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Theorem abelthlem9

Description: Lemma for abelth . By adjusting the constant term, we can assume that the entire series converges to 0 . (Contributed by Mario Carneiro, 1-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses abelth.1 φ A : 0
abelth.2 φ seq 0 + A dom
abelth.3 φ M
abelth.4 φ 0 M
abelth.5 S = z | 1 z M 1 z
abelth.6 F = x S n 0 A n x n
Assertion abelthlem9 φ R + w + y S 1 y < w F 1 F y < R

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 abelth.1 φ A : 0
2 abelth.2 φ seq 0 + A dom
3 abelth.3 φ M
4 abelth.4 φ 0 M
5 abelth.5 S = z | 1 z M 1 z
6 abelth.6 F = x S n 0 A n x n
7 0nn0 0 0
8 7 a1i k 0 0 0
9 ffvelrn A : 0 0 0 A 0
10 1 8 9 syl2an φ k 0 A 0
11 nn0uz 0 = 0
12 0zd φ 0
13 eqidd φ m 0 A m = A m
14 1 ffvelrnda φ m 0 A m
15 11 12 13 14 2 isumcl φ m 0 A m
16 15 adantr φ k 0 m 0 A m
17 10 16 subcld φ k 0 A 0 m 0 A m
18 1 ffvelrnda φ k 0 A k
19 17 18 ifcld φ k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k
20 19 fmpttd φ k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k : 0
21 7 a1i φ 0 0
22 20 ffvelrnda φ i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i
23 1e0p1 1 = 0 + 1
24 1z 1
25 23 24 eqeltrri 0 + 1
26 25 a1i φ 0 + 1
27 nnuz = 1
28 23 fveq2i 1 = 0 + 1
29 27 28 eqtri = 0 + 1
30 29 eleq2i i i 0 + 1
31 nnnn0 i i 0
32 31 adantl φ i i 0
33 eqeq1 k = i k = 0 i = 0
34 fveq2 k = i A k = A i
35 33 34 ifbieq2d k = i if k = 0 A 0 m 0 A m A k = if i = 0 A 0 m 0 A m A i
36 eqid k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k = k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k
37 ovex A 0 m 0 A m V
38 fvex A i V
39 37 38 ifex if i = 0 A 0 m 0 A m A i V
40 35 36 39 fvmpt i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i = if i = 0 A 0 m 0 A m A i
41 32 40 syl φ i k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i = if i = 0 A 0 m 0 A m A i
42 nnne0 i i 0
43 42 adantl φ i i 0
44 43 neneqd φ i ¬ i = 0
45 44 iffalsed φ i if i = 0 A 0 m 0 A m A i = A i
46 41 45 eqtrd φ i k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i = A i
47 30 46 sylan2br φ i 0 + 1 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i = A i
48 26 47 seqfeq φ seq 0 + 1 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k = seq 0 + 1 + A
49 11 12 13 14 2 isumclim2 φ seq 0 + A m 0 A m
50 11 21 18 49 clim2ser φ seq 0 + 1 + A m 0 A m seq 0 + A 0
51 0z 0
52 seq1 0 seq 0 + A 0 = A 0
53 51 52 ax-mp seq 0 + A 0 = A 0
54 53 oveq2i m 0 A m seq 0 + A 0 = m 0 A m A 0
55 50 54 breqtrdi φ seq 0 + 1 + A m 0 A m A 0
56 48 55 eqbrtrd φ seq 0 + 1 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k m 0 A m A 0
57 11 21 22 56 clim2ser2 φ seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k m 0 A m - A 0 + seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0
58 seq1 0 seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0 = k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0
59 51 58 ax-mp seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0 = k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0
60 iftrue k = 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k = A 0 m 0 A m
61 60 36 37 fvmpt 0 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0 = A 0 m 0 A m
62 7 61 ax-mp k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0 = A 0 m 0 A m
63 59 62 eqtri seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0 = A 0 m 0 A m
64 63 oveq2i m 0 A m - A 0 + seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0 = m 0 A m A 0 + A 0 - m 0 A m
65 1 7 9 sylancl φ A 0
66 npncan2 m 0 A m A 0 m 0 A m A 0 + A 0 - m 0 A m = 0
67 15 65 66 syl2anc φ m 0 A m A 0 + A 0 - m 0 A m = 0
68 64 67 syl5eq φ m 0 A m - A 0 + seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0 = 0
69 57 68 breqtrd φ seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0
70 seqex seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k V
71 c0ex 0 V
72 70 71 breldm seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k 0 seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k dom
73 69 72 syl φ seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k dom
74 eqid x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i = x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i
75 20 73 3 4 5 74 69 abelthlem8 φ R + w + y S 1 y < w x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y < R
76 1 2 3 4 5 abelthlem2 φ 1 S S 1 0 ball abs 1
77 76 simpld φ 1 S
78 77 adantr φ y S 1 S
79 40 adantl x = 1 i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i = if i = 0 A 0 m 0 A m A i
80 oveq1 x = 1 x i = 1 i
81 nn0z i 0 i
82 1exp i 1 i = 1
83 81 82 syl i 0 1 i = 1
84 80 83 sylan9eq x = 1 i 0 x i = 1
85 79 84 oveq12d x = 1 i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i = if i = 0 A 0 m 0 A m A i 1
