Theorem selberglem3 27711

Description: Lemma for selberg 27712. Estimation of the left-hand side of logsqvma2 27707. (Contributed by Mario Carneiro, 23-May-2016.)

Assertion

Ref	Expression
selberglem3	⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥)))) ∈ 𝑂(1)

Distinct variable group:   𝑛,𝑑,𝑥,𝑦

Proof of Theorem selberglem3

Dummy variable 𝑚 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fvoveq1 7433	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 = (𝑑 · 𝑚) → (log‘(𝑛 / 𝑑)) = (log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑)))
2	1	oveq1d 7425	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = (𝑑 · 𝑚) → ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2) = ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2))
3	2	oveq2d 7426	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = (𝑑 · 𝑚) → ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) = ((μ‘𝑑) · ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2)))
4		rpre 13020	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → 𝑥 ∈ ℝ)
5		ssrab2 4034	. . . . . . . . . . 11 ⊢ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛} ⊆ ℕ
6		simprr 784	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})) → 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})
7	5, 6	sselid 3935	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})) → 𝑑 ∈ ℕ)
8		mucl 27305	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑑 ∈ ℕ → (μ‘𝑑) ∈ ℤ)
9	7, 8	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})) → (μ‘𝑑) ∈ ℤ)
10	9	zcnd 12696	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})) → (μ‘𝑑) ∈ ℂ)
11		elfznn 13577	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑛 ∈ ℕ)
12	11	nnrpd 13053	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑛 ∈ ℝ+)
13	12	ad2antrl 740	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})) → 𝑛 ∈ ℝ+)
14	7	nnrpd 13053	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})) → 𝑑 ∈ ℝ+)
15	13, 14	rpdivcld 13072	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})) → (𝑛 / 𝑑) ∈ ℝ+)
16		relogcl 26740	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑛 / 𝑑) ∈ ℝ+ → (log‘(𝑛 / 𝑑)) ∈ ℝ)
17	16	recnd 11232	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑛 / 𝑑) ∈ ℝ+ → (log‘(𝑛 / 𝑑)) ∈ ℂ)
18	15, 17	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})) → (log‘(𝑛 / 𝑑)) ∈ ℂ)
19	18	sqcld 14176	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})) → ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2) ∈ ℂ)
20	10, 19	mulcld 11224	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛})) → ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) ∈ ℂ)
21	3, 4, 20	dvdsflsumcom 27352	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) = Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2)))
22		elfznn 13577	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑))) → 𝑚 ∈ ℕ)
23	22	3ad2ant3 1153	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → 𝑚 ∈ ℕ)
24	23	nncnd 12244	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → 𝑚 ∈ ℂ)
25		elfznn 13577	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑑 ∈ ℕ)
26	25	3ad2ant2 1152	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → 𝑑 ∈ ℕ)
27	26	nncnd 12244	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → 𝑑 ∈ ℂ)
28	26	nnne0d 12281	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → 𝑑 ≠ 0)
29	24, 27, 28	divcan3d 11991	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → ((𝑑 · 𝑚) / 𝑑) = 𝑚)
30	29	fveq2d 6885	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → (log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑)) = (log‘𝑚))
31	30	oveq1d 7425	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2) = ((log‘𝑚)↑2))
32	31	oveq2d 7426	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) ∧ 𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))) → ((μ‘𝑑) · ((log‘((𝑑 · 𝑚) / 𝑑))↑2)) = ((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)))
33	32	2sumeq2dv 15752	. . . . . 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)))
34	21, 33	eqtrd 2798	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) = Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)))
35	34	oveq1d 7425	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) / 𝑥) = (Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)) / 𝑥))
36	35	oveq1d 7425	. . 3 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥))) = ((Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥))))
37	36	mpteq2ia 5206	. 2 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥))))
38		eqid 2763	. . 3 ⊢ ((((log‘(𝑥 / 𝑑))↑2) + (2 − (2 · (log‘(𝑥 / 𝑑))))) / 𝑑) = ((((log‘(𝑥 / 𝑑))↑2) + (2 − (2 · (log‘(𝑥 / 𝑑))))) / 𝑑)
39	38	selberglem2 27710	. 2 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑑 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑚 ∈ (1...(⌊‘(𝑥 / 𝑑)))((μ‘𝑑) · ((log‘𝑚)↑2)) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥)))) ∈ 𝑂(1)
40	37, 39	eqeltri 2859	1 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))Σ𝑑 ∈ {𝑦 ∈ ℕ ∣ 𝑦 ∥ 𝑛} ((μ‘𝑑) · ((log‘(𝑛 / 𝑑))↑2)) / 𝑥) − (2 · (log‘𝑥)))) ∈ 𝑂(1)

