝑥 / 𝑑))
32fveq2d 6838 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 = 𝑑 → (ψ‘(𝑥 / 𝑛)) = (ψ‘(𝑥 / 𝑑)))
41, 3oveq12d 7378 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 = 𝑑 → ((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) = ((Λ‘𝑑) · (ψ‘(𝑥 / 𝑑))))
54cbvsumv 15649 . . . . . . . . . . 11 Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) = Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑑) · (ψ‘(𝑥 / 𝑑)))
6 fzfid 13926 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑))) ∈ Fin)
7 elfznn 13498 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑑 ∈ ℕ)
87adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑑 ∈ ℕ)
9 vmacl 27095 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑑 ∈ ℕ → (Λ‘𝑑) ∈ ℝ)
108, 9syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑑) ∈ ℝ)
1110recnd 11164 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑑) ∈ ℂ)
12 elfznn 13498 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑))) → 𝑚 ∈ ℕ)
1312adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → 𝑚 ∈ ℕ)
14 vmacl 27095 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑚 ∈ ℕ → (Λ‘𝑚) ∈ ℝ)
1513, 14syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → (Λ‘𝑚) ∈ ℝ)
1615recnd 11164 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → (Λ‘𝑚) ∈ ℂ)
176, 11, 16fsummulc2 15737 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑑) · Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))(Λ‘𝑚)) = Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((Λ‘𝑑) · (Λ‘𝑚)))
187nnrpd 12975 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑑 ∈ ℝ+)
19 rpdivcl 12960 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ ℝ+) → (𝑥 / 𝑑) ∈ ℝ+)
2018, 19sylan2 594 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑑) ∈ ℝ+)
2120rpred 12977 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑑) ∈ ℝ)
22 chpval 27099 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 / 𝑑) ∈ ℝ → (ψ‘(𝑥 / 𝑑)) = Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))(Λ‘𝑚))
2321, 22syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (ψ‘(𝑥 / 𝑑)) = Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))(Λ‘𝑚))
2423oveq2d 7376 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑑) · (ψ‘(𝑥 / 𝑑))) = ((Λ‘𝑑) · Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))(Λ‘𝑚)))
2513nncnd 12181 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → 𝑚 ∈ ℂ)
267ad2antlr 728 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → 𝑑 ∈ ℕ)
2726nncnd 12181 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → 𝑑 ∈ ℂ)
2826nnne0d 12218 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → 𝑑 ≠ 0)
2925, 27, 28divcan3d 11927 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → ((𝑑 · 𝑚) / 𝑑) = 𝑚)
3029fveq2d 6838 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → (Λ‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑)) = (Λ‘𝑚))
3130oveq2d 7376 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → ((Λ‘𝑑) · (Λ‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))) = ((Λ‘𝑑) · (Λ‘𝑚)))
3231sumeq2dv 15655 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((Λ‘𝑑) · (Λ‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))) = Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((Λ‘𝑑) · (Λ‘𝑚)))
3317, 24, 323eqtr4d 2782 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑑) · (ψ‘(𝑥 / 𝑑))) = Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((Λ‘𝑑) · (Λ‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))))
3433sumeq2dv 15655 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑑) · (ψ‘(𝑥 / 𝑑))) = Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((Λ‘𝑑) · (Λ‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))))
355, 34eqtrid 2784 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) = Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((Λ‘𝑑) · (Λ‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))))
36 fvoveq1 7383 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 = (𝑑 · 𝑚) → (Λ‘(𝑛 / 𝑑)) = (Λ‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑)))
3736oveq2d 7376 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = (𝑑 · 𝑚) → ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) = ((Λ‘𝑑) · (Λ‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))))
38 rpre 12942 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ)
39 ssrab2 4021 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ⊆ ℕ
40 simprr 773 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})
4139, 40sselid 3920 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → 𝑑 ∈ ℕ)
4241anassrs 467 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛}) → 𝑑 ∈ ℕ)
4342, 9syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛}) → (Λ‘𝑑) ∈ ℝ)
44 elfznn 13498 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑛 ∈ ℕ)
4544adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑛 ∈ ℕ)
46 dvdsdivcl 16276 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑛 ∈ ℕ ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛}) → (𝑛 / 𝑑) ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})
4745, 46sylan 581 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛}) → (𝑛 / 𝑑) ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})
4839, 47sselid 3920 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛}) → (𝑛 / 𝑑) ∈ ℕ)
49 vmacl 27095 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑛 / 𝑑) ∈ ℕ → (Λ‘(𝑛 / 𝑑)) ∈ ℝ)
5048, 49syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛}) → (Λ‘(𝑛 / 𝑑)) ∈ ℝ)
5143, 50remulcld 11166 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛}) → ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) ∈ ℝ)
5251recnd 11164 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛}) → ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) ∈ ℂ)
5352anasss 466 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) ∈ ℂ)
5437, 38, 53dvdsflsumcom 27165 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) = Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((Λ‘𝑑) · (Λ‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))))
5535, 54eqtr4d 2775 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))))
5655oveq1d 7375 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) + Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) + Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))))
57 fzfid 13926 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (1...(⌊‘𝑥)) ∈ Fin)
58 vmacl 27095 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
5945, 58syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
6059recnd 11164 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℂ)
6144nnrpd 12975 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑛 ∈ ℝ+)
62 rpdivcl 12960 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ ℝ+) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ+)
6361, 62sylan2 594 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ+)
6463rpred 12977 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ)
65 chpcl 27101 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → (ψ‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℝ)
6664, 65syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (ψ‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℝ)
6766recnd 11164 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (ψ‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℂ)
6860, 67mulcld 11156 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℂ)
6945nnrpd 12975 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑛 ∈ ℝ+)
70 relogcl 26552 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℝ+ → (log‘𝑛) ∈ ℝ)
7169, 70syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (log‘𝑛) ∈ ℝ)
7271recnd 11164 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (log‘𝑛) ∈ ℂ)
7360, 72mulcld 11156 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛)) ∈ ℂ)
7457, 68, 73fsumadd 15693 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) + ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) + Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))))
75 fzfid 13926 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (1...𝑛) ∈ Fin)
76 dvdsssfz1 16278 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ⊆ (1...𝑛))
7745, 76syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ⊆ (1...𝑛))
7875, 77ssfid 9172 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ∈ Fin)
7978, 51fsumrecl 15687 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) ∈ ℝ)
8079recnd 11164 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) ∈ ℂ)
8157, 80, 73fsumadd 15693 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) + ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) + Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))))
8256, 74, 813eqtr4d 2782 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) + ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) + ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))))
