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

Theorem taylth 26759
Description: Taylor's theorem. The Taylor polynomial of a 𝑁-times differentiable function is such that the error term goes to zero faster than (𝑥 − 𝐵)↑𝑁. This is Metamath 100 proof #35. (Contributed by Mario Carneiro, 1-Jan-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
taylth.f (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
taylth.a (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
taylth.d (𝜑 → dom ((ℝ D𝑛 𝐹)‘𝑁) = 𝐴)
taylth.n (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
taylth.b (𝜑 → 𝐵 ∈ 𝐴)
taylth.t 𝑇 = (𝑁(ℝ Tayl 𝐹)𝐵)
taylth.r 𝑅 = (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((𝐹‘𝑥) − (𝑇‘𝑥)) / ((𝑥 − 𝐵)↑𝑁)))
Assertion
Ref Expression
taylth (𝜑 → 0 ∈ (𝑅 limℂ 𝐵))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐵   𝑥,𝐹   𝑥,𝑇   𝑥,𝑁   𝜑,𝑥
Allowed substitution hint:   𝑅(𝑥)

Proof of Theorem taylth
Dummy variables 𝑚 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 reelprrecn 11331 . . 3 ℝ ∈ {ℝ, ℂ}
21a1i 11 . 2 (𝜑 → ℝ ∈ {ℝ, ℂ})
3 taylth.f . . 3 (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
4 ax-resscn 11296 . . 3 ℝ ⊆ ℂ
5 fss 6756 . . 3 ((𝐹:𝐴⟶ℝ ∧ ℝ ⊆ ℂ) → 𝐹:𝐴⟶ℂ)
63, 4, 5sylancl 598 . 2 (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℂ)
7 taylth.a . 2 (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
8 taylth.d . 2 (𝜑 → dom ((ℝ D𝑛 𝐹)‘𝑁) = 𝐴)
9 taylth.n . 2 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
10 taylth.b . 2 (𝜑 → 𝐵 ∈ 𝐴)
11 taylth.t . 2 𝑇 = (𝑁(ℝ Tayl 𝐹)𝐵)
12 taylth.r . 2 𝑅 = (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((𝐹‘𝑥) − (𝑇‘𝑥)) / ((𝑥 − 𝐵)↑𝑁)))
133adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (1..^𝑁) ∧ 0 ∈ ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))) → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
147adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (1..^𝑁) ∧ 0 ∈ ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))) → 𝐴 ⊆ ℝ)
158adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (1..^𝑁) ∧ 0 ∈ ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))) → dom ((ℝ D𝑛 𝐹)‘𝑁) = 𝐴)
169adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (1..^𝑁) ∧ 0 ∈ ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))) → 𝑁 ∈ ℕ)
1710adantr 486 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (1..^𝑁) ∧ 0 ∈ ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))) → 𝐵 ∈ 𝐴)
18 simprl 783 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (1..^𝑁) ∧ 0 ∈ ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))) → 𝑚 ∈ (1..^𝑁))
19 simprr 785 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (1..^𝑁) ∧ 0 ∈ ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))) → 0 ∈ ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))
20 fveq2 6916 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) = (((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥))
21 fveq2 6916 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) = (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥))
2220, 21oveq12d 7469 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → ((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) = ((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥)))
23 oveq1 7458 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (𝑦 − 𝐵) = (𝑥 − 𝐵))
2423oveq1d 7466 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚) = ((𝑥 − 𝐵)↑𝑚))
2522, 24oveq12d 7469 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑥 → (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚)) = (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥)) / ((𝑥 − 𝐵)↑𝑚)))
2625cbvmptv 5215 . . . . 5 (𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) = (𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥)) / ((𝑥 − 𝐵)↑𝑚)))
2726oveq1i 7461 . . . 4 ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵) = ((𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥)) / ((𝑥 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵)
