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

Theorem taylth 26702
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 11292 . . 3 ℝ ∈ {ℝ, ℂ}
21a1i 11 . 2 (𝜑 → ℝ ∈ {ℝ, ℂ})
3 taylth.f . . 3 (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
4 ax-resscn 11257 . . 3 ℝ ⊆ ℂ
5 fss 6726 . . 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 6885 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) = (((ℝ D𝑛 𝐹)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥))
21 fveq2 6885 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑦) = (((ℂ D𝑛 𝑇)‘(𝑁 − 𝑚))‘𝑥))
2220, 21oveq12d 7438 . . . . . . 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 7427 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑥 → (𝑦 − 𝐵) = (𝑥 − 𝐵))
2423oveq1d 7435 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑥 → ((𝑦 − 𝐵)↑𝑚) = ((𝑥 − 𝐵)↑𝑚))
2522, 24oveq12d 7438 . . . . . 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 5209 . . . . 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 7430 . . . 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 2871 . . 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 26701 . 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 26700 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 2145   ∖ cdif 3896   ⊆ wss 3899  {csn 4584  {cpr 4586   ↦ cmpt 5186  dom cdm 5651  ⟶wf 6534  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11198  ℝcr 11199  0cc0 11200  1c1 11201   − cmin 11541   / cdiv 11973  ℕcn 12335  ..^cfzo 13788  ↑cexp 14204   limℂ climc 26182   D𝑛 cdvn 26184   Tayl ctayl 26680
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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7751  ax-inf2 9642  ax-cnex 11256  ax-resscn 11257  ax-1cn 11258  ax-icn 11259  ax-addcl 11260  ax-addrcl 11261  ax-mulcl 11262  ax-mulrcl 11263  ax-mulcom 11264  ax-addass 11265  ax-mulass 11266  ax-distr 11267  ax-i2m1 11268  ax-1ne0 11269  ax-1rid 11270  ax-rnegex 11271  ax-rrecex 11272  ax-cnre 11273  ax-pre-lttri 11274  ax-pre-lttrn 11275  ax-pre-ltadd 11276  ax-pre-mulgt0 11277  ax-pre-sup 11278  ax-addf 11279
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 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-tp 4589  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-iin 4954  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-isom 6547  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-of 7693  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-supp 8178  df-tpos 8243  df-frecs 8299  df-wrecs 8330  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-1o 8476  df-2o 8477  df-er 8717  df-map 8849  df-pm 8850  df-ixp 8926  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-fin 8977  df-fsupp 9354  df-fi 9403  df-sup 9434  df-inf 9435  df-oi 9504  df-card 10020  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-xr 11347  df-ltxr 11348  df-le 11349  df-sub 11543  df-neg 11544  df-div 11974  df-nn 12336  df-2 12405  df-3 12406  df-4 12407  df-5 12408  df-6 12409  df-7 12410  df-8 12411  df-9 12412  df-n0 12607  df-xnn0 12680  df-z 12694  df-dec 12815  df-uz 12966  df-q 13076  df-rp 13121  df-xneg 13241  df-xadd 13242  df-xmul 13243  df-ioo 13480  df-ioc 13481  df-ico 13482  df-icc 13483  df-fz 13640  df-fzo 13789  df-fl 13932  df-seq 14145  df-exp 14205  df-fac 14418  df-hash 14475  df-cj 15266  df-re 15267  df-im 15268  df-sqrt 15402  df-abs 15403  df-clim 15655  df-rlim 15656  df-sum 15854  df-struct 17325  df-sets 17342  df-slot 17360  df-ndx 17372  df-base 17388  df-ress 17409  df-plusg 17441  df-mulr 17442  df-starv 17443  df-sca 17444  df-vsca 17445  df-ip 17446  df-tset 17447  df-ple 17448  df-ds 17450  df-unif 17451  df-hom 17452  df-cco 17453  df-rest 17593  df-topn 17594  df-0g 17612  df-gsum 17613  df-topgen 17614  df-pt 17615  df-prds 17618  df-xrs 17674  df-qtop 17679  df-imas 17680  df-xps 17682  df-mre 17756  df-mrc 17757  df-acs 17759  df-mgm 18816  df-sgrp 18908  df-mnd 18924  df-submnd 18979  df-grp 19147  df-minusg 19148  df-mulg 19278  df-subg 19333  df-cntz 19531  df-cmn 19996  df-abl 19997  df-mgp 20361  df-rng 20375  df-ur 20408  df-ring 20461  df-cring 20462  df-oppr 20567  df-dvdsr 20587  df-unit 20588  df-invr 20618  df-dvr 20631  df-subrng 20798  df-subrg 20822  df-drng 20982  df-psmet 21670  df-xmet 21671  df-met 21672  df-bl 21673  df-mopn 21674  df-fbas 21675  df-fg 21676  df-cnfld 21679  df-refld 21911  df-top 23212  df-topon 23229  df-topsp 23251  df-bases 23264  df-cld 23337  df-ntr 23338  df-cls 23339  df-nei 23416  df-lp 23454  df-perf 23455  df-cn 23545  df-cnp 23546  df-haus 23633  df-cmp 23705  df-tx 23881  df-hmeo 24074  df-fil 24165  df-fm 24257  df-flim 24258  df-flf 24259  df-tsms 24446  df-xms 24639  df-ms 24640  df-tms 24641  df-cncf 25199  df-0p 25991  df-limc 26186  df-dv 26187  df-dvn 26188  df-ply 26506  df-idp 26507  df-coe 26508  df-dgr 26509  df-tayl 26682
This theorem is used by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator