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

Theorem vmadivsum 26628
Description: The sum of the von Mangoldt function over 𝑛 is asymptotic to log𝑥 + 𝑂(1). Equation 9.2.13 of [Shapiro], p. 331. (Contributed by Mario Carneiro, 16-Apr-2016.)
Assertion
Ref Expression
vmadivsum (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥))) ∈ 𝑂(1)
Distinct variable group:   𝑥,𝑛

Proof of Theorem vmadivsum
StepHypRef Expression
1 reex 10963 . . . . . . 7 ℝ ∈ V
2 rpssre 12736 . . . . . . 7 + ⊆ ℝ
31, 2ssexi 5250 . . . . . 6 + ∈ V
43a1i 11 . . . . 5 (⊤ → ℝ+ ∈ V)
5 ovexd 7306 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ V)
6 ovexd 7306 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ V)
7 eqidd 2741 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))))
8 eqidd 2741 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))))
94, 5, 6, 7, 8offval2 7547 . . . 4 (⊤ → ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘f − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) − ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))))
109mptru 1549 . . 3 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘f − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) − ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))))
11 fzfid 13691 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (1...(⌊‘𝑥)) ∈ Fin)
12 elfznn 13284 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑛 ∈ ℕ)
1312adantl 482 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑛 ∈ ℕ)
14 vmacl 26265 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
1513, 14syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
1615, 13nndivred 12027 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ)
1711, 16fsumrecl 15444 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ)
1817recnd 11004 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℂ)
19 relogcl 25729 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘𝑥) ∈ ℝ)
2019recnd 11004 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘𝑥) ∈ ℂ)
21 rprege0 12744 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥))
22 flge0nn0 13538 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥) → (⌊‘𝑥) ∈ ℕ0)
23 faccl 13995 . . . . . . . . . 10 ((⌊‘𝑥) ∈ ℕ0 → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℕ)
2421, 22, 233syl 18 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℕ)
2524nnrpd 12769 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℝ+)
2625relogcld 25776 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℝ)
27 rerpdivcl 12759 . . . . . . 7 (((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℝ)
2826, 27mpancom 685 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℝ)
2928recnd 11004 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℂ)
3018, 20, 29nnncan2d 11367 . . . 4 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) − ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥)))
3130mpteq2ia 5182 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) − ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥)))
3210, 31eqtri 2768 . 2 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘f − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥)))
33 1red 10977 . . . . 5 (⊤ → 1 ∈ ℝ)
34 chpo1ub 26626 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ∈ 𝑂(1)
3534a1i 11 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ∈ 𝑂(1))
36 rpre 12737 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ)
37 chpcl 26271 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ)
3836, 37syl 17 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ)
39 rerpdivcl 12759 . . . . . . . 8 (((ψ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
4038, 39mpancom 685 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
4140recnd 11004 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℂ)
4241adantl 482 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℂ)
4318, 29subcld 11332 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ ℂ)
4443adantl 482 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ ℂ)
4536adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑥 ∈ ℝ)
4616, 45remulcld 11006 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℝ)
47 nndivre 12014 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ)
4836, 12, 47syl2an 596 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ)
49 reflcl 13514 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℝ)
5048, 49syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℝ)
5115, 50remulcld 11006 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℝ)
5246, 51resubcld 11403 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ∈ ℝ)
5348, 50resubcld 11403 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℝ)
54 1red 10977 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 1 ∈ ℝ)
55 vmage0 26268 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → 0 ≤ (Λ‘𝑛))
5613, 55syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ (Λ‘𝑛))
57 fracle1 13521 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ≤ 1)
5848, 57syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ≤ 1)
5953, 54, 15, 56, 58lemul2ad 11915 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ ((Λ‘𝑛) · 1))
6015recnd 11004 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℂ)
6148recnd 11004 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℂ)
6250recnd 11004 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℂ)
6360, 61, 62subdid 11431 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = (((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
64 rpcn 12739 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℂ)
6564adantr 481 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑥 ∈ ℂ)
6613nnrpd 12769 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑛 ∈ ℝ+)
67 rpcnne0 12747 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℝ+ → (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0))
6866, 67syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0))