86 85 sumeq2dv x = 1 i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i = i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i 1
87 sumex i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i 1 V
88 86 74 87 fvmpt 1 S x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 = i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i 1
89 78 88 syl φ y S x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 = i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i 1
90 0zd φ y S 0
91 40 adantl φ y S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i = if i = 0 A 0 m 0 A m A i
92 65 15 subcld φ A 0 m 0 A m
93 92 ad2antrr φ y S i 0 A 0 m 0 A m
94 1 ffvelrnda φ i 0 A i
95 94 adantlr φ y S i 0 A i
96 93 95 ifcld φ y S i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i
97 96 mulid1d φ y S i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i 1 = if i = 0 A 0 m 0 A m A i
98 91 97 eqtr4d φ y S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i = if i = 0 A 0 m 0 A m A i 1
99 97 96 eqeltrd φ y S i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i 1
100 oveq1 x = 1 x n = 1 n
101 nn0z n 0 n
102 1exp n 1 n = 1
103 101 102 syl n 0 1 n = 1
104 100 103 sylan9eq x = 1 n 0 x n = 1
105 104 oveq2d x = 1 n 0 A n x n = A n 1
106 105 sumeq2dv x = 1 n 0 A n x n = n 0 A n 1
107 fveq2 n = m A n = A m
108 107 oveq1d n = m A n 1 = A m 1
109 108 cbvsumv n 0 A n 1 = m 0 A m 1
110 106 109 eqtrdi x = 1 n 0 A n x n = m 0 A m 1
111 sumex m 0 A m 1 V
112 110 6 111 fvmpt 1 S F 1 = m 0 A m 1
113 77 112 syl φ F 1 = m 0 A m 1
114 14 mulid1d φ m 0 A m 1 = A m
115 114 sumeq2dv φ m 0 A m 1 = m 0 A m
116 113 115 eqtrd φ F 1 = m 0 A m
117 116 oveq1d φ F 1 m 0 A m = m 0 A m m 0 A m
118 15 subidd φ m 0 A m m 0 A m = 0
119 117 118 eqtrd φ F 1 m 0 A m = 0
120 69 119 breqtrrd φ seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k F 1 m 0 A m
121 120 adantr φ y S seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k F 1 m 0 A m
122 11 90 98 99 121 isumclim φ y S i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i 1 = F 1 m 0 A m
123 89 122 eqtrd φ y S x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 = F 1 m 0 A m
124 oveq1 x = y x i = y i
125 40 124 oveqan12rd x = y i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i = if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i
126 125 sumeq2dv x = y i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i = i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i
127 sumex i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i V
128 126 74 127 fvmpt y S x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y = i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i
129 128 adantl φ y S x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y = i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i
130 oveq2 k = i y k = y i
131 35 130 oveq12d k = i if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k = if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i
132 eqid k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k = k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k
133 ovex if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i V
134 131 132 133 fvmpt i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k i = if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i
135 134 adantl φ y S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k i = if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i
136 5 ssrab3 S
137 136 a1i φ S
138 137 sselda φ y S y
139 expcl y i 0 y i
140 138 139 sylan φ y S i 0 y i
141 96 140 mulcld φ y S i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i
142 7 a1i φ y S 0 0
143 19 adantlr φ y S k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k
144 expcl y k 0 y k
145 138 144 sylan φ y S k 0 y k
146 143 145 mulcld φ y S k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k
147 146 fmpttd φ y S k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k : 0
148 147 ffvelrnda φ y S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k i
149 45 oveq1d φ i if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i = A i y i
150 32 134 syl φ i k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k i = if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i
151 34 130 oveq12d k = i A k y k = A i y i
152 eqid k 0 A k y k = k 0 A k y k
153 ovex A i y i V
154 151 152 153 fvmpt i 0 k 0 A k y k i = A i y i
155 32 154 syl φ i k 0 A k y k i = A i y i
156 149 150 155 3eqtr4d φ i k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k i = k 0 A k y k i
157 30 156 sylan2br φ i 0 + 1 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k i = k 0 A k y k i
