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Theorem fourierdlem21

Description: The coefficients of the fourier series are integrable and reals. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses fourierdlem21.f φ F :
fourierdlem21.c C = π π
fourierdlem21.fibl φ F C 𝐿 1
fourierdlem21.b B = n C F x sin n x dx π
fourierdlem21.n φ N
Assertion fourierdlem21 φ B N x C F x sin N x 𝐿 1 C F x sin N x dx

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fourierdlem21.f φ F :
2 fourierdlem21.c C = π π
3 fourierdlem21.fibl φ F C 𝐿 1
4 fourierdlem21.b B = n C F x sin n x dx π
5 fourierdlem21.n φ N
6 nnnn0 n n 0
7 1 adantr φ x C F :
8 ioossre π π
9 id x C x C
10 9 2 eleqtrdi x C x π π
11 8 10 sseldi x C x
12 11 adantl φ x C x
13 7 12 ffvelrnd φ x C F x
14 13 adantlr φ n 0 x C F x
15 nn0re n 0 n
16 15 adantr n 0 x C n
17 11 adantl n 0 x C x
18 16 17 remulcld n 0 x C n x
19 18 resincld n 0 x C sin n x
20 19 adantll φ n 0 x C sin n x
21 14 20 remulcld φ n 0 x C F x sin n x
22 ioombl π π dom vol
23 2 22 eqeltri C dom vol
24 23 a1i φ n 0 C dom vol
25 eqidd φ n 0 x C sin n x = x C sin n x
26 eqidd φ n 0 x C F x = x C F x
27 24 20 14 25 26 offval2 φ n 0 x C sin n x × f x C F x = x C sin n x F x
28 20 recnd φ n 0 x C sin n x
29 14 recnd φ n 0 x C F x
30 28 29 mulcomd φ n 0 x C sin n x F x = F x sin n x
31 30 mpteq2dva φ n 0 x C sin n x F x = x C F x sin n x
32 27 31 eqtr2d φ n 0 x C F x sin n x = x C sin n x × f x C F x
33 sincn sin : cn
34 33 a1i φ n 0 sin : cn
35 2 8 eqsstri C
36 ax-resscn
37 35 36 sstri C
38 37 a1i n 0 C
39 15 recnd n 0 n
40 ssid
41 40 a1i n 0
42 38 39 41 constcncfg n 0 x C n : C cn
43 38 41 idcncfg n 0 x C x : C cn
44 42 43 mulcncf n 0 x C n x : C cn
45 44 adantl φ n 0 x C n x : C cn
46 34 45 cncfmpt1f φ n 0 x C sin n x : C cn
47 cnmbf