69 div23 11652 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) · 𝑥) / 𝑛) = (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥))
70 divass 11651 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) · 𝑥) / 𝑛) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7169, 70eqtr3d 2782 . . . . . . . . . . . . . 14 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7260, 65, 68, 71syl3anc 1370 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7372oveq1d 7286 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = (((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
7463, 73eqtr4d 2783 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
7560mulid1d 10993 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · 1) = (Λ‘𝑛))
7659, 74, 753brtr3d 5110 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ (Λ‘𝑛))
7711, 52, 15, 76fsumle 15509 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Λ‘𝑛))
7816recnd 11004 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℂ)
7911, 64, 78fsummulc1 15495 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥))
80 logfac2 26363 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥) → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))))
8121, 80syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))))
8279, 81oveq12d 7289 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
8346recnd 11004 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℂ)
8451recnd 11004 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℂ)
8511, 83, 84fsumsub 15498 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
8682, 85eqtr4d 2783 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
87 chpval 26269 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ → (ψ‘𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Λ‘𝑛))
8836, 87syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (ψ‘𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Λ‘𝑛))
8977, 86, 883brtr4d 5111 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ≤ (ψ‘𝑥))
9017, 36remulcld 11006 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℝ)
9190, 26resubcld 11403 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ)
92 rpregt0 12743 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥))
93 lediv1 11840 . . . . . . . . 9 ((((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ ∧ (ψ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥)) → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ≤ (ψ‘𝑥) ↔ (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
9491, 38, 92, 93syl3anc 1370 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ≤ (ψ‘𝑥) ↔ (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
9589, 94mpbid 231 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
9690recnd 11004 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℂ)
9726recnd 11004 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℂ)
98 rpcnne0 12747 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ≠ 0))
99 divsubdir 11669 . . . . . . . . . . 11 (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℂ ∧ (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℂ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ≠ 0)) → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))
10096, 97, 98, 99syl3anc 1370 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))
101 rpne0 12745 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ≠ 0)
10218, 64, 101divcan4d 11757 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛))
103102oveq1d 7286 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))
104100, 103eqtr2d 2781 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
105104fveq2d 6775 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (abs‘(((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥)))
106 rerpdivcl 12759 . . . . . . . . . 10 ((((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ∈ ℝ)
10791, 106mpancom 685 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ∈ ℝ)
108 flle 13517 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛))
10948, 108syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛))
11048, 50subge0d 11565 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (0 ≤ ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ↔ (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛)))
111109, 110mpbird 256 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))))
11215, 53, 56, 111mulge0d 11552 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
113112, 74breqtrd 5105 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
11411, 52, 113fsumge0 15505 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
115114, 86breqtrrd 5107 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))))
116 divge0 11844 . . . . . . . . . 10 (((((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥))))) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥)) → 0 ≤ (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
11791, 115, 92, 116syl21anc 835 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
118107, 117absidd 15132 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥)) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
119105, 118eqtrd 2780 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
120 chpge0 26273 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ → 0 ≤ (ψ‘𝑥))
12136, 120syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ (ψ‘𝑥))
122 divge0 11844 . . . . . . . . 9 ((((ψ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (ψ‘𝑥)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥)) → 0 ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12338, 121, 92, 122syl21anc 835 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12440, 123absidd 15132 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)) = ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12595, 119, 1243brtr4d 5111 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ≤ (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
