MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dchrisum Structured version   Unicode version

Theorem dchrisum 23542
Description: If  n  e.  [ M , +oo )  |->  A ( n ) is a positive decreasing function approaching zero, then the infinite sum  sum_ n ,  X
( n ) A ( n ) is convergent, with the partial sum  sum_ n  <_  x ,  X ( n ) A ( n ) within  O ( A ( M ) ) of the limit  T. Lemma 9.4.1 of [Shapiro], p. 377. (Contributed by Mario Carneiro, 2-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
rpvmasum.z  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
rpvmasum.l  |-  L  =  ( ZRHom `  Z
)
rpvmasum.a  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
rpvmasum.g  |-  G  =  (DChr `  N )
rpvmasum.d  |-  D  =  ( Base `  G
)
rpvmasum.1  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
dchrisum.b  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
dchrisum.n1  |-  ( ph  ->  X  =/=  .1.  )
dchrisum.2  |-  ( n  =  x  ->  A  =  B )
dchrisum.3  |-  ( ph  ->  M  e.  NN )
dchrisum.4  |-  ( (
ph  /\  n  e.  RR+ )  ->  A  e.  RR )
dchrisum.5  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  ( M  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  B  <_  A )
dchrisum.6  |-  ( ph  ->  ( n  e.  RR+  |->  A )  ~~> r  0 )
dchrisum.7  |-  F  =  ( n  e.  NN  |->  ( ( X `  ( L `  n ) )  x.  A ) )
Assertion
Ref Expression
dchrisum  |-  ( ph  ->  E. t E. c  e.  ( 0 [,) +oo ) (  seq 1
(  +  ,  F
)  ~~>  t  /\  A. x  e.  ( M [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1
(  +  ,  F
) `  ( |_ `  x ) )  -  t ) )  <_ 
( c  x.  B
) ) )
Distinct variable groups:    x, n, c, t,  .1.    F, c, n, t, x    A, c, t, x    N, c, n, t, x    ph, c, n, t, x    B, c, n    n, Z, x    D, c, n, t, x    L, c, n, t, x    M, c, n, x    X, c, n, t, x
Allowed substitution hints:    A( n)    B( x, t)    G( x, t, n, c)    M( t)    Z( t, c)

Proof of Theorem dchrisum
Dummy variables  m  u  i  r are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fzofi 12058 . . 3  |-  ( 0..^ N )  e.  Fin
2 fzofi 12058 . . . . . . 7  |-  ( 0..^ u )  e.  Fin
32a1i 11 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  ( 0..^ u )  e.  Fin )
4 rpvmasum.g . . . . . . 7  |-  G  =  (DChr `  N )
5 rpvmasum.z . . . . . . 7  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
6 rpvmasum.d . . . . . . 7  |-  D  =  ( Base `  G
)
7 rpvmasum.l . . . . . . 7  |-  L  =  ( ZRHom `  Z
)
8 dchrisum.b . . . . . . . 8  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
98adantr 465 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  m  e.  ( 0..^ u ) )  ->  X  e.  D
)
10 elfzoelz 11803 . . . . . . . 8  |-  ( m  e.  ( 0..^ u )  ->  m  e.  ZZ )
1110adantl 466 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  m  e.  ( 0..^ u ) )  ->  m  e.  ZZ )
124, 5, 6, 7, 9, 11dchrzrhcl 23385 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  m  e.  ( 0..^ u ) )  ->  ( X `  ( L `  m ) )  e.  CC )
133, 12fsumcl 13529 . . . . 5  |-  ( ph  -> 
sum_ m  e.  (
0..^ u ) ( X `  ( L `
 m ) )  e.  CC )
1413abscld 13241 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  e.  RR )
1514ralrimivw 2856 . . 3  |-  ( ph  ->  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m )
) )  e.  RR )
16 fimaxre3 10493 . . 3  |-  ( ( ( 0..^ N )  e.  Fin  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `
 m ) ) )  e.  RR )  ->  E. r  e.  RR  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `
 m ) ) )  <_  r )
171, 15, 16sylancr 663 . 2  |-  ( ph  ->  E. r  e.  RR  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `
 m ) ) )  <_  r )
18 rpvmasum.a . . . 4  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
1918adantr 465 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r
) )  ->  N  e.  NN )
20 rpvmasum.1 . . 3  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
218adantr 465 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r
