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

Theorem vmadivsum 25462
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 10280 . . . . . . 7 ℝ ∈ V
2 rpssre 12035 . . . . . . 7 + ⊆ ℝ
31, 2ssexi 4964 . . . . . 6 + ∈ V
43a1i 11 . . . . 5 (⊤ → ℝ+ ∈ V)
5 ovexd 6876 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ V)
6 ovexd 6876 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ V)
7 eqidd 2766 . . . . 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 2766 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))))
94, 5, 6, 7, 8offval2 7112 . . . 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 1660 . . 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 12980 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (1...(⌊‘𝑥)) ∈ Fin)
12 elfznn 12577 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑛 ∈ ℕ)
1312adantl 473 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑛 ∈ ℕ)
14 vmacl 25135 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
1513, 14syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
1615, 13nndivred 11326 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ)
1711, 16fsumrecl 14750 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ)
1817recnd 10322 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℂ)
19 relogcl 24613 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘𝑥) ∈ ℝ)
2019recnd 10322 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘𝑥) ∈ ℂ)
21 rprege0 12045 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥))
22 flge0nn0 12829 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥) → (⌊‘𝑥) ∈ ℕ0)
23 faccl 13274 . . . . . . . . . 10 ((⌊‘𝑥) ∈ ℕ0 → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℕ)
2421, 22, 233syl 18 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℕ)
2524nnrpd 12068 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℝ+)
2625relogcld 24660 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℝ)
27 rerpdivcl 12059 . . . . . . 7 (((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℝ)
2826, 27mpancom 679 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℝ)
2928recnd 10322 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℂ)
3018, 20, 29nnncan2d 10681 . . . 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 4899 . . 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 2787 . 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 10294 . . . . 5 (⊤ → 1 ∈ ℝ)
34 chpo1ub 25460 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ∈ 𝑂(1)
3534a1i 11 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ∈ 𝑂(1))
36 rpre 12036 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ)
37 chpcl 25141 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ)
3836, 37syl 17 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ)
39 rerpdivcl 12059 . . . . . . . 8 (((ψ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
4038, 39mpancom 679 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
4140recnd 10322 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℂ)
4241adantl 473 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℂ)
4318, 29subcld 10646 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ ℂ)
4443adantl 473 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ ℂ)
4536adantr 472 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑥 ∈ ℝ)
4616, 45remulcld 10324 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℝ)
47 nndivre 11313 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ)
4836, 12, 47syl2an 589 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ)
49 reflcl 12805 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℝ)
5048, 49syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℝ)
5115, 50remulcld 10324 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℝ)
5246, 51resubcld 10712 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ∈ ℝ)
5348, 50resubcld 10712 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℝ)
54 1red 10294 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 1 ∈ ℝ)
55 vmage0 25138 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → 0 ≤ (Λ‘𝑛))
5613, 55syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ (Λ‘𝑛))
57 fracle1 12812 . . . . . . . . . . . . 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 11218 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ ((Λ‘𝑛) · 1))
6015recnd 10322 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℂ)
6148recnd 10322 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℂ)
6250recnd 10322 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℂ)
6360, 61, 62subdid 10740 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = (((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
64 rpcn 12040 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℂ)
6564adantr 472 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑥 ∈ ℂ)
6613nnrpd 12068 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑛 ∈ ℝ+)
67 rpcnne0 12048 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℝ+ → (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0))
6866, 67syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0))
69 div23 10958 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) · 𝑥) / 𝑛) = (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥))
