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

Theorem trireciplem 15826
Description: Lemma for trirecip 15827. Show that the sum converges. (Contributed by Scott Fenton, 22-Apr-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 22-May-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
trireciplem.1 ๐น = (๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› ยท (๐‘› + 1))))
Assertion
Ref Expression
trireciplem seq1( + , ๐น) โ‡ 1

Proof of Theorem trireciplem
Dummy variables ๐‘— ๐‘˜ are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nnuz 12881 . . . 4 โ„• = (โ„คโ‰ฅโ€˜1)
2 1zzd 12609 . . . 4 (โŠค โ†’ 1 โˆˆ โ„ค)
3 1cnd 11225 . . . . 5 (โŠค โ†’ 1 โˆˆ โ„‚)
4 nnex 12234 . . . . . . 7 โ„• โˆˆ V
54mptex 7229 . . . . . 6 (๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› + 1))) โˆˆ V
65a1i 11 . . . . 5 (โŠค โ†’ (๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› + 1))) โˆˆ V)
7 oveq1 7421 . . . . . . . 8 (๐‘› = ๐‘˜ โ†’ (๐‘› + 1) = (๐‘˜ + 1))
87oveq2d 7430 . . . . . . 7 (๐‘› = ๐‘˜ โ†’ (1 / (๐‘› + 1)) = (1 / (๐‘˜ + 1)))
9 eqid 2727 . . . . . . 7 (๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› + 1))) = (๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› + 1)))
10 ovex 7447 . . . . . . 7 (1 / (๐‘˜ + 1)) โˆˆ V
118, 9, 10fvmpt 6999 . . . . . 6 (๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ((๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› + 1)))โ€˜๐‘˜) = (1 / (๐‘˜ + 1)))
1211adantl 481 . . . . 5 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ ((๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› + 1)))โ€˜๐‘˜) = (1 / (๐‘˜ + 1)))
131, 2, 3, 2, 6, 12divcnvshft 15819 . . . 4 (โŠค โ†’ (๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› + 1))) โ‡ 0)
14 seqex 13986 . . . . 5 seq1( + , ๐น) โˆˆ V
1514a1i 11 . . . 4 (โŠค โ†’ seq1( + , ๐น) โˆˆ V)
16 peano2nn 12240 . . . . . . . 8 (๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘˜ + 1) โˆˆ โ„•)
1716adantl 481 . . . . . . 7 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ (๐‘˜ + 1) โˆˆ โ„•)
1817nnrecred 12279 . . . . . 6 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ (1 / (๐‘˜ + 1)) โˆˆ โ„)
1918recnd 11258 . . . . 5 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ (1 / (๐‘˜ + 1)) โˆˆ โ„‚)
2012, 19eqeltrd 2828 . . . 4 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ ((๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› + 1)))โ€˜๐‘˜) โˆˆ โ„‚)
2112oveq2d 7430 . . . . 5 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ (1 โˆ’ ((๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› + 1)))โ€˜๐‘˜)) = (1 โˆ’ (1 / (๐‘˜ + 1))))
22 elfznn 13548 . . . . . . . . . . . 12 (๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„•)
2322adantl 481 . . . . . . . . . . 11 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„•)
2423nncnd 12244 . . . . . . . . . 10 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„‚)
25 peano2cn 11402 . . . . . . . . . 10 (๐‘— โˆˆ โ„‚ โ†’ (๐‘— + 1) โˆˆ โ„‚)
2624, 25syl 17 . . . . . . . . 9 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (๐‘— + 1) โˆˆ โ„‚)
27 peano2nn 12240 . . . . . . . . . . . 12 (๐‘— โˆˆ โ„• โ†’ (๐‘— + 1) โˆˆ โ„•)
2823, 27syl 17 . . . . . . . . . . 11 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (๐‘— + 1) โˆˆ โ„•)
