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Theorem dvfsumle

Description: Compare a finite sum to an integral (the integral here is given as a function with a known derivative). (Contributed by Mario Carneiro, 14-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses dvfsumle.m φ N M
dvfsumle.a φ x M N A : M N cn
dvfsumle.v φ x M N B V
dvfsumle.b φ dx M N A d x = x M N B
dvfsumle.c x = M A = C
dvfsumle.d x = N A = D
dvfsumle.x φ k M ..^ N X
dvfsumle.l φ k M ..^ N x k k + 1 X B
Assertion dvfsumle φ k M ..^ N X D C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvfsumle.m φ N M
2 dvfsumle.a φ x M N A : M N cn
3 dvfsumle.v φ x M N B V
4 dvfsumle.b φ dx M N A d x = x M N B
5 dvfsumle.c x = M A = C
6 dvfsumle.d x = N A = D
7 dvfsumle.x φ k M ..^ N X
8 dvfsumle.l φ k M ..^ N x k k + 1 X B
9 fzofi M ..^ N Fin
10 9 a1i φ M ..^ N Fin
11 eluzel2 N M M
12 1 11 syl φ M
13 eluzelz N M N
14 1 13 syl φ N
15 fzval2 M N M N = M N
16 12 14 15 syl2anc φ M N = M N
17 inss1 M N M N
18 16 17 eqsstrdi φ M N M N
19 18 sselda φ y M N y M N
20 cncff x M N A : M N cn x M N A : M N
21 2 20 syl φ x M N A : M N
22 eqid x M N A = x M N A
23 22 fmpt x M N A x M N A : M N
24 21 23 sylibr φ x M N A
25 nfcsb1v _ x y / x A
26 25 nfel1 x y / x A
27 csbeq1a x = y A = y / x A
28 27 eleq1d x = y A y / x A
29 26 28 rspc y M N x M N A y / x A
30 24 29 mpan9 φ y M N y / x A
31 19 30 syldan φ y M N y / x A
32 31 ralrimiva φ y M N y / x A
33 fzofzp1 k M ..^ N k + 1 M N
34 csbeq1 y = k + 1 y / x A = k + 1 / x A
35 34 eleq1d y = k + 1 y / x A k + 1 / x A
36 35 rspccva y M N y / x A k + 1 M N k + 1 / x A
37 32 33 36 syl2an φ k M ..^ N k + 1 / x A
38 elfzofz k M ..^ N k M N
39 csbeq1 y = k y / x A = k / x A
40 39 eleq1d y = k y / x A k / x A
41 40 rspccva y M N y / x A k M N k / x A
42 32 38 41 syl2an φ k M ..^ N k / x A
43 37 42 resubcld φ k M ..^ N k + 1 / x A k / x A
44 elfzoelz k M ..^ N k
45 44 adantl φ k M ..^ N k
46 45 zred φ k M ..^ N k
47 46 recnd φ k M ..^ N k
48 ax-1cn 1
49 pncan2 k 1 k + 1 - k = 1
50 47 48 49 sylancl φ k M ..^ N k + 1 - k = 1
51 50 oveq2d φ k M ..^ N X k + 1 - k = X 1
52 7 recnd φ k M ..^ N X
53 peano2re k k + 1
54 46 53 syl φ k M ..^ N k + 1
55 54 recnd φ k M ..^ N k + 1
56 52 55 47 subdid φ k M ..^ N X k + 1 - k = X k + 1 X k
57 52 mulid1d φ k M ..^ N X 1 = X
58 51 56 57 3eqtr3d φ k M ..^ N X k + 1 X k = X
59 eqid TopOpen fld = TopOpen fld
60 59 mulcn × TopOpen fld × t TopOpen fld Cn TopOpen fld
61 12 zred φ M
62 61 adantr φ k M ..^ N M
63 14 zred φ N
64 63 adantr φ k M ..^ N N