70 divass 10957 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) · 𝑥) / 𝑛) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7169, 70eqtr3d 2801 . . . . . . . . . . . . . 14 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7260, 65, 68, 71syl3anc 1490 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7372oveq1d 6857 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = (((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
7463, 73eqtr4d 2802 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
7560mulid1d 10311 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · 1) = (Λ‘𝑛))
7659, 74, 753brtr3d 4840 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ (Λ‘𝑛))
7711, 52, 15, 76fsumle 14815 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Λ‘𝑛))
7816recnd 10322 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℂ)
7911, 64, 78fsummulc1 14801 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥))
80 logfac2 25233 . . . . . . . . . . . 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 6860 . . . . . . . . . 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 10322 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℂ)
8451recnd 10322 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℂ)
8511, 83, 84fsumsub 14804 . . . . . . . . . 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 2802 . . . . . . . . 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 25139 . . . . . . . . . 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 4841 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ≤ (ψ‘𝑥))
9017, 36remulcld 10324 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℝ)
9190, 26resubcld 10712 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ)
92 rpregt0 12044 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥))
93 lediv1 11142 . . . . . . . . 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 1490 . . . . . . . 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 223 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
9690recnd 10322 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℂ)
9726recnd 10322 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℂ)
98 rpcnne0 12048 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ≠ 0))
99 divsubdir 10975 . . . . . . . . . . 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 1490 . . . . . . . . . 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 12046 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ≠ 0)
10218, 64, 101divcan4d 11061 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛))
103102oveq1d 6857 . . . . . . . . . 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 2800 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
105104fveq2d 6379 . . . . . . . 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 12059 . . . . . . . . . 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 679 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ∈ ℝ)
108 flle 12808 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛))
10948, 108syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛))
11048, 50subge0d 10871 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (0 ≤ ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ↔ (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛)))
111109, 110mpbird 248 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))))
11215, 53, 56, 111mulge0d 10858 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
113112, 74breqtrd 4835 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
11411, 52, 113fsumge0 14811 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
115114, 86breqtrrd 4837 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))))
116 divge0 11146 . . . . . . . . . 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 866 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
118107, 117absidd 14446 . . . . . . . 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 2799 . . . . . . 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 25143 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ → 0 ≤ (ψ‘𝑥))
12136, 120syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ (ψ‘𝑥))
122 divge0 11146 . . . . . . . . 9 ((((ψ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (ψ‘𝑥)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥)) → 0 ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12338, 121, 92, 122syl21anc 866 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12440, 123absidd 14446 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)) = ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12595, 119, 1243brtr4d 4841 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ≤ (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
126125ad2antrl 719 . . . . 5 ((⊤ ∧ (𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 1 ≤ 𝑥)) → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ≤ (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
12733, 35, 42, 44, 126o1le 14668 . . . 4 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1))
128127mptru 1660 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1)
129 logfacrlim 25240 . . . 4 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ⇝𝑟 1