2923, 28nnmulcld 12281 . . . . . . . . . 10 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (๐‘— ยท (๐‘— + 1)) โˆˆ โ„•)
3029nncnd 12244 . . . . . . . . 9 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (๐‘— ยท (๐‘— + 1)) โˆˆ โ„‚)
3129nnne0d 12278 . . . . . . . . 9 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (๐‘— ยท (๐‘— + 1)) โ‰  0)
3226, 24, 30, 31divsubdird 12045 . . . . . . . 8 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (((๐‘— + 1) โˆ’ ๐‘—) / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) = (((๐‘— + 1) / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) โˆ’ (๐‘— / (๐‘— ยท (๐‘— + 1)))))
33 ax-1cn 11182 . . . . . . . . . 10 1 โˆˆ โ„‚
34 pncan2 11483 . . . . . . . . . 10 ((๐‘— โˆˆ โ„‚ โˆง 1 โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘— + 1) โˆ’ ๐‘—) = 1)
3524, 33, 34sylancl 585 . . . . . . . . 9 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ ((๐‘— + 1) โˆ’ ๐‘—) = 1)
3635oveq1d 7429 . . . . . . . 8 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (((๐‘— + 1) โˆ’ ๐‘—) / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) = (1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))))
3726mulridd 11247 . . . . . . . . . . 11 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ ((๐‘— + 1) ยท 1) = (๐‘— + 1))
3826, 24mulcomd 11251 . . . . . . . . . . 11 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ ((๐‘— + 1) ยท ๐‘—) = (๐‘— ยท (๐‘— + 1)))
3937, 38oveq12d 7432 . . . . . . . . . 10 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (((๐‘— + 1) ยท 1) / ((๐‘— + 1) ยท ๐‘—)) = ((๐‘— + 1) / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))))
40 1cnd 11225 . . . . . . . . . . 11 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ 1 โˆˆ โ„‚)
4123nnne0d 12278 . . . . . . . . . . 11 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ ๐‘— โ‰  0)
4228nnne0d 12278 . . . . . . . . . . 11 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (๐‘— + 1) โ‰  0)
4340, 24, 26, 41, 42divcan5d 12032 . . . . . . . . . 10 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (((๐‘— + 1) ยท 1) / ((๐‘— + 1) ยท ๐‘—)) = (1 / ๐‘—))
4439, 43eqtr3d 2769 . . . . . . . . 9 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ ((๐‘— + 1) / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) = (1 / ๐‘—))
4524mulridd 11247 . . . . . . . . . . 11 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (๐‘— ยท 1) = ๐‘—)
4645oveq1d 7429 . . . . . . . . . 10 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ ((๐‘— ยท 1) / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) = (๐‘— / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))))
4740, 26, 24, 42, 41divcan5d 12032 . . . . . . . . . 10 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ ((๐‘— ยท 1) / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) = (1 / (๐‘— + 1)))
4846, 47eqtr3d 2769 . . . . . . . . 9 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (๐‘— / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) = (1 / (๐‘— + 1)))
4944, 48oveq12d 7432 . . . . . . . 8 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (((๐‘— + 1) / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) โˆ’ (๐‘— / (๐‘— ยท (๐‘— + 1)))) = ((1 / ๐‘—) โˆ’ (1 / (๐‘— + 1))))
5032, 36, 493eqtr3d 2775 . . . . . . 7 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) = ((1 / ๐‘—) โˆ’ (1 / (๐‘— + 1))))