2819, 27eleqtrdi 2874 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (1..^𝑁) ∧ 0 ∈ ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))) → 0 ∈ ((𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥)) / ((𝑥 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))
2913, 14, 15, 16, 17, 11, 18, 28taylthlem2 26758 . 2 ((𝜑 ∧ (𝑚 ∈ (1..^𝑁) ∧ 0 ∈ ((𝑦 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦)) / ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚))) limℂ 𝐵))) → 0 ∈ ((𝑥 ∈ (𝐴 ∖ {𝐵}) ↦ (((((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − (𝑚 + 1)))‘𝑥) − (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − (𝑚 + 1)))‘𝑥)) / ((𝑥 − 𝐵)↑(𝑚 + 1)))) limℂ 𝐵))
302, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 29taylthlem1 26757 1 (𝜑 → 0 ∈ (𝑅 limℂ 𝐵))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ⊆ wss 3900   ∖ cdif 4048  {csn 4588  {cpr 4590   ↦ cmpt 5192  dom cdm 5658  ⟶wf 6562  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451  ℂcc 11237  ℝcr 11238  0cc0 11239  1c1 11240   − cmin 11580   / cdiv 12013  ℕcn 12375  ..^cfzo 13828  ↑cexp 14244   limℂ climc 26237   D𝑛 cdvn 26239   Tayl ctayl 26737
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-inf2 9679  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316  ax-pre-sup 11317  ax-addf 11318
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4841  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-iin 4959  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-se 5612  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-isom 6575  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-of 7725  df-om 7912  df-1st 8035  df-2nd 8036  df-supp 8215  df-tpos 8281  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-1o 8514  df-2o 8515  df-er 8755  df-map 8887  df-pm 8888  df-ixp 8964  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-fin 9015  df-fsupp 9392  df-fi 9440  df-sup 9471  df-inf 9472  df-oi 9541  df-card 10057  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-div 12014  df-nn 12376  df-2 12445  df-3 12446  df-4 12447  df-5 12448  df-6 12449  df-7 12450  df-8 12451  df-9 12452  df-n0 12647  df-xnn0 12720  df-z 12734  df-dec 12855  df-uz 13006  df-q 13116  df-rp 13161  df-xneg 13281  df-xadd 13282  df-xmul 13283  df-ioo 13520  df-ioc 13521  df-ico 13522  df-icc 13523  df-fz 13680  df-fzo 13829  df-fl 13972  df-seq 14185  df-exp 14245  df-fac 14459  df-hash 14516  df-cj 15309  df-re 15310  df-im 15311  df-sqrt 15445  df-abs 15446  df-clim 15699  df-rlim 15700  df-sum 15898  df-struct 17369  df-sets 17386  df-slot 17404  df-ndx 17416  df-base 17432  df-ress 17453  df-plusg 17486  df-mulr 17487  df-starv 17488  df-sca 17489  df-vsca 17490  df-ip 17491  df-tset 17492  df-ple 17493  df-ds 17495  df-unif 17496  df-hom 17497  df-cco 17498  df-euf 17499  df-rest 17643  df-topn 17644  df-0g 17662  df-gsum 17663  df-topgen 17664  df-pt 17665  df-prds 17668  df-xrs 17724  df-qtop 17729  df-imas 17730  df-xps 17732  df-mre 17806  df-mrc 17807  df-acs 17809  df-mgm 18866  df-sgrp 18958  df-mnd 18974  df-submnd 19029  df-grp 19197  df-minusg 19198  df-mulg 19328  df-subg 19383  df-cntz 19582  df-cmn 20047  df-abl 20048  df-mgp 20412  df-rng 20426  df-ur 20459  df-ring 20512  df-cring 20513  df-oppr 20618  df-dvdsr 20638  df-unit 20639  df-invr 20669  df-dvr 20682  df-subrng 20849  df-subrg 20873  df-drng 21033  df-psmet 21721  df-xmet 21722  df-met 21723  df-bl 21724  df-mopn 21725  df-fbas 21726  df-fg 21727  df-cnfld 21730  df-refld 21966  df-top 23267  df-topon 23284  df-topsp 23306  df-bases 23319  df-cld 23392  df-ntr 23393  df-cls 23394  df-nei 23471  df-lp 23509  df-perf 23510  df-cn 23600  df-cnp 23601  df-haus 23688  df-cmp 23760  df-tx 23936  df-hmeo 24129  df-fil 24220  df-fm 24312  df-flim 24313  df-flf 24314  df-tsms 24501  df-xms 24694  df-ms 24695  df-tms 24696  df-cncf 25254  df-0p 26046  df-limc 26241  df-dv 26242  df-dvn 26243  df-ply 26561  df-idp 26562  df-coe 26563  df-dgr 26564  df-tayl 26739
This theorem is used by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator