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Theorem 2vmadivsumlem

Description: Lemma for 2vmadivsum . (Contributed by Mario Carneiro, 30-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses 2vmadivsum.1 φA+
2vmadivsum.2 φy1+∞i=1yΛiilogyA
Assertion 2vmadivsumlem φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxlogx2𝑂1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2vmadivsum.1 φA+
2 2vmadivsum.2 φy1+∞i=1yΛiilogyA
3 vmalogdivsum2 x1+∞n=1xΛnnlogxnlogxlogx2𝑂1
4 3 a1i φx1+∞n=1xΛnnlogxnlogxlogx2𝑂1
5 fzfid φx1+∞1xFin
6 elfznn n1xn
7 6 adantl φx1+∞n1xn
8 vmacl nΛn
9 7 8 syl φx1+∞n1xΛn
10 9 7 nndivred φx1+∞n1xΛnn
11 fzfid φx1+∞n1x1xnFin
12 elfznn m1xnm
13 12 adantl φx1+∞n1xm1xnm
14 vmacl mΛm
15 13 14 syl φx1+∞n1xm1xnΛm
16 15 13 nndivred φx1+∞n1xm1xnΛmm
17 11 16 fsumrecl φx1+∞n1xm=1xnΛmm
18 10 17 remulcld φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmm
19 5 18 fsumrecl φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmm
20 elioore x1+∞x
21 20 adantl φx1+∞x
22 eliooord x1+∞1<xx<+∞
23 22 adantl φx1+∞1<xx<+∞
24 23 simpld φx1+∞1<x
25 21 24 rplogcld φx1+∞logx+
26 19 25 rerpdivcld φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogx
27 1rp 1+
28 27 a1i φx1+∞1+
29 1red φx1+∞1
30 29 21 24 ltled φx1+∞1x
31 21 28 30 rpgecld φx1+∞x+
32 31 relogcld φx1+∞logx
33 32 rehalfcld φx1+∞logx2
34 26 33 resubcld φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxlogx2
35 34 recnd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxlogx2
36 31 adantr φx1+∞n1xx+
37 7 nnrpd φx1+∞n1xn+
38 36 37 rpdivcld φx1+∞n1xxn+
39 38 relogcld φx1+∞n1xlogxn
40 10 39 remulcld φx1+∞n1xΛnnlogxn
41 5 40 fsumrecl φx1+∞n=1xΛnnlogxn
42 41 25 rerpdivcld φx1+∞n=1xΛnnlogxnlogx
43 42 33 resubcld φx1+∞n=1xΛnnlogxnlogxlogx2
44 43 recnd φx1+∞n=1xΛnnlogxnlogxlogx2
45 19 recnd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmm
46 41 recnd φx1+∞n=1xΛnnlogxn
47 32 recnd φx1+∞logx
48 25 rpne0d φx1+∞logx0
49 45 46 47 48 divsubdird φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmn=1xΛnnlogxnlogx=n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxn=1xΛnnlogxnlogx
50 10 recnd φx1+∞n1xΛnn
51 17 recnd φx1+∞n1xm=1xnΛmm
52 39 recnd φx1+∞n1xlogxn
53 50 51 52 subdid φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmmlogxn=Λnnm=1xnΛmmΛnnlogxn
54 53 sumeq2dv φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxn=n=1xΛnnm=1xnΛmmΛnnlogxn
55 18 recnd φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmm
56 40 recnd φx1+∞n1xΛnnlogxn
57 5 55 56 fsumsub φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmΛnnlogxn=n=1xΛnnm=1xnΛmmn=1xΛnnlogxn
58 54 57 eqtrd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxn=n=1xΛnnm=1xnΛmmn=1xΛnnlogxn
59 58 oveq1d φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx=n=1xΛnnm=1xnΛmmn=1xΛnnlogxnlogx
60 26 recnd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogx
61 42 recnd φx1+∞n=1xΛnnlogxnlogx
62 33 recnd φx1+∞logx2
63 60 61 62 nnncan2d φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogx-logx2-n=1xΛnnlogxnlogxlogx2=n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxn=1xΛnnlogxnlogx
64 49 59 63 3eqtr4d φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx=n=1xΛnnm=1xnΛmmlogx-logx2-n=1xΛnnlogxnlogxlogx2
65 64 mpteq2dva φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx=x1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogx-logx2-n=1xΛnnlogxnlogxlogx2
66 1red φ1
67 5 10 fsumrecl φx1+∞n=1xΛnn
68 67 25 rerpdivcld φx1+∞n=1xΛnnlogx
69 1 rpred φA
70 69 adantr φx1+∞A
71 ioossre 1+∞
72 1cnd φ1
73 o1const 1+∞1x1+∞1𝑂1
74 71 72 73 sylancr φx1+∞1𝑂1
75 68 recnd φx1+∞n=1xΛnnlogx
76 1cnd φx1+∞1
77 67 recnd φx1+∞n=1xΛnn
78 77 47 47 48 divsubdird φx1+∞n=1xΛnnlogxlogx=n=1xΛnnlogxlogxlogx
79 77 47 subcld φx1+∞n=1xΛnnlogx
80 79 47 48 divrecd φx1+∞n=1xΛnnlogxlogx=n=1xΛnnlogx1logx
81 47 48 dividd φx1+∞logxlogx=1
82 81 oveq2d φx1+∞n=1xΛnnlogxlogxlogx=n=1xΛnnlogx1
83 78 80 82 3eqtr3d φx1+∞n=1xΛnnlogx1logx=n=1xΛnnlogx1
84 83 mpteq2dva φx1+∞n=1xΛnnlogx1logx=x1+∞n=1xΛnnlogx1
85 67 32 resubcld φx1+∞n=1xΛnnlogx
86 29 25 rerpdivcld φx1+∞1logx
87 31 ex φx1+∞x+
88 87 ssrdv φ1+∞+
89 vmadivsum x+n=1xΛnnlogx𝑂1
90 89 a1i φx+n=1xΛnnlogx𝑂1
91 88 90 o1res2 φx1+∞n=1xΛnnlogx𝑂1
92 divlogrlim x1+∞1logx0
93 rlimo1 x1+∞1logx0x1+∞1logx𝑂1
94 92 93 mp1i φx1+∞1logx𝑂1
95 85 86 91 94 o1mul2 φx1+∞n=1xΛnnlogx1logx𝑂1
96 84 95 eqeltrrd φx1+∞n=1xΛnnlogx1𝑂1
97 75 76 96 o1dif φx1+∞n=1xΛnnlogx𝑂1x1+∞1𝑂1
98 74 97 mpbird φx1+∞n=1xΛnnlogx𝑂1
99 69 recnd φA
100 o1const 1+∞Ax1+∞A𝑂1
101 71 99 100 sylancr φx1+∞A𝑂1
102 68 70 98 101 o1mul2 φx1+∞n=1xΛnnlogxA𝑂1
103 68 70 remulcld φx1+∞n=1xΛnnlogxA
104 17 39 resubcld φx1+∞n1xm=1xnΛmmlogxn
105 10 104 remulcld φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmmlogxn
106 5 105 fsumrecl φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxn
107 106 recnd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxn
108 107 47 48 divcld φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx
109 107 abscld φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxn
110 67 70 remulcld φx1+∞n=1xΛnnA
111 105 recnd φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmmlogxn
112 111 abscld φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmmlogxn
113 5 112 fsumrecl φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxn
114 5 111 fsumabs φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnn=1xΛnnm=1xnΛmmlogxn
115 70 adantr φx1+∞n1xA
116 10 115 remulcld φx1+∞n1xΛnnA
117 104 recnd φx1+∞n1xm=1xnΛmmlogxn
118 50 117 absmuld φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmmlogxn=Λnnm=1xnΛmmlogxn
119 vmage0 n0Λn
120 7 119 syl φx1+∞n1x0Λn
121 9 37 120 divge0d φx1+∞n1x0Λnn
122 10 121 absidd φx1+∞n1xΛnn=Λnn
123 122 oveq1d φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmmlogxn=Λnnm=1xnΛmmlogxn
124 118 123 eqtrd φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmmlogxn=Λnnm=1xnΛmmlogxn
125 117 abscld φx1+∞n1xm=1xnΛmmlogxn
126 fveq2 i=mΛi=Λm
127 id i=mi=m
128 126 127 oveq12d i=mΛii=Λmm
129 128 cbvsumv i=1yΛii=m=1yΛmm
130 fveq2 y=xny=xn
131 130 oveq2d y=xn1y=1xn
132 131 sumeq1d y=xnm=1yΛmm=m=1xnΛmm
133 129 132 eqtrid y=xni=1yΛii=m=1xnΛmm
134 fveq2 y=xnlogy=logxn
135 133 134 oveq12d y=xni=1yΛiilogy=m=1xnΛmmlogxn
136 135 fveq2d y=xni=1yΛiilogy=m=1xnΛmmlogxn
137 136 breq1d y=xni=1yΛiilogyAm=1xnΛmmlogxnA
138 2 ad2antrr φx1+∞n1xy1+∞i=1yΛiilogyA
139 38 rpred φx1+∞n1xxn
140 7 nncnd φx1+∞n1xn
141 140 mullidd φx1+∞n1x1n=n
142 fznnfl xn1xnnx
143 21 142 syl φx1+∞n1xnnx
144 143 simplbda φx1+∞n1xnx
145 141 144 eqbrtrd φx1+∞n1x1nx
146 1red φx1+∞n1x1
147 21 adantr φx1+∞n1xx
148 146 147 37 lemuldivd φx1+∞n1x1nx1xn
149 145 148 mpbid φx1+∞n1x1xn
150 1re 1
151 elicopnf 1xn1+∞xn1xn
152 150 151 ax-mp xn1+∞xn1xn
153 139 149 152 sylanbrc φx1+∞n1xxn1+∞
154 137 138 153 rspcdva φx1+∞n1xm=1xnΛmmlogxnA
155 125 115 10 121 154 lemul2ad φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmmlogxnΛnnA
156 124 155 eqbrtrd φx1+∞n1xΛnnm=1xnΛmmlogxnΛnnA
157 5 112 116 156 fsumle φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnn=1xΛnnA
158 99 adantr φx1+∞A
159 5 158 50 fsummulc1 φx1+∞n=1xΛnnA=n=1xΛnnA
160 157 159 breqtrrd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnn=1xΛnnA
161 109 113 110 114 160 letrd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnn=1xΛnnA
162 109 110 25 161 lediv1dd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogxn=1xΛnnAlogx
163 107 47 48 absdivd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx=n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx
164 25 rpge0d φx1+∞0logx
165 32 164 absidd φx1+∞logx=logx
166 165 oveq2d φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx=n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx
167 163 166 eqtrd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx=n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx
168 5 10 121 fsumge0 φx1+∞0n=1xΛnn
169 67 25 168 divge0d φx1+∞0n=1xΛnnlogx
170 1 adantr φx1+∞A+
171 170 rpge0d φx1+∞0A
172 68 70 169 171 mulge0d φx1+∞0n=1xΛnnlogxA
173 103 172 absidd φx1+∞n=1xΛnnlogxA=n=1xΛnnlogxA
174 77 158 47 48 div23d φx1+∞n=1xΛnnAlogx=n=1xΛnnlogxA
175 173 174 eqtr4d φx1+∞n=1xΛnnlogxA=n=1xΛnnAlogx
176 162 167 175 3brtr4d φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogxn=1xΛnnlogxA
177 176 adantrr φx1+∞1xn=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogxn=1xΛnnlogxA
178 66 102 103 108 177 o1le φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxnlogx𝑂1
179 65 178 eqeltrrd φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogx-logx2-n=1xΛnnlogxnlogxlogx2𝑂1
180 35 44 179 o1dif φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxlogx2𝑂1x1+∞n=1xΛnnlogxnlogxlogx2𝑂1
181 4 180 mpbird φx1+∞n=1xΛnnm=1xnΛmmlogxlogx2𝑂1