8372, 67addcomd 11339 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) = ((ψ‘(𝑥 / 𝑛)) + (log‘𝑛)))
8483oveq2d 7376 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛)))) = ((Λ‘𝑛) · ((ψ‘(𝑥 / 𝑛)) + (log‘𝑛))))
8560, 67, 72adddid 11160 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((ψ‘(𝑥 / 𝑛)) + (log‘𝑛))) = (((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) + ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))))
8684, 85eqtrd 2772 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛)))) = (((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) + ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))))
8786sumeq2dv 15655 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛)))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) · (ψ‘(𝑥 / 𝑛))) + ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))))
88 logsqvma2 27520 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ → Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) = (Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) + ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))))
8945, 88syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) = (Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) + ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))))
9089sumeq2dv 15655 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((Λ‘𝑑) · (Λ‘(𝑛 / 𝑑))) + ((Λ‘𝑛) · (log‘𝑛))))
9182, 87, 903eqtr4d 2782 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛)))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)))
92 fvoveq1 7383 . . . . . . . . 9 (𝑛 = (𝑑 · 𝑚) → (log‘(𝑛 / 𝑑)) = (log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑)))
9392oveq1d 7375 . . . . . . . 8 (𝑛 = (𝑑 · 𝑚) → ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2) = ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2))
9493oveq2d 7376 . . . . . . 7 (𝑛 = (𝑑 · 𝑚) → ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) = ((μ‘𝑑) · ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2)))
95 mucl 27118 . . . . . . . . . 10 (𝑑 ∈ ℕ → (μ‘𝑑) ∈ ℤ)
9641, 95syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → (μ‘𝑑) ∈ ℤ)
9796zcnd 12625 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → (μ‘𝑑) ∈ ℂ)
9861ad2antrl 729 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → 𝑛 ∈ ℝ+)
9941nnrpd 12975 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → 𝑑 ∈ ℝ+)
10098, 99rpdivcld 12994 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → (𝑛 / 𝑑) ∈ ℝ+)
101 relogcl 26552 . . . . . . . . . . 11 ((𝑛 / 𝑑) ∈ ℝ+ → (log‘(𝑛 / 𝑑)) ∈ ℝ)
102101recnd 11164 . . . . . . . . . 10 ((𝑛 / 𝑑) ∈ ℝ+ → (log‘(𝑛 / 𝑑)) ∈ ℂ)
103100, 102syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → (log‘(𝑛 / 𝑑)) ∈ ℂ)
104103sqcld 14097 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2) ∈ ℂ)
10597, 104mulcld 11156 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛})) → ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) ∈ ℂ)
10694, 38, 105dvdsflsumcom 27165 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) = Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2)))
10729fveq2d 6838 . . . . . . . . . 10 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → (log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑)) = (log‘𝑚))
108107oveq1d 7375 . . . . . . . . 9 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2) = ((log‘𝑚)↑2))
109108oveq2d 7376 . . . . . . . 8 (((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → ((μ‘𝑑) · ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2)) = ((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)))
110109sumeq2dv 15655 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2)) = Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)))
111110sumeq2dv 15655 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2)) = Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)))
11291, 106, 1113eqtrd 2776 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛)))) = Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)))
113112oveq1d 7375 . . . 4 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛)))) / 𝑥) = (Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)) / 𝑥))
114113oveq1d 7375 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛)))) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥))) = ((Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥))))