) )  ->  X  e.  D )
22 dchrisum.n1 . . . 4  |-  ( ph  ->  X  =/=  .1.  )
2322adantr 465 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r
) )  ->  X  =/=  .1.  )
24 dchrisum.2 . . 3  |-  ( n  =  x  ->  A  =  B )
25 dchrisum.3 . . . 4  |-  ( ph  ->  M  e.  NN )
2625adantr 465 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r
) )  ->  M  e.  NN )
27 dchrisum.4 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  n  e.  RR+ )  ->  A  e.  RR )
2827adantlr 714 . . 3  |-  ( ( ( ph  /\  (
r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `
 m ) ) )  <_  r )
)  /\  n  e.  RR+ )  ->  A  e.  RR )
29 dchrisum.5 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  ( M  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  B  <_  A )
30293adant1r 1220 . . 3  |-  ( ( ( ph  /\  (
r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `
 m ) ) )  <_  r )
)  /\  ( n  e.  RR+  /\  x  e.  RR+ )  /\  ( M  <_  n  /\  n  <_  x ) )  ->  B  <_  A )
31 dchrisum.6 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( n  e.  RR+  |->  A )  ~~> r  0 )
3231adantr 465 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r
) )  ->  (
n  e.  RR+  |->  A )  ~~> r  0 )
33 dchrisum.7 . . 3  |-  F  =  ( n  e.  NN  |->  ( ( X `  ( L `  n ) )  x.  A ) )
34 simprl 755 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r
) )  ->  r  e.  RR )
35 simprr 756 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r
) )  ->  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r
)
36 fveq2 5852 . . . . . . . . . 10  |-  ( m  =  n  ->  ( L `  m )  =  ( L `  n ) )
3736fveq2d 5856 . . . . . . . . 9  |-  ( m  =  n  ->  ( X `  ( L `  m ) )  =  ( X `  ( L `  n )
) )
3837cbvsumv 13492 . . . . . . . 8  |-  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m )
)  =  sum_ n  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  n )
)
39 oveq2 6285 . . . . . . . . 9  |-  ( u  =  i  ->  (
0..^ u )  =  ( 0..^ i ) )
4039sumeq1d 13497 . . . . . . . 8  |-  ( u  =  i  ->  sum_ n  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  n )
)  =  sum_ n  e.  ( 0..^ i ) ( X `  ( L `  n )
) )
4138, 40syl5eq 2494 . . . . . . 7  |-  ( u  =  i  ->  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m )
)  =  sum_ n  e.  ( 0..^ i ) ( X `  ( L `  n )
) )
4241fveq2d 5856 . . . . . 6  |-  ( u  =  i  ->  ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `
 m ) ) )  =  ( abs `  sum_ n  e.  ( 0..^ i ) ( X `  ( L `
 n ) ) ) )
4342breq1d 4443 . . . . 5  |-  ( u  =  i  ->  (
( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r  <->  ( abs `  sum_ n  e.  ( 0..^ i ) ( X `  ( L `  n )
) )  <_  r
) )
4443cbvralv 3068 . . . 4  |-  ( A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `
 m ) ) )  <_  r  <->  A. i  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ n  e.  ( 0..^ i ) ( X `  ( L `  n ) ) )  <_  r
)
4535, 44sylib 196 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r
) )  ->  A. i  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ n  e.  ( 0..^ i ) ( X `  ( L `  n ) ) )  <_  r
)
465, 7, 19, 4, 6, 20, 21, 23, 24, 26, 28, 30, 32, 33, 34, 45dchrisumlem3 23541 . 2  |-  ( (
ph  /\  ( r  e.  RR  /\  A. u  e.  ( 0..^ N ) ( abs `  sum_ m  e.  ( 0..^ u ) ( X `  ( L `  m ) ) )  <_  r
) )  ->  E. t E. c  e.  (
0 [,) +oo )
(  seq 1 (  +  ,  F )  ~~>  t  /\  A. x  e.  ( M [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1 (  +  ,  F ) `  ( |_ `  x ) )  -  t ) )  <_  ( c  x.  B ) ) )
4717, 46rexlimddv 2937 1  |-  ( ph  ->  E. t E. c  e.  ( 0 [,) +oo ) (  seq 1
(  +  ,  F
)  ~~>  t  /\  A. x  e.  ( M [,) +oo ) ( abs `  ( (  seq 1
(  +  ,  F
) `  ( |_ `  x ) )  -  t ) )  <_ 
( c  x.  B
) ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 369    /\ w3a 972    = wceq 1381   E.wex 1597    e. wcel 1802    =/= wne 2636   A.wral 2791   E.wrex 2792   class class class wbr 4433    |-> cmpt 4491   ` cfv 5574  (class class class)co 6277   Fincfn 7514   RRcr 9489   0cc0 9490   1c1 9491    + caddc 9493    x. cmul 9495   +oocpnf 9623    <_ cle 9627    - cmin 9805   NNcn 10537   ZZcz 10865   RR+crp 11224   [,)cico 11535  ..^cfzo 11798   |_cfl 11901    seqcseq 12081   abscabs 13041    ~~> cli 13281    ~~> r crli 13282   sum_csu 13482   Basecbs 14504   0gc0g 14709   ZRHomczrh 18404  ℤ/nczn 18407  DChrcdchr 23372
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1603  ax-4 1616  ax-5 1689  ax-6 1732  ax-7 1774  ax-8 1804  ax-9 1806  ax-10 1821  ax-11 1826  ax-12 1838  ax-13 1983  ax-ext 2419  ax-rep 4544  ax-sep 4554  ax-nul 4562  ax-pow 4611  ax-pr 4672  ax-un 6573  ax-inf2 8056  ax-cnex 9546  ax-resscn 9547  ax-1cn 9548  ax-icn 9549  ax-addcl 9550  ax-addrcl 9551  ax-mulcl 9552  ax-mulrcl 9553  ax-mulcom 9554  ax-addass 9555  ax-mulass 9556  ax-distr 9557  ax-i2m1 9558  ax-1ne0 9559  ax-1rid 9560  ax-rnegex 9561  ax-rrecex 9562  ax-cnre 9563  ax-pre-lttri 9564  ax-pre-lttrn 9565  ax-pre-ltadd 9566  ax-pre-mulgt0 9567  ax-pre-sup 9568  ax-addf 9569  ax-mulf 9570
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 973  df-3an 974  df-tru 1384  df-fal 1387  df-ex 1598  df-nf 1602  df-sb 1725  df-eu 2270  df-mo 2271  df-clab 2427  df-cleq 2433  df-clel 2436  df-nfc 2591  df-ne 2638  df-nel 2639  df-ral 2796  df-rex 2797  df-reu 2798  df-rmo 2799  df-rab 2800  df-v 3095  df-sbc 3312  df-csb 3418  df-dif 3461  df-un 3463  df-in 3465  df-ss 3472  df-pss 3474  df-nul 3768  df-if 3923  df-pw 3995  df-sn 4011  df-pr 4013  df-tp 4015  df-op 4017  df-uni 4231  df-int 4268  df-iun 4313  df-br 4434  df-opab 4492  df-mpt 4493  df-tr 4527  df-eprel 4777  df-id 4781  df-po 4786  df-so 4787  df-fr 4824  df-se 4825  df-we 4826  df-ord 4867  df-on 4868  df-lim 4869  df-suc 4870  df-xp 4991  df-rel 4992  df-cnv 4993  df-co 4994  df-dm 4995  df-rn 4996  df-res 4997  df-ima 4998  df-iota 5537  df-fun 5576  df-fn 5577  df-f 5578  df-f1 5579  df-fo 5580  df-f1o 5581  df-fv 5582  df-isom 5583  df-riota 6238  df-ov 6280  df-oprab 6281  df-mpt2 6282  df-of 6521  df-om 6682  df-1st 6781  df-2nd 6782  df-tpos 6953  df-recs 7040  df-rdg 7074  df-1o 7128  df-oadd 7132  df-er 7309  df-ec 7311  df-qs 7315  df-map 7420  df-pm 7421  df-en 7515  df-dom 7516  df-sdom 7517  df-fin 7518  df-sup 7899  df-oi 7933  df-card 8318  df-pnf 9628  df-mnf 9629  df-xr 9630  df-ltxr 9631  df-le 9632  df-sub 9807  df-neg 9808  df-div 10208  df-nn 10538  df-2 10595  df-3 10596  df-4 10597  df-5 10598  df-6 10599  df-7 10600  df-8 10601  df-9 10602  df-10 10603  df-n0 10797  df-z 10866  df-dec 10980  df-uz 11086  df-rp 11225  df-ico 11539  df-fz 11677  df-fzo 11799  df-fl 11903  df-mod 11971  df-seq 12082  df-exp 12141  df-hash 12380  df-cj 12906  df-re 12907  df-im 12908  df-sqrt 13042  df-abs 13043  df-limsup 13268  df-clim 13285  df-rlim 13286  df-sum 13483  df-dvds 13859  df-gcd 14017  df-phi 14168  df-struct 14506  df-ndx 14507  df-slot 14508  df-base 14509  df-sets 14510  df-ress 14511  df-plusg 14582  df-mulr 14583  df-starv 14584  df-sca 14585  df-vsca 14586  df-ip 14587  df-tset 14588  df-ple 14589  df-ds 14591  df-unif 14592  df-0g 14711  df-imas 14777  df-qus 14778  df-mgm 15741  df-sgrp 15780  df-mnd 15790  df-mhm 15835  df-grp 15926  df-minusg 15927  df-sbg 15928  df-mulg 15929  df-subg 16067  df-nsg 16068  df-eqg 16069  df-ghm 16134  df-cmn 16669  df-abl 16670  df-mgp 17010  df-ur 17022  df-ring 17068  df-cring 17069  df-oppr 17140  df-dvdsr 17158  df-unit 17159  df-invr 17189  df-rnghom 17232  df-subrg 17295  df-lmod 17382  df-lss 17447  df-lsp 17486  df-sra 17686  df-rgmod 17687  df-lidl 17688  df-rsp 17689  df-2idl 17748  df-cnfld 18289  df-zring 18357  df-zrh 18408  df-zn 18411  df-dchr 23373
This theorem is referenced by:  dchrmusumlema  23543  dchrvmasumlema  23550  dchrisum0lema  23564
  Copyright terms: Public domain W3C validator