MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  harmonicbnd2 Structured version   Unicode version

Theorem harmonicbnd2 23535
Description: A bound on the harmonic series, as compared to the natural logarithm. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Apr-2016.)
Assertion
Ref Expression
harmonicbnd2  |-  ( N  e.  NN  ->  ( sum_ m  e.  ( 1 ... N ) ( 1  /  m )  -  ( log `  ( N  +  1 ) ) )  e.  ( ( 1  -  ( log `  2 ) ) [,] gamma ) )
Distinct variable group:    m, N

Proof of Theorem harmonicbnd2
Dummy variables  k  n are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 oveq2 6278 . . . . 5  |-  ( n  =  N  ->  (
1 ... n )  =  ( 1 ... N
) )
21sumeq1d 13608 . . . 4  |-  ( n  =  N  ->  sum_ m  e.  ( 1 ... n
) ( 1  /  m )  =  sum_ m  e.  ( 1 ... N ) ( 1  /  m ) )
3 oveq1 6277 . . . . 5  |-  ( n  =  N  ->  (
n  +  1 )  =  ( N  + 
1 ) )
43fveq2d 5852 . . . 4  |-  ( n  =  N  ->  ( log `  ( n  + 
1 ) )  =  ( log `  ( N  +  1 ) ) )
52, 4oveq12d 6288 . . 3  |-  ( n  =  N  ->  ( sum_ m  e.  ( 1 ... n ) ( 1  /  m )  -  ( log `  (
n  +  1 ) ) )  =  (
sum_ m  e.  (
1 ... N ) ( 1  /  m )  -  ( log `  ( N  +  1 ) ) ) )
65eleq1d 2523 . 2  |-  ( n  =  N  ->  (
( sum_ m  e.  ( 1 ... n ) ( 1  /  m
)  -  ( log `  ( n  +  1 ) ) )  e.  ( ( 1  -  ( log `  2
) ) [,] gamma )  <-> 
( sum_ m  e.  ( 1 ... N ) ( 1  /  m
)  -  ( log `  ( N  +  1 ) ) )  e.  ( ( 1  -  ( log `  2
) ) [,] gamma ) ) )
7 eqid 2454 . . . . 5  |-  ( n  e.  NN  |->  ( sum_ m  e.  ( 1 ... n ) ( 1  /  m )  -  ( log `  n ) ) )  =  ( n  e.  NN  |->  (
sum_ m  e.  (
1 ... n ) ( 1  /  m )  -  ( log `  n
) ) )
8 eqid 2454 . . . . 5  |-  ( n  e.  NN  |->  ( sum_ m  e.  ( 1 ... n ) ( 1  /  m )  -  ( log `  ( n  +  1 ) ) ) )  =  ( n  e.  NN  |->  (
sum_ m  e.  (
1 ... n ) ( 1  /  m )  -  ( log `  (
n  +  1 ) ) ) )
9 eqid 2454 . . . . 5  |-  ( n  e.  NN  |->  ( log `  ( 1  +  ( 1  /  n ) ) ) )  =  ( n  e.  NN  |->  ( log `  ( 1  +  ( 1  /  n ) ) ) )
10 oveq2 6278 . . . . . . 7  |-  ( k  =  n  ->  (
1  /  k )  =  ( 1  /  n ) )
1110oveq2d 6286 . . . . . . . 8  |-  ( k  =  n  ->  (
1  +  ( 1  /  k ) )  =  ( 1  +  ( 1  /  n
) ) )
1211fveq2d 5852 . . . . . . 7  |-  ( k  =  n  ->  ( log `  ( 1  +  ( 1  /  k
) ) )  =  ( log `  (
1  +  ( 1  /  n ) ) ) )
1310, 12oveq12d 6288 . . . . . 6  |-  ( k  =  n  ->  (
( 1  /  k
)  -  ( log `  ( 1  +  ( 1  /  k ) ) ) )  =  ( ( 1  /  n )  -  ( log `  ( 1  +  ( 1  /  n
) ) ) ) )
1413cbvmptv 4530 . . . . 5  |-  ( k  e.  NN  |->  ( ( 1  /  k )  -  ( log `  (
1  +  ( 1  /  k ) ) ) ) )  =  ( n  e.  NN  |->  ( ( 1  /  n )  -  ( log `  ( 1  +  ( 1  /  n
) ) ) ) )
157, 8, 9, 14emcllem7 23532 . . . 4  |-  ( gamma  e.  ( ( 1  -  ( log `  2