115114mpteq2ia 5181 . 2 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛)))) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥))))
116 eqid 2737 . . 3 ((((log‘(𝑥 / 𝑑))↑2) + (2 − (2 · (log‘(𝑥 / 𝑑))))) / 𝑑) = ((((log‘(𝑥 / 𝑑))↑2) + (2 − (2 · (log‘(𝑥 / 𝑑))))) / 𝑑)
117116selberglem2 27523 . 2 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥)))) ∈ 𝑂(1)
118115, 117eqeltri 2833 1 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · ((log‘𝑛) + (ψ‘(𝑥 / 𝑛)))) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥)))) ∈ 𝑂(1)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wa 395   = wceq 1542  wcel 2114  {crab 3390  wss 3890   class class class wbr 5086  cmpt 5167  cfv 6492  (class class class)co 7360  cc 11027  cr 11028  1c1 11030   + caddc 11032   · cmul 11034  cmin 11368   / cdiv 11798  cn 12165  2c2 12227  cz 12515  +crp 12933  ...cfz 13452  cfl 13740  cexp 14014  𝑂(1)co1 15439  Σcsu 15639  cdvds 16212  logclog 26531  Λcvma 27069  ψcchp 27070  μcmu 27072
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 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5212  ax-sep 5231  ax-nul 5241  ax-pow 5302  ax-pr 5370  ax-un 7682  ax-inf2 9553  ax-cnex 11085  ax-resscn 11086  ax-1cn 11087  ax-icn 11088  ax-addcl 11089  ax-addrcl 11090  ax-mulcl 11091  ax-mulrcl 11092  ax-mulcom 11093  ax-addass 11094  ax-mulass 11095  ax-distr 11096  ax-i2m1 11097  ax-1ne0 11098  ax-1rid 11099  ax-rnegex 11100  ax-rrecex 11101  ax-cnre 11102  ax-pre-lttri 11103  ax-pre-lttrn 11104  ax-pre-ltadd 11105  ax-pre-mulgt0 11106  ax-pre-sup 11107  ax-addf 11108
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-tp 4573  df-op 4575  df-uni 4852  df-int 4891  df-iun 4936  df-iin 4937  df-disj 5054  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-se 5578  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-isom 6501  df-riota 7317  df-ov 7363  df-oprab 7364  df-mpo 7365  df-of 7624  df-om 7811  df-1st 7935  df-2nd 7936  df-supp 8104  df-frecs 8224  df-wrecs 8255  df-recs 8304  df-rdg 8342  df-1o 8398  df-2o 8399  df-oadd 8402  df-er 8636  df-map 8768  df-pm 8769  df-ixp 8839  df-en 8887  df-dom 8888  df-sdom 8889  df-fin 8890  df-fsupp 9268  df-fi 9317  df-sup 9348  df-inf 9349  df-oi 9418  df-dju 9816  df-card 9854  df-pnf 11172  df-mnf 11173  df-xr 11174  df-ltxr 11175  df-le 11176  df-sub 11370  df-neg 11371  df-div 11799  df-nn 12166  df-2 12235  df-3 12236  df-4 12237  df-5 12238  df-6 12239  df-7 12240  df-8 12241  df-9 12242  df-n0 12429  df-xnn0 12502  df-z 12516  df-dec 12636  df-uz 12780  df-q 12890  df-rp 12934  df-xneg 13054  df-xadd 13055  df-xmul 13056  df-ioo 13293  df-ioc 13294  df-ico 13295  df-icc 13296  df-fz 13453  df-fzo 13600  df-fl 13742  df-mod 13820  df-seq 13955  df-exp 14015  df-fac 14227  df-bc 14256  df-hash 14284  df-shft 15020  df-cj 15052  df-re 15053  df-im 15054  df-sqrt 15188  df-abs 15189  df-limsup 15424  df-clim 15441  df-rlim 15442  df-o1 15443  df-lo1 15444  df-sum 15640  df-ef 16023  df-e 16024  df-sin 16025  df-cos 16026  df-tan 16027  df-pi 16028  df-dvds 16213  df-gcd 16455  df-prm 16632  df-pc 16799  df-struct 17108  df-sets 17125  df-slot 17143  df-ndx 17155  df-base 17171  df-ress 17192  df-plusg 17224  df-mulr 17225  df-starv 17226  df-sca 17227  df-vsca 17228  df-ip 17229  df-tset 17230  df-ple 17231  df-ds 17233  df-unif 17234  df-hom 17235  df-cco 17236  df-rest 17376  df-topn 17377  df-0g 17395  df-gsum 17396  df-topgen 17397  df-pt 17398  df-prds 17401  df-xrs 17457  df-qtop 17462  df-imas 17463  df-xps 17465  df-mre 17539  df-mrc 17540  df-acs 17542  df-mgm 18599  df-sgrp 18678  df-mnd 18694  df-submnd 18743  df-mulg 19035  df-cntz 19283  df-cmn 19748  df-psmet 21336  df-xmet 21337  df-met 21338  df-bl 21339  df-mopn 21340  df-fbas 21341  df-fg 21342  df-cnfld 21345  df-top 22869  df-topon 22886  df-topsp 22908  df-bases 22921  df-cld 22994  df-ntr 22995  df-cls 22996  df-nei 23073  df-lp 23111  df-perf 23112  df-cn 23202  df-cnp 23203  df-haus 23290  df-cmp 23362  df-tx 23537  df-hmeo 23730  df-fil 23821  df-fm 23913  df-flim 23914  df-flf 23915  df-xms 24295  df-ms 24296  df-tms 24297  df-cncf 24855  df-limc 25843  df-dv 25844  df-ulm 26355  df-log 26533  df-cxp 26534  df-atan 26844  df-em 26970  df-vma 27075  df-chp 27076  df-mu 27078
This theorem is referenced by:  selbergb  27526  selberg2  27528  selbergs  27551
  Copyright terms: Public domain W3C validator