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

 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

StepHypRef Expression
1 reex 9906 . . . . . . 7 ℝ ∈ V
2 rpssre 11719 . . . . . . 7 + ⊆ ℝ
31, 2ssexi 4731 . . . . . 6 + ∈ V
43a1i 11 . . . . 5 (⊤ → ℝ+ ∈ V)
5 ovex 6577 . . . . . 6 𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ V
65a1i 11 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ V)
7 ovex 6577 . . . . . 6 ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ V
87a1i 11 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ V)
9 eqidd 2611 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))))
10 eqidd 2611 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))))
114, 6, 8, 9, 10offval2 6812 . . . 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)))))
1211trud 1484 . . 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))))
13 fzfid 12634 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (1...(⌊‘𝑥)) ∈ Fin)
14 elfznn 12241 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑛 ∈ ℕ)
1514adantl 481 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑛 ∈ ℕ)
16 vmacl 24644 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
1715, 16syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
1817, 15nndivred 10946 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ)
1913, 18fsumrecl 14312 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ)
2019recnd 9947 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℂ)
21 relogcl 24126 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘𝑥) ∈ ℝ)
2221recnd 9947 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘𝑥) ∈ ℂ)
23 rprege0 11723 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥))
24 flge0nn0 12483 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥) → (⌊‘𝑥) ∈ ℕ0)
25 faccl 12932 . . . . . . . . . 10 ((⌊‘𝑥) ∈ ℕ0 → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℕ)
2623, 24, 253syl 18 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℕ)
2726nnrpd 11746 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℝ+)
2827relogcld 24173 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℝ)
29 rerpdivcl 11737 . . . . . . 7 (((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℝ)
3028, 29mpancom 700 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℝ)
3130recnd 9947 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℂ)
3220, 22, 31nnncan2d 10306 . . . 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)))
3332mpteq2ia 4668 . . 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)))
3412, 33eqtri 2632 . 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)))
35 1red 9934 . . . . 5 (⊤ → 1 ∈ ℝ)
36 chpo1ub 24969 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ∈ 𝑂(1)
3736a1i 11 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ∈ 𝑂(1))
38 rpre 11715 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ)
39 chpcl 24650 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ)
4038, 39syl 17 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ)
41 rerpdivcl 11737 . . . . . . . 8 (((ψ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
4240, 41mpancom 700 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
4342recnd 9947 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℂ)
4443adantl 481 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℂ)
4520, 31subcld 10271 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ ℂ)
4645adantl 481 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ ℂ)
4738adantr 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑥 ∈ ℝ)
4818, 47remulcld 9949 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℝ)
49 nndivre 10933 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ)
5038, 14, 49syl2an 493 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ)
51 reflcl 12459 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℝ)
5250, 51syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℝ)
5317, 52remulcld 9949 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℝ)
5448, 53resubcld 10337 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ∈ ℝ)
5550, 52resubcld 10337 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℝ)
56 1red 9934 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 1 ∈ ℝ)
57 vmage0 24647 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → 0 ≤ (Λ‘𝑛))
5815, 57syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ (Λ‘𝑛))
59 fracle1 12466 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ≤ 1)
6050, 59syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ≤ 1)
6155, 56, 17, 58, 60lemul2ad 10843 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ ((Λ‘𝑛) · 1))
6217recnd 9947 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℂ)
6350recnd 9947 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℂ)
6452recnd 9947 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℂ)
6562, 63, 64subdid 10365 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = (((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
66 rpcn 11717 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℂ)
6766adantr 480 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑥 ∈ ℂ)