) ) [,] 1
)  /\  ( n  e.  NN  |->  ( sum_ m  e.  ( 1 ... n
) ( 1  /  m )  -  ( log `  n ) ) ) : NN --> ( gamma [,] 1 )  /\  (
n  e.  NN  |->  (
sum_ m  e.  (
1 ... n ) ( 1  /  m )  -  ( log `  (
n  +  1 ) ) ) ) : NN --> ( ( 1  -  ( log `  2
) ) [,] gamma ) )
1615simp3i 1005 . . 3  |-  ( n  e.  NN  |->  ( sum_ m  e.  ( 1 ... n ) ( 1  /  m )  -  ( log `  ( n  +  1 ) ) ) ) : NN --> ( ( 1  -  ( log `  2
) ) [,] gamma )
178fmpt 6028 . . 3  |-  ( A. n  e.  NN  ( sum_ m  e.  ( 1 ... n ) ( 1  /  m )  -  ( log `  (
n  +  1 ) ) )  e.  ( ( 1  -  ( log `  2 ) ) [,] gamma )  <->  ( n  e.  NN  |->  ( sum_ m  e.  ( 1 ... n
) ( 1  /  m )  -  ( log `  ( n  + 
1 ) ) ) ) : NN --> ( ( 1  -  ( log `  2 ) ) [,] gamma ) )
1816, 17mpbir 209 . 2  |-  A. n  e.  NN  ( sum_ m  e.  ( 1 ... n
) ( 1  /  m )  -  ( log `  ( n  + 
1 ) ) )  e.  ( ( 1  -  ( log `  2
) ) [,] gamma )
196, 18vtoclri 3181 1  |-  ( N  e.  NN  ->  ( sum_ m  e.  ( 1 ... N ) ( 1  /  m )  -  ( log `  ( N  +  1 ) ) )  e.  ( ( 1  -  ( log `  2 ) ) [,] gamma ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    = wceq 1398    e. wcel 1823   A.wral 2804    |-> cmpt 4497   -->wf 5566   ` cfv 5570  (class class class)co 6270   1c1 9482    + caddc 9484    - cmin 9796    / cdiv 10202   NNcn 10531   2c2 10581   [,]cicc 11535   ...cfz 11675   sum_csu 13593   logclog 23111   gammacem 23522
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1623  ax-4 1636  ax-5 1709  ax-6 1752  ax-7 1795  ax-8 1825  ax-9 1827  ax-10 1842  ax-11 1847  ax-12 1859  ax-13 2004  ax-ext 2432  ax-rep 4550  ax-sep 4560  ax-nul 4568  ax-pow 4615  ax-pr 4676  ax-un 6565  ax-inf2 8049  ax-cnex 9537  ax-resscn 9538  ax-1cn 9539  ax-icn 9540  ax-addcl 9541  ax-addrcl 9542  ax-mulcl 9543  ax-mulrcl 9544  ax-mulcom 9545  ax-addass 9546  ax-mulass 9547  ax-distr 9548  ax-i2m1 9549  ax-1ne0 9550  ax-1rid 9551  ax-rnegex 9552  ax-rrecex 9553  ax-cnre 9554  ax-pre-lttri 9555  ax-pre-lttrn 9556  ax-pre-ltadd 9557  ax-pre-mulgt0 9558  ax-pre-sup 9559  ax-addf 9560  ax-mulf 9561
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 368  df-an 369  df-3or 972  df-3an 973  df-tru 1401  df-fal 1404  df-ex 1618  df-nf 1622  df-sb 1745  df-eu 2288  df-mo 2289  df-clab 2440  df-cleq 2446  df-clel 2449  df-nfc 2604  df-ne 2651  df-nel 2652  df-ral 2809  df-rex 2810  df-reu 2811  df-rmo 2812  df-rab 2813  df-v 3108  df-sbc 3325  df-csb 3421  df-dif 3464  df-un 3466  df-in 3468  df-ss 3475  df-pss 3477  df-nul 3784  df-if 3930  df-pw 4001  df-sn 4017  df-pr 4019  df-tp 4021  df-op 4023  df-uni 4236  df-int 4272  df-iun 4317  df-iin 4318  df-br 4440  df-opab 4498  df-mpt 