Syntax hints:   ∧ wa 400   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2143  {crab 3416   class class class wbr 5109   ↦ cmpt 5192  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410  ℂcc 11093  1c1 11096   + caddc 11098   · cmul 11100   − cmin 11436   / cdiv 11866  ℕcn 12228  2c2 12290  ℤcz 12586  ℝ⁺crp 13011  ...cfz 13530  ⌊cfl 13819  ↑cexp 14093  𝑂(1)co1 15533  Σcsu 15733   ∥ cdvds 16305  logclog 26719  μcmu 27259

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-inf2 9606  ax-cnex 11151  ax-resscn 11152  ax-1cn 11153  ax-icn 11154  ax-addcl 11155  ax-addrcl 11156  ax-mulcl 11157  ax-mulrcl 11158  ax-mulcom 11159  ax-addass 11160  ax-mulass 11161  ax-distr 11162  ax-i2m1 11163  ax-1ne0 11164  ax-1rid 11165  ax-rnegex 11166  ax-rrecex 11167  ax-cnre 11168  ax-pre-lttri 11169  ax-pre-lttrn 11170  ax-pre-ltadd 11171  ax-pre-mulgt0 11172  ax-pre-sup 11173  ax-addf 11174

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-tp 4594  df-op 4596  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-iin 4959  df-disj 5077  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-se 5615  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-of 7674  df-om 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-supp 8153  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-1o 8449  df-2o 8450  df-oadd 8453  df-er 8690  df-map 8822  df-pm 8823  df-ixp 8892  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-fsupp 9318  df-fi 9367  df-sup 9398  df-inf 9399  df-oi 9468  df-dju 9883  df-card 9921  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-div 11867  df-nn 12229  df-2 12298  df-3 12299  df-4 12300  df-5 12301  df-6 12302  df-7 12303  df-8 12304  df-9 12305  df-n0 12500  df-xnn0 12573  df-z 12587  df-dec 12707  df-uz 12858  df-q 12968  df-rp 13012  df-xneg 13132  df-xadd 13133  df-xmul 13134  df-ioo 13371  df-ioc 13372  df-ico 13373  df-icc 13374  df-fz 13531  df-fzo 13679  df-fl 13821  df-mod 13899  df-seq 14034  df-exp 14094  df-fac 14306  df-bc 14335  df-hash 14363  df-shft 15100  df-cj 15146  df-re 15147  df-im 15148  df-sqrt 15282  df-abs 15283  df-limsup 15518  df-clim 15535  df-rlim 15536  df-o1 15537  df-lo1 15538  df-sum 15734  df-ef 16116  df-e 16117  df-sin 16118  df-cos 16119  df-tan 16120  df-pi 16121  df-dvds 16306  df-gcd 16548  df-prm 16725  df-pc 16892  df-struct 17202  df-sets 17219  df-slot 17237  df-ndx 17249  df-base 17265  df-ress 17286  df-plusg 17318  df-mulr 17319  df-starv 17320  df-sca 17321  df-vsca 17322  df-ip 17323  df-tset 17324  df-ple 17325  df-ds 17327  df-unif 17328  df-hom 17329  df-cco 17330  df-rest 17470  df-topn 17471  df-0g 17489  df-gsum 17490  df-topgen 17491  df-pt 17492  df-prds 17495  df-xrs 17551  df-qtop 17556  df-imas 17557  df-xps 17559  df-mre 17633  df-mrc 17634  df-acs 17636  df-mgm 18693  df-sgrp 18772  df-mnd 18788  df-submnd 18837  df-mulg 19129  df-cntz 19382  df-cmn 19847  df-psmet 21514  df-xmet 21515  df-met 21516  df-bl 21517  df-mopn 21518  df-fbas 21519  df-fg 21520  df-cnfld 21523  df-top 23051  df-topon 23068  df-topsp 23090  df-bases 23103  df-cld 23176  df-ntr 23177  df-cls 23178  df-nei 23255  df-lp 23293  df-perf 23294  df-cn 23384  df-cnp 23385  df-haus 23472  df-cmp 23544  df-tx 23719  df-hmeo 23912  df-fil 24003  df-fm 24095  df-flim 24096  df-flf 24097  df-xms 24477  df-ms 24478  df-tms 24479  df-cncf 25037  df-limc 26025  df-dv 26026  df-ulm 26540  df-log 26721  df-cxp 26722  df-atan 27032  df-em 27157  df-mu 27265

This theorem is referenced by: (None)