65 elfzole1 k M ..^ N M k
66 65 adantl φ k M ..^ N M k
67 33 adantl φ k M ..^ N k + 1 M N
68 elfzle2 k + 1 M N k + 1 N
69 67 68 syl φ k M ..^ N k + 1 N
70 iccss M N M k k + 1 N k k + 1 M N
71 62 64 66 69 70 syl22anc φ k M ..^ N k k + 1 M N
72 iccssre M N M N
73 61 63 72 syl2anc φ M N
74 73 adantr φ k M ..^ N M N
75 71 74 sstrd φ k M ..^ N k k + 1
76 ax-resscn
77 75 76 sstrdi φ k M ..^ N k k + 1
78 76 a1i φ k M ..^ N
79 cncfmptc X k k + 1 y k k + 1 X : k k + 1 cn
80 7 77 78 79 syl3anc φ k M ..^ N y k k + 1 X : k k + 1 cn
81 cncfmptid k k + 1 y k k + 1 y : k k + 1 cn
82 75 76 81 sylancl φ k M ..^ N y k k + 1 y : k k + 1 cn
83 remulcl X y X y
84 59 60 80 82 76 83 cncfmpt2ss φ k M ..^ N y k k + 1 X y : k k + 1 cn
85 reelprrecn
86 85 a1i φ k M ..^ N
87 62 rexrd φ k M ..^ N M *
88 iooss1 M * M k k k + 1 M k + 1
89 87 66 88 syl2anc φ k M ..^ N k k + 1 M k + 1
90 64 rexrd φ k M ..^ N N *
91 iooss2 N * k + 1 N M k + 1 M N
92 90 69 91 syl2anc φ k M ..^ N M k + 1 M N
93 89 92 sstrd φ k M ..^ N k k + 1 M N
94 ioossicc M N M N
95 74 76 sstrdi φ k M ..^ N M N
96 94 95 sstrid φ k M ..^ N M N
97 93 96 sstrd φ k M ..^ N k k + 1
98 97 sselda φ k M ..^ N y k k + 1 y
99 1cnd φ k M ..^ N y k k + 1 1
100 78 sselda φ k M ..^ N y y
101 1cnd φ k M ..^ N y 1
102 86 dvmptid φ k M ..^ N dy y d y = y 1
103 ioossre k k + 1
104 103 a1i φ k M ..^ N k k + 1
105 59 tgioo2 topGen ran . = TopOpen fld 𝑡
106 iooretop k k + 1 topGen ran .
107 106 a1i φ k M ..^ N k k + 1 topGen ran .
108 86 100 101 102 104 105 59 107 dvmptres φ k M ..^ N dy k k + 1 y d y = y k k + 1 1
109 86 98 99 108 52 dvmptcmul φ k M ..^ N dy k k + 1 X y d y = y k k + 1 X 1
110 57 mpteq2dv φ k M ..^ N y k k + 1 X 1 = y k k + 1 X
111 109 110 eqtrd φ k M ..^ N dy k k + 1 X y d y = y k k + 1 X
112 nfcv _ y A
113 112 25 27 cbvmpt x k k + 1 A = y k k + 1 y / x A
114 71 resmptd φ k M ..^ N x M N A k k + 1 = x k k + 1 A
115 2 adantr φ k M ..^ N x M N A : M N cn
116 rescncf k k + 1 M N x M N A : M N cn x M N A k k + 1 : k k + 1 cn
117 71 115 116 sylc φ k M ..^ N x M N A k k + 1 : k k + 1 cn
118 114 117 eqeltrrd φ k M ..^ N x k k + 1 A : k k + 1 cn
119 113 118 eqeltrrid φ k M ..^ N y k k + 1 y / x A : k k + 1 cn
120 21 adantr φ k M ..^ N x M N A : M N
121 120 23 sylibr φ k M ..^ N x M N A
122 94 sseli y M N y M N
123 29 impcom x M N A y M N y / x A
124 121 122 123 syl2an φ k M ..^ N y M N y / x A
125 124 recnd φ k M ..^ N y M N y / x A
126 94 sseli x M N x M N
127 21 fvmptelrn φ x M N A
128 127 adantlr φ k M ..^ N x M N A
129 126 128 sylan2 φ k M ..^ N x M N A