4499  df-tr 4533  df-eprel 4780  df-id 4784  df-po 4789  df-so 4790  df-fr 4827  df-se 4828  df-we 4829  df-ord 4870  df-on 4871  df-lim 4872  df-suc 4873  df-xp 4994  df-rel 4995  df-cnv 4996  df-co 4997  df-dm 4998  df-rn 4999  df-res 5000  df-ima 5001  df-iota 5534  df-fun 5572  df-fn 5573  df-f 5574  df-f1 5575  df-fo 5576  df-f1o 5577  df-fv 5578  df-isom 5579  df-riota 6232  df-ov 6273  df-oprab 6274  df-mpt2 6275  df-of 6513  df-om 6674  df-1st 6773  df-2nd 6774  df-supp 6892  df-recs 7034  df-rdg 7068  df-1o 7122  df-2o 7123  df-oadd 7126  df-er 7303  df-map 7414  df-pm 7415  df-ixp 7463  df-en 7510  df-dom 7511  df-sdom 7512  df-fin 7513  df-fsupp 7822  df-fi 7863  df-sup 7893  df-oi 7927  df-card 8311  df-cda 8539  df-pnf 9619  df-mnf 9620  df-xr 9621  df-ltxr 9622  df-le 9623  df-sub 9798  df-neg 9799  df-div 10203  df-nn 10532  df-2 10590  df-3 10591  df-4 10592  df-5 10593  df-6 10594  df-7 10595  df-8 10596  df-9 10597  df-10 10598  df-n0 10792  df-z 10861  df-dec 10977  df-uz 11083  df-q 11184  df-rp 11222  df-xneg 11321  df-xadd 11322  df-xmul 11323  df-ioo 11536  df-ioc 11537  df-ico 11538  df-icc 11539  df-fz 11676  df-fzo 11800  df-fl 11910  df-mod 11979  df-seq 12093  df-exp 12152  df-fac 12339  df-bc 12366  df-hash 12391  df-shft 12985  df-cj 13017  df-re 13018  df-im 13019  df-sqrt 13153  df-abs 13154  df-limsup 13379  df-clim 13396  df-rlim 13397  df-sum 13594  df-ef 13888  df-sin 13890  df-cos 13891  df-pi 13893  df-struct 14721  df-ndx 14722  df-slot 14723  df-base 14724  df-sets 14725  df-ress 14726  df-plusg 14800  df-mulr 14801  df-starv 14802  df-sca 14803  df-vsca 14804  df-ip 14805  df-tset 14806  df-ple 14807  df-ds 14809  df-unif 14810  df-hom 14811  df-cco 14812  df-rest 14915  df-topn 14916  df-0g 14934  df-gsum 14935  df-topgen 14936  df-pt 14937  df-prds 14940  df-xrs 14994  df-qtop 14999  df-imas 15000  df-xps 15002  df-mre 15078  df-mrc 15079  df-acs 15081  df-mgm 16074  df-sgrp 16113  df-mnd 16123  df-submnd 16169  df-mulg 16262  df-cntz 16557  df-cmn 17002  df-psmet 18609  df-xmet 18610  df-met 18611  df-bl 18612  df-mopn 18613  df-fbas 18614  df-fg 18615  df-cnfld 18619  df-top 19569  df-bases 19571  df-topon 19572  df-topsp 19573  df-cld 19690  df-ntr 19691  df-cls 19692  df-nei 19769  df-lp 19807  df-perf 19808  df-cn 19898  df-cnp 19899  df-haus 19986  df-tx 20232  df-hmeo 20425  df-fil 20516  df-fm 20608  df-flim 20609  df-flf 20610  df-xms 20992  df-ms 20993  df-tms 20994  df-cncf 21551  df-limc 22439  df-dv 22440  df-log 23113  df-em 23523
This theorem is referenced by:  harmonicbnd3  23538
  Copyright terms: Public domain W3C validator