6815nnrpd 11746 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑛 ∈ ℝ+)
69 rpcnne0 11726 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℝ+ → (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0))
7068, 69syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0))
71 div23 10583 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) · 𝑥) / 𝑛) = (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥))
72 divass 10582 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) · 𝑥) / 𝑛) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7371, 72eqtr3d 2646 . . . . . . . . . . . . . 14 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7462, 67, 70, 73syl3anc 1318 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7574oveq1d 6564 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = (((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
7665, 75eqtr4d 2647 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
7762mulid1d 9936 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · 1) = (Λ‘𝑛))
7861, 76, 773brtr3d 4614 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ (Λ‘𝑛))
7913, 54, 17, 78fsumle 14372 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Λ‘𝑛))
8018recnd 9947 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℂ)
8113, 66, 80fsummulc1 14359 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥))
82 logfac2 24742 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥) → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))))
8323, 82syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))))
8481, 83oveq12d 6567 . . . . . . . . . 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)))))
8548recnd 9947 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℂ)
8653recnd 9947 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℂ)
8713, 85, 86fsumsub 14362 . . . . . . . . . 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)))))
8884, 87eqtr4d 2647 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
89 chpval 24648 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ → (ψ‘𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Λ‘𝑛))
9038, 89syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (ψ‘𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Λ‘𝑛))
9179, 88, 903brtr4d 4615 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ≤ (ψ‘𝑥))
9219, 38remulcld 9949 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℝ)
9392, 28resubcld 10337 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ)
94 rpregt0 11722 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥))
95 lediv1 10767 . . . . . . . . 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)))
9693, 40, 94, 95syl3anc 1318 . . . . . . . 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)))
9791, 96mpbid 221 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
9892recnd 9947 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℂ)
9928recnd 9947 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℂ)
100 rpcnne0 11726 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ≠ 0))
101 divsubdir 10600 . . . . . . . . . . 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)))
10298, 99, 100, 101syl3anc 1318 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))
103 rpne0 11724 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ≠ 0)
10420, 66, 103divcan4d 10686 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛))
105104oveq1d 6564 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))
106102, 105eqtr2d 2645 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
107106fveq2d 6107 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (abs‘(((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥)))
108 rerpdivcl 11737 . . . . . . . . . 10 ((((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ∈ ℝ)
10993, 108mpancom 700 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ∈ ℝ)
110 flle 12462 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛))
11150, 110syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛))
11250, 52subge0d 10496 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (0 ≤ ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ↔ (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛)))
113111, 112mpbird 246 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))))
11417, 55, 58, 113mulge0d 10483 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
115114, 76breqtrd 4609 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
11613, 54, 115fsumge0 14368 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
117116, 88breqtrrd 4611 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))))
118 divge0 10771 . . . . . . . . . 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))
11993, 117, 94, 118syl21anc 1317 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
120109, 119absidd 14009 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥)) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
121107, 120eqtrd 2644 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
122 chpge0 24652 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ → 0 ≤ (ψ‘𝑥))