130 129 fmpttd φ k M ..^ N x M N A : M N
131 ioossre M N
132 dvfre x M N A : M N M N dx M N A d x : dom dx M N A d x
133 130 131 132 sylancl φ k M ..^ N dx M N A d x : dom dx M N A d x
134 4 adantr φ k M ..^ N dx M N A d x = x M N B
135 134 dmeqd φ k M ..^ N dom dx M N A d x = dom x M N B
136 3 adantlr φ k M ..^ N x M N B V
137 136 ralrimiva φ k M ..^ N x M N B V
138 dmmptg x M N B V dom x M N B = M N
139 137 138 syl φ k M ..^ N dom x M N B = M N
140 135 139 eqtrd φ k M ..^ N dom dx M N A d x = M N
141 134 140 feq12d φ k M ..^ N dx M N A d x : dom dx M N A d x x M N B : M N
142 133 141 mpbid φ k M ..^ N x M N B : M N
143 eqid x M N B = x M N B
144 143 fmpt x M N B x M N B : M N
145 142 144 sylibr φ k M ..^ N x M N B
146 nfcsb1v _ x y / x B
147 146 nfel1 x y / x B
148 csbeq1a x = y B = y / x B
149 148 eleq1d x = y B y / x B
150 147 149 rspc y M N x M N B y / x B
151 145 150 mpan9 φ k M ..^ N y M N y / x B
152 112 25 27 cbvmpt x M N A = y M N y / x A
153 152 oveq2i dx M N A d x = dy M N y / x A d y
154 nfcv _ y B
155 154 146 148 cbvmpt x M N B = y M N y / x B
156 134 153 155 3eqtr3g φ k M ..^ N dy M N y / x A d y = y M N y / x B
157 86 125 151 156 93 105 59 107 dvmptres φ k M ..^ N dy k k + 1 y / x A d y = y k k + 1 y / x B
158 8 anassrs φ k M ..^ N x k k + 1 X B
159 158 ralrimiva φ k M ..^ N x k k + 1 X B
160 nfcv _ x X
161 nfcv _ x
162 160 161 146 nfbr x X y / x B
163 148 breq2d x = y X B X y / x B
164 162 163 rspc y k k + 1 x k k + 1 X B X y / x B
165 159 164 mpan9 φ k M ..^ N y k k + 1 X y / x B
166 46 rexrd φ k M ..^ N k *
167 54 rexrd φ k M ..^ N k + 1 *
168 46 lep1d φ k M ..^ N k k + 1
169 lbicc2 k * k + 1 * k k + 1 k k k + 1
170 166 167 168 169 syl3anc φ k M ..^ N k k k + 1
171 ubicc2 k * k + 1 * k k + 1 k + 1 k k + 1
172 166 167 168 171 syl3anc φ k M ..^ N k + 1 k k + 1
173 oveq2 y = k X y = X k
174 oveq2 y = k + 1 X y = X k + 1
175 46 54 84 111 119 157 165 170 172 168 173 39 174 34 dvle φ k M ..^ N X k + 1 X k k + 1 / x A k / x A
176 58 175 eqbrtrrd φ k M ..^ N X k + 1 / x A k / x A
177 10 7 43 176 fsumle φ k M ..^ N X k M ..^ N k + 1 / x A k / x A
178 vex y V
179 178 a1i y = M y V
180 eqeq2 y = M x = y x = M
181 180 biimpa y = M x = y x = M
182 181 5 syl y = M x = y A = C
183 179 182 csbied y = M y / x A = C
184 178 a1i y = N y V
185 eqeq2 y = N x = y x = N
186 185 biimpa y = N x = y x = N
187 186 6 syl y = N x = y A = D
188 184 187 csbied y = N y / x A = D
189 31 recnd φ y M N y / x A
190 39 34 183 188 1 189 telfsumo2 φ k M ..^ N k + 1 / x A k / x A = D C
191 177 190 breqtrd φ k M ..^ N X D C