126125ad2antrl 725 . . . . 5 ((⊤ ∧ (𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 1 ≤ 𝑥)) → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ≤ (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
12733, 35, 42, 44, 126o1le 15362 . . . 4 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1))
128127mptru 1549 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1)
129 logfacrlim 26370 . . . 4 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ⇝𝑟 1
130 rlimo1 15324 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ⇝𝑟 1 → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1))
131129, 130ax-mp 5 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1)
132 o1sub 15323 . . 3 (((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1) ∧ (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1)) → ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘f − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) ∈ 𝑂(1))
133128, 131, 132mp2an 689 . 2 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘f − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) ∈ 𝑂(1)
13432, 133eqeltrri 2838 1 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥))) ∈ 𝑂(1)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wb 205  wa 396  w3a 1086   = wceq 1542  wtru 1543  wcel 2110  wne 2945  Vcvv 3431   class class class wbr 5079  cmpt 5162  cfv 6432  (class class class)co 7271  f cof 7525  cc 10870  cr 10871  0cc0 10872  1c1 10873   · cmul 10877   < clt 11010  cle 11011  cmin 11205   / cdiv 11632  cn 11973  0cn0 12233  +crp 12729  ...cfz 13238  cfl 13508  !cfa 13985  abscabs 14943  𝑟 crli 15192  𝑂(1)co1 15193  Σcsu 15395  logclog 25708  Λcvma 26239  ψcchp 26240
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1802  ax-4 1816  ax-5 1917  ax-6 1975  ax-7 2015  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2711  ax-rep 5214  ax-sep 5227  ax-nul 5234  ax-pow 5292  ax-pr 5356  ax-un 7582  ax-inf2 9377  ax-cnex 10928  ax-resscn 10929  ax-1cn 10930  ax-icn 10931  ax-addcl 10932  ax-addrcl 10933  ax-mulcl 10934  ax-mulrcl 10935  ax-mulcom 10936  ax-addass 10937  ax-mulass 10938  ax-distr 10939  ax-i2m1 10940  ax-1ne0 10941  ax-1rid 10942  ax-rnegex 10943  ax-rrecex 10944  ax-cnre 10945  ax-pre-lttri 10946  ax-pre-lttrn 10947  ax-pre-ltadd 10948  ax-pre-mulgt0 10949  ax-pre-sup 10950  ax-addf 10951  ax-mulf 10952
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1787  df-nf 1791  df-sb 2072  df-mo 2542  df-eu 2571  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2818  df-nfc 2891  df-ne 2946  df-nel 3052  df-ral 3071  df-rex 3072  df-reu 3073  df-rmo 3074  df-rab 3075  df-v 3433  df-sbc 3721  df-csb 3838  df-dif 3895  df-un 3897  df-in 3899  df-ss 3909  df-pss 3911  df-nul 4263  df-if 4466  df-pw 4541  df-sn 4568  df-pr 4570  df-tp 4572  df-op 4574  df-uni 4846  df-int 4886  df-iun 4932  df-iin 4933  df-br 5080  df-opab 5142  df-mpt 5163  df-tr 5197  df-id 5490  df-eprel 5496  df-po 5504  df-so 5505  df-fr 5545  df-se 5546  df-we 5547  df-xp 5596  df-rel 5597  df-cnv 5598  df-co 5599  df-dm 5600  df-rn 5601  df-res 5602  df-ima 5603  df-pred 6201  df-ord 6268  df-on 6269  df-lim 6270  df-suc 6271  df-iota 6390  df-fun 6434  df-fn 6435  df-f 6436  df-f1 6437  df-fo 6438  df-f1o 6439  df-fv 6440  df-isom 6441  df-riota 7228  df-ov 7274  df-oprab 7275  df-mpo 7276  df-of 7527  df-om 7707  df-1st 7824  df-2nd 7825  df-supp 7969  df-frecs 8088  df-wrecs 8119  df-recs 8193  df-rdg 8232  df-1o 8288  df-2o 8289  df-oadd 8292  df-er 8481  df-map 8600  df-pm 8601  df-ixp 8669  df-en 8717  df-dom 8718  df-sdom 8719  df-fin 8720  df-fsupp 9107  df-fi 9148  df-sup 9179  df-inf 9180  df-oi 9247  df-dju 9660  df-card 9698  df-pnf 11012  df-mnf 11013  df-xr 11014  df-ltxr 11015  df-le 11016  df-sub 11207  df-neg 11208  df-div 11633  df-nn 11974  df-2 12036  df-3 12037  df-4 12038  df-5 12039  df-6 12040  df-7 12041  df-8 12042  df-9 12043  df-n0 12234  df-xnn0 12306  df-z 12320  df-dec 12437  df-uz 12582  df-q 12688  df-rp 12730  df-xneg 12847  df-xadd 12848  df-xmul 12849  df-ioo 13082  df-ioc 13083  df-ico 13084  df-icc 13085  df-fz 13239  df-fzo 13382  df-fl 13510  df-mod 13588  df-seq 13720  df-exp 13781  df-fac 13986  df-bc 14015  df-hash 14043  df-shft 14776  df-cj 14808  df-re 14809  df-im 14810  df-sqrt 14944  df-abs 14945  df-limsup 15178  df-clim 15195  df-rlim 15196  df-o1 15197  df-lo1 15198  df-sum 15396  df-ef 15775  df-e 15776  df-sin 15777  df-cos 15778  df-pi 15780  df-dvds 15962  df-gcd 16200  df-prm 16375  df-pc 16536  df-struct 16846  df-sets 16863  df-slot 16881  df-ndx 16893  df-base 16911  df-ress 16940  df-plusg 16973  df-mulr 16974  df-starv 16975  df-sca 16976  df-vsca 16977  df-ip 16978  df-tset 16979  df-ple 16980  df-ds 16982  df-unif 16983  df-hom 16984  df-cco 16985  df-rest 17131  df-topn 17132  df-0g 17150  df-gsum 17151  df-topgen 17152  df-pt 17153  df-prds 17156  df-xrs 17211  df-qtop 17216  df-imas 17217  df-xps 17219  df-mre 17293  df-mrc 17294  df-acs 17296  df-mgm 18324  df-sgrp 18373  df-mnd 18384  df-submnd 18429  df-mulg 18699  df-cntz 18921  df-cmn 19386  df-psmet 20587  df-xmet 20588  df-met 20589  df-bl 20590  df-mopn 20591  df-fbas 20592  df-fg 20593  df-cnfld 20596  df-top 22041  df-topon 22058  df-topsp 22080  df-bases 22094  df-cld 22168  df-ntr 22169  df-cls 22170  df-nei 22247  df-lp 22285  df-perf 22286  df-cn 22376  df-cnp 22377  df-haus 22464  df-cmp 22536  df-tx 22711  df-hmeo 22904  df-fil 22995  df-fm 23087  df-flim 23088  df-flf 23089  df-xms 23471  df-ms 23472  df-tms 23473  df-cncf 24039  df-limc 25028  df-dv 25029  df-log 25710  df-cxp 25711  df-cht 26244  df-vma 26245  df-chp 26246  df-ppi 26247
This theorem is referenced by:  vmadivsumb  26629  rpvmasumlem  26633  vmalogdivsum2  26684  vmalogdivsum  26685  2vmadivsumlem  26686  selberg3lem1  26703  selberg4lem1  26706  pntrsumo1  26711  selbergr  26714
  Copyright terms: Public domain W3C validator