158 26 157 seqfeq φ seq 0 + 1 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k = seq 0 + 1 + k 0 A k y k
159 158 adantr φ y S seq 0 + 1 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k = seq 0 + 1 + k 0 A k y k
160 18 adantlr φ y S k 0 A k
161 160 145 mulcld φ y S k 0 A k y k
162 161 fmpttd φ y S k 0 A k y k : 0
163 162 ffvelrnda φ y S i 0 k 0 A k y k i
164 154 adantl φ y S i 0 k 0 A k y k i = A i y i
165 95 140 mulcld φ y S i 0 A i y i
166 1 2 3 4 5 abelthlem3 φ y S seq 0 + k 0 A k y k dom
167 11 90 164 165 166 isumclim2 φ y S seq 0 + k 0 A k y k i 0 A i y i
168 fveq2 n = i A n = A i
169 oveq2 n = i x n = x i
170 168 169 oveq12d n = i A n x n = A i x i
171 170 cbvsumv n 0 A n x n = i 0 A i x i
172 124 oveq2d x = y A i x i = A i y i
173 172 sumeq2sdv x = y i 0 A i x i = i 0 A i y i
174 171 173 syl5eq x = y n 0 A n x n = i 0 A i y i
175 sumex i 0 A i y i V
176 174 6 175 fvmpt y S F y = i 0 A i y i
177 176 adantl φ y S F y = i 0 A i y i
178 167 177 breqtrrd φ y S seq 0 + k 0 A k y k F y
179 11 142 163 178 clim2ser φ y S seq 0 + 1 + k 0 A k y k F y seq 0 + k 0 A k y k 0
180 seq1 0 seq 0 + k 0 A k y k 0 = k 0 A k y k 0
181 51 180 ax-mp seq 0 + k 0 A k y k 0 = k 0 A k y k 0
182 fveq2 k = 0 A k = A 0
183 oveq2 k = 0 y k = y 0
184 182 183 oveq12d k = 0 A k y k = A 0 y 0
185 ovex A 0 y 0 V
186 184 152 185 fvmpt 0 0 k 0 A k y k 0 = A 0 y 0
187 7 186 ax-mp k 0 A k y k 0 = A 0 y 0
188 181 187 eqtri seq 0 + k 0 A k y k 0 = A 0 y 0
189 138 exp0d φ y S y 0 = 1
190 189 oveq2d φ y S A 0 y 0 = A 0 1
191 65 adantr φ y S A 0
192 191 mulid1d φ y S A 0 1 = A 0
193 190 192 eqtrd φ y S A 0 y 0 = A 0
194 188 193 syl5eq φ y S seq 0 + k 0 A k y k 0 = A 0
195 194 oveq2d φ y S F y seq 0 + k 0 A k y k 0 = F y A 0
196 179 195 breqtrd φ y S seq 0 + 1 + k 0 A k y k F y A 0
197 159 196 eqbrtrd φ y S seq 0 + 1 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k F y A 0
198 11 142 148 197 clim2ser2 φ y S seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k F y - A 0 + seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0
199 seq1 0 seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0 = k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0
200 51 199 ax-mp seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0 = k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0
201 60 183 oveq12d k = 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k = A 0 m 0 A m y 0
202 ovex A 0 m 0 A m y 0 V
203 201 132 202 fvmpt 0 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0 = A 0 m 0 A m y 0
204 7 203 ax-mp k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0 = A 0 m 0 A m y 0
205 200 204 eqtri seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0 = A 0 m 0 A m y 0
206 189 oveq2d φ y S A 0 m 0 A m y 0 = A 0 m 0 A m 1
207 15 adantr φ y S m 0 A m
208 191 207 subcld φ y S A 0 m 0 A m
209 208 mulid1d φ y S A 0 m 0 A m 1 = A 0 m 0 A m
210 206 209 eqtrd φ y S A 0 m 0 A m y 0 = A 0 m 0 A m
211 205 210 syl5eq φ y S seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0 = A 0 m 0 A m
212 211 oveq2d φ y S F y - A 0 + seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0 = F y A 0 + A 0 - m 0 A m
213 1 2 3 4 5 6 abelthlem4 φ F : S
214 213 ffvelrnda φ y S F y
215 214 191 207 npncand φ y S F y A 0 + A 0 - m 0 A m = F y m 0 A m
216 212 215 eqtrd φ y S F y - A 0 + seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k 0 = F y m 0 A m
217 198 216 breqtrd φ y S seq 0 + k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k y k F y m 0 A m
218 11 90 135 141 217 isumclim φ y S i 0 if i = 0 A 0 m 0 A m A i y i = F y m 0 A m
219 129 218 eqtrd φ y S x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y = F y m 0 A m
220 123 219 oveq12d φ y S x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y = F 1 - m 0 A m - F y m 0 A m
221 213 adantr φ y S F : S
222 221 78 ffvelrnd φ y S F 1
223 222 214 207 nnncan2d φ y S F 1 - m 0 A m - F y m 0 A m = F 1 F y
224 220 223 eqtrd φ y S x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y = F 1 F y
225 224 fveq2d φ y S x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y = F 1 F y
226 225 breq1d φ y S x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y < R F 1 F y < R
227 226 imbi2d φ y S 1 y < w x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y < R 1 y < w F 1 F y < R
228 227 ralbidva φ y S 1 y < w x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y < R y S 1 y < w F 1 F y < R
229 228 rexbidv φ w + y S 1 y < w x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y < R w + y S 1 y < w F 1 F y < R
230 229 adantr φ R + w + y S 1 y < w x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i 1 x S i 0 k 0 if k = 0 A 0 m 0 A m A k i x i y < R w + y S 1 y < w F 1 F y < R
231 75 230 mpbid φ R + w + y S 1 y < w F 1 F y < R