5150sumeq2dv 15667 . . . . . 6 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ ฮฃ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)(1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) = ฮฃ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)((1 / ๐‘—) โˆ’ (1 / (๐‘— + 1))))
52 oveq2 7422 . . . . . . 7 (๐‘› = ๐‘— โ†’ (1 / ๐‘›) = (1 / ๐‘—))
53 oveq2 7422 . . . . . . 7 (๐‘› = (๐‘— + 1) โ†’ (1 / ๐‘›) = (1 / (๐‘— + 1)))
54 oveq2 7422 . . . . . . . 8 (๐‘› = 1 โ†’ (1 / ๐‘›) = (1 / 1))
55 1div1e1 11920 . . . . . . . 8 (1 / 1) = 1
5654, 55eqtrdi 2783 . . . . . . 7 (๐‘› = 1 โ†’ (1 / ๐‘›) = 1)
57 oveq2 7422 . . . . . . 7 (๐‘› = (๐‘˜ + 1) โ†’ (1 / ๐‘›) = (1 / (๐‘˜ + 1)))
58 nnz 12595 . . . . . . . 8 (๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ค)
5958adantl 481 . . . . . . 7 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ค)
6017, 1eleqtrdi 2838 . . . . . . 7 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ (๐‘˜ + 1) โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1))
61 elfznn 13548 . . . . . . . . . 10 (๐‘› โˆˆ (1...(๐‘˜ + 1)) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•)
6261adantl 481 . . . . . . . . 9 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (1...(๐‘˜ + 1))) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•)
6362nnrecred 12279 . . . . . . . 8 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (1...(๐‘˜ + 1))) โ†’ (1 / ๐‘›) โˆˆ โ„)
6463recnd 11258 . . . . . . 7 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘› โˆˆ (1...(๐‘˜ + 1))) โ†’ (1 / ๐‘›) โˆˆ โ„‚)
6552, 53, 56, 57, 59, 60, 64telfsum 15768 . . . . . 6 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ ฮฃ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)((1 / ๐‘—) โˆ’ (1 / (๐‘— + 1))) = (1 โˆ’ (1 / (๐‘˜ + 1))))
6651, 65eqtrd 2767 . . . . 5 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ ฮฃ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)(1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) = (1 โˆ’ (1 / (๐‘˜ + 1))))
67 id 22 . . . . . . . . . 10 (๐‘› = ๐‘— โ†’ ๐‘› = ๐‘—)
68 oveq1 7421 . . . . . . . . . 10 (๐‘› = ๐‘— โ†’ (๐‘› + 1) = (๐‘— + 1))
6967, 68oveq12d 7432 . . . . . . . . 9 (๐‘› = ๐‘— โ†’ (๐‘› ยท (๐‘› + 1)) = (๐‘— ยท (๐‘— + 1)))
7069oveq2d 7430 . . . . . . . 8 (๐‘› = ๐‘— โ†’ (1 / (๐‘› ยท (๐‘› + 1))) = (1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))))
71 trireciplem.1 . . . . . . . 8 ๐น = (๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› ยท (๐‘› + 1))))
72 ovex 7447 . . . . . . . 8 (1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) โˆˆ V
7370, 71, 72fvmpt 6999 . . . . . . 7 (๐‘— โˆˆ โ„• โ†’ (๐นโ€˜๐‘—) = (1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))))
7423, 73syl 17 . . . . . 6 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (๐นโ€˜๐‘—) = (1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))))
75 simpr 484 . . . . . . 7 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•)
7675, 1eleqtrdi 2838 . . . . . 6 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜1))
7729nnrecred 12279 . . . . . . 7 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) โˆˆ โ„)
7877recnd 11258 . . . . . 6 (((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โˆง ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)) โ†’ (1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) โˆˆ โ„‚)