130 rlimo1 14632 . . . 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 14631 . . 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 683 . 2 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘𝑓 − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) ∈ 𝑂(1)
13432, 133eqeltrri 2841 1 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥))) ∈ 𝑂(1)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wb 197  wa 384  w3a 1107   = wceq 1652  wtru 1653  wcel 2155  wne 2937  Vcvv 3350   class class class wbr 4809  cmpt 4888  cfv 6068  (class class class)co 6842  𝑓 cof 7093  cc 10187  cr 10188  0cc0 10189  1c1 10190   · cmul 10194   < clt 10328  cle 10329  cmin 10520   / cdiv 10938  cn 11274  0cn0 11538  +crp 12028  ...cfz 12533  cfl 12799  !cfa 13264  abscabs 14259  𝑟 crli 14501  𝑂(1)co1 14502  Σcsu 14701  logclog 24592  Λcvma 25109  ψcchp 25110
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1890  ax-4 1904  ax-5 2005  ax-6 2070  ax-7 2105  ax-8 2157  ax-9 2164  ax-10 2183  ax-11 2198  ax-12 2211  ax-13 2352  ax-ext 2743  ax-rep 4930  ax-sep 4941  ax-nul 4949  ax-pow 5001  ax-pr 5062  ax-un 7147  ax-inf2 8753  ax-cnex 10245  ax-resscn 10246  ax-1cn 10247  ax-icn 10248  ax-addcl 10249  ax-addrcl 10250  ax-mulcl 10251  ax-mulrcl 10252  ax-mulcom 10253  ax-addass 10254  ax-mulass 10255  ax-distr 10256  ax-i2m1 10257  ax-1ne0 10258  ax-1rid 10259  ax-rnegex 10260  ax-rrecex 10261  ax-cnre 10262  ax-pre-lttri 10263  ax-pre-lttrn 10264  ax-pre-ltadd 10265  ax-pre-mulgt0 10266  ax-pre-sup 10267  ax-addf 10268  ax-mulf 10269
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 874  df-3or 1108  df-3an 1109  df-tru 1656  df-fal 1666  df-ex 1875  df-nf 1879  df-sb 2063  df-mo 2565  df-eu 2582  df-clab 2752  df-cleq 2758  df-clel 2761  df-nfc 2896  df-ne 2938  df-nel 3041  df-ral 3060  df-rex 3061  df-reu 3062  df-rmo 3063  df-rab 3064  df-v 3352  df-sbc 3597  df-csb 3692  df-dif 3735  df-un 3737  df-in 3739  df-ss 3746  df-pss 3748  df-nul 4080  df-if 4244  df-pw 4317  df-sn 4335  df-pr 4337  df-tp 4339  df-op 4341  df-uni 4595  df-int 4634  df-iun 4678  df-iin 4679  df-br 4810  df-opab 4872  df-mpt 4889  df-tr 4912  df-id 5185  df-eprel 5190  df-po 5198  df-so 5199  df-fr 5236  df-se 5237  df-we 5238  df-xp 5283  df-rel 5284  df-cnv 5285  df-co 5286  df-dm 5287  df-rn 5288  df-res 5289  df-ima 5290  df-pred 5865  df-ord 5911  df-on 5912  df-lim 5913  df-suc 5914  df-iota 6031  df-fun 6070  df-fn 6071  df-f 6072  df-f1 6073  df-fo 6074  df-f1o 6075  df-fv 6076  df-isom 6077  df-riota 6803  df-ov 6845  df-oprab 6846  df-mpt2 6847  df-of 7095  df-om 7264  df-1st 7366  df-2nd 7367  df-supp 7498  df-wrecs 7610  df-recs 7672  df-rdg 7710  df-1o 7764  df-2o 7765  df-oadd 7768  df-er 7947  df-map 8062  df-pm 8063  df-ixp 8114  df-en 8161  df-dom 8162  df-sdom 8163  df-fin 8164  df-fsupp 8483  df-fi 8524  df-sup 8555  df-inf 8556  df-oi 8622  df-card 9016  df-cda 9243  df-pnf 10330  df-mnf 10331  df-xr 10332  df-ltxr 10333  df-le 10334  df-sub 10522  df-neg 10523  df-div 10939  df-nn 11275  df-2 11335  df-3 11336  df-4 11337  df-5 11338  df-6 11339  df-7 11340  df-8 11341  df-9 11342  df-n0 11539  df-xnn0 11611  df-z 11625  df-dec 11741  df-uz 11887  df-q 11990  df-rp 12029  df-xneg 12146  df-xadd 12147  df-xmul 12148  df-ioo 12381  df-ioc 12382  df-ico 12383  df-icc 12384  df-fz 12534  df-fzo 12674  df-fl 12801  df-mod 12877  df-seq 13009  df-exp 13068  df-fac 13265  df-bc 13294  df-hash 13322  df-shft 14092  df-cj 14124  df-re 14125  df-im 14126  df-sqrt 14260  df-abs 14261  df-limsup 14487  df-clim 14504  df-rlim 14505  df-o1 14506  df-lo1 14507  df-sum 14702  df-ef 15080  df-e 15081  df-sin 15082  df-cos 15083  df-pi 15085  df-dvds 15266  df-gcd 15498  df-prm 15666  df-pc 15821  df-struct 16132  df-ndx 16133  df-slot 16134  df-base 16136  df-sets 16137  df-ress 16138  df-plusg 16227  df-mulr 16228  df-starv 16229  df-sca 16230  df-vsca 16231  df-ip 16232  df-tset 16233  df-ple 16234  df-ds 16236  df-unif 16237  df-hom 16238  df-cco 16239  df-rest 16349  df-topn 16350  df-0g 16368  df-gsum 16369  df-topgen 16370  df-pt 16371  df-prds 16374  df-xrs 16428  df-qtop 16433  df-imas 16434  df-xps 16436  df-mre 16512  df-mrc 16513  df-acs 16515  df-mgm 17508  df-sgrp 17550  df-mnd 17561  df-submnd 17602  df-mulg 17808  df-cntz 18013  df-cmn 18461  df-psmet 20011  df-xmet 20012  df-met 20013  df-bl 20014  df-mopn 20015  df-fbas 20016  df-fg 20017  df-cnfld 20020  df-top 20978  df-topon 20995  df-topsp 21017  df-bases 21030  df-cld 21103  df-ntr 21104  df-cls 21105  df-nei 21182  df-lp 21220  df-perf 21221  df-cn 21311  df-cnp 21312  df-haus 21399  df-cmp 21470  df-tx 21645  df-hmeo 21838  df-fil 21929  df-fm 22021  df-flim 22022  df-flf 22023  df-xms 22404  df-ms 22405  df-tms 22406  df-cncf 22960  df-limc 23921  df-dv 23922  df-log 24594  df-cxp 24595  df-cht 25114  df-vma 25115  df-chp 25116  df-ppi 25117
This theorem is referenced by:  vmadivsumb  25463  rpvmasumlem  25467  vmalogdivsum2  25518  vmalogdivsum  25519  2vmadivsumlem  25520  selberg3lem1  25537  selberg4lem1  25540  pntrsumo1  25545  selbergr  25548
  Copyright terms: Public domain W3C validator