12338, 122syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ (ψ‘𝑥))
124 divge0 10771 . . . . . . . . 9 ((((ψ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (ψ‘𝑥)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥)) → 0 ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12540, 123, 94, 124syl21anc 1317 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12642, 125absidd 14009 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)) = ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12797, 121, 1263brtr4d 4615 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ≤ (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
128127ad2antrl 760 . . . . 5 ((⊤ ∧ (𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 1 ≤ 𝑥)) → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ≤ (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
12935, 37, 44, 46, 128o1le 14231 . . . 4 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1))
130129trud 1484 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1)
131 logfacrlim 24749 . . . 4 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ⇝𝑟 1
132 rlimo1 14195 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ⇝𝑟 1 → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1))
133131, 132ax-mp 5 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1)
134 o1sub 14194 . . 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))
135130, 133, 134mp2an 704 . 2 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘𝑓 − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) ∈ 𝑂(1)
13634, 135eqeltrri 2685 1 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥))) ∈ 𝑂(1)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   ↔ wb 195   ∧ wa 383   ∧ w3a 1031   = wceq 1475  ⊤wtru 1476   ∈ wcel 1977   ≠ wne 2780  Vcvv 3173   class class class wbr 4583   ↦ cmpt 4643  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549   ∘𝑓 cof 6793  ℂcc 9813  ℝcr 9814  0cc0 9815  1c1 9816   · cmul 9820   < clt 9953   ≤ cle 9954   − cmin 10145   / cdiv 10563  ℕcn 10897  ℕ0cn0 11169  ℝ+crp 11708  ...cfz 12197  ⌊cfl 12453  !cfa 12922  abscabs 13822   ⇝𝑟 crli 14064  𝑂(1)co1 14065  Σcsu 14264  logclog 24105  Λcvma 24618  ψcchp 24619 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-inf2 8421  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892  ax-pre-sup 9893  ax-addf 9894  ax-mulf 9895 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-fal 1481  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-iin 4458  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-se 4998  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-isom 5813  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-of 6795  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-supp 7183  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-2o 7448  df-oadd 7451  df-er 7629  df-map 7746  df-pm 7747  df-ixp 7795  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-fsupp 8159  df-fi 8200  df-sup 8231  df-inf 8232  df-oi 8298  df-card 8648  df-cda 8873  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-4 10958  df-5 10959  df-6 10960  df-7 10961  df-8 10962  df-9 10963  df-n0 11170  df-xnn0 11241  df-z 11255  df-dec 11370  df-uz 11564  df-q 11665  df-rp 11709  df-xneg 11822  df-xadd 11823  df-xmul 11824  df-ioo 12050  df-ioc 12051  df-ico 12052  df-icc 12053  df-fz 12198  df-fzo 12335  df-fl 12455  df-mod 12531  df-seq 12664  df-exp 12723  df-fac 12923  df-bc 12952  df-hash 12980  df-shft 13655  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-limsup 14050  df-clim 14067  df-rlim 14068  df-o1 14069  df-lo1 14070  df-sum 14265  df-ef 14637  df-e 14638  df-sin 14639  df-cos 14640  df-pi 14642  df-dvds 14822  df-gcd 15055  df-prm 15224  df-pc 15380  df-struct 15697  df-ndx 15698  df-slot 15699  df-base 15700  df-sets 15701  df-ress 15702  df-plusg 15781  df-mulr 15782  df-starv 15783  df-sca 15784  df-vsca 15785  df-ip 15786  df-tset 15787  df-ple 15788  df-ds 15791  df-unif 15792  df-hom 15793  df-cco 15794  df-rest 15906  df-topn 15907  df-0g 15925  df-gsum 15926  df-topgen 15927  df-pt 15928  df-prds 15931  df-xrs 15985  df-qtop 15990  df-imas 15991  df-xps 15993  df-mre 16069  df-mrc 16070  df-acs 16072  df-mgm 17065  df-sgrp 17107  df-mnd 17118  df-submnd 17159  df-mulg 17364  df-cntz 17573  df-cmn 18018  df-psmet 19559  df-xmet 19560  df-met 19561  df-bl 19562  df-mopn 19563  df-fbas 19564  df-fg 19565  df-cnfld 19568  df-top 20521  df-bases 20522  df-topon 20523  df-topsp 20524  df-cld 20633  df-ntr 20634  df-cls 20635  df-nei 20712  df-lp 20750  df-perf 20751  df-cn 20841  df-cnp 20842  df-haus 20929  df-cmp 21000  df-tx 21175  df-hmeo 21368  df-fil 21460  df-fm 21552  df-flim 21553  df-flf 21554  df-xms 21935  df-ms 21936  df-tms 21937  df-cncf 22489  df-limc 23436  df-dv 23437  df-log 24107  df-cxp 24108  df-cht 24623  df-vma 24624  df-chp 24625  df-ppi 24626 This theorem is referenced by:  vmadivsumb  24972  rpvmasumlem  24976  vmalogdivsum2  25027  vmalogdivsum  25028  2vmadivsumlem  25029  selberg3lem1  25046  selberg4lem1  25049  pntrsumo1  25054  selbergr  25057
 Copyright terms: Public domain W3C validator