7974, 76, 78fsumser 15694 . . . . 5 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ ฮฃ๐‘— โˆˆ (1...๐‘˜)(1 / (๐‘— ยท (๐‘— + 1))) = (seq1( + , ๐น)โ€˜๐‘˜))
8021, 66, 793eqtr2rd 2774 . . . 4 ((โŠค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•) โ†’ (seq1( + , ๐น)โ€˜๐‘˜) = (1 โˆ’ ((๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ (1 / (๐‘› + 1)))โ€˜๐‘˜)))
811, 2, 13, 3, 15, 20, 80climsubc2 15601 . . 3 (โŠค โ†’ seq1( + , ๐น) โ‡ (1 โˆ’ 0))
8281mptru 1541 . 2 seq1( + , ๐น) โ‡ (1 โˆ’ 0)
83 1m0e1 12349 . 2 (1 โˆ’ 0) = 1
8482, 83breqtri 5167 1 seq1( + , ๐น) โ‡ 1
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   โˆง wa 395   = wceq 1534  โŠคwtru 1535   โˆˆ wcel 2099  Vcvv 3469   class class class wbr 5142   โ†ฆ cmpt 5225  โ€˜cfv 6542  (class class class)co 7414  โ„‚cc 11122  0cc0 11124  1c1 11125   + caddc 11127   ยท cmul 11129   โˆ’ cmin 11460   / cdiv 11887  โ„•cn 12228  โ„คcz 12574  โ„คโ‰ฅcuz 12838  ...cfz 13502  seqcseq 13984   โ‡ cli 15446  ฮฃcsu 15650
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2164  ax-ext 2698  ax-rep 5279  ax-sep 5293  ax-nul 5300  ax-pow 5359  ax-pr 5423  ax-un 7732  ax-inf2 9650  ax-cnex 11180  ax-resscn 11181  ax-1cn 11182  ax-icn 11183  ax-addcl 11184  ax-addrcl 11185  ax-mulcl 11186  ax-mulrcl 11187  ax-mulcom 11188  ax-addass 11189  ax-mulass 11190  ax-distr 11191  ax-i2m1 11192  ax-1ne0 11193  ax-1rid 11194  ax-rnegex 11195  ax-rrecex 11196  ax-cnre 11197  ax-pre-lttri 11198  ax-pre-lttrn 11199  ax-pre-ltadd 11200  ax-pre-mulgt0 11201  ax-pre-sup 11202
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 847  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2529  df-eu 2558  df-clab 2705  df-cleq 2719  df-clel 2805  df-nfc 2880  df-ne 2936  df-nel 3042  df-ral 3057  df-rex 3066  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3428  df-v 3471  df-sbc 3775  df-csb 3890  df-dif 3947  df-un 3949  df-in 3951  df-ss 3961  df-pss 3963  df-nul 4319  df-if 4525  df-pw 4600  df-sn 4625  df-pr 4627  df-op 4631  df-uni 4904  df-int 4945  df-iun 4993  df-br 5143  df-opab 5205  df-mpt 5226  df-tr 5260  df-id 5570  df-eprel 5576  df-po 5584  df-so 5585  df-fr 5627  df-se 5628  df-we 5629  df-xp 5678  df-rel 5679  df-cnv 5680  df-co 5681  df-dm 5682  df-rn 5683  df-res 5684  df-ima 5685  df-pred 6299  df-ord 6366  df-on 6367  df-lim 6368  df-suc 6369  df-iota 6494  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-isom 6551  df-riota 7370  df-ov 7417  df-oprab 7418  df-mpo 7419  df-om 7863  df-1st 7985  df-2nd 7986  df-frecs 8278  df-wrecs 8309  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-1o 8478  df-er 8716  df-pm 8837  df-en 8954  df-dom 8955  df-sdom 8956  df-fin 8957  df-sup 9451  df-inf 9452  df-oi 9519  df-card 9948  df-pnf 11266  df-mnf 11267  df-xr 11268  df-ltxr 11269  df-le 11270  df-sub 11462  df-neg 11463  df-div 11888  df-nn 12229  df-2 12291  df-3 12292  df-n0 12489  df-z 12575  df-uz 12839  df-rp 12993  df-fz 13503  df-fzo 13646  df-fl 13775  df-seq 13985  df-exp 14045  df-hash 14308  df-shft 15032  df-cj 15064  df-re 15065  df-im 15066  df-sqrt 15200  df-abs 15201  df-clim 15450  df-rlim 15451  df-sum 15651
This theorem is referenced by:  trirecip  15827  stirlinglem12  45386
  Copyright terms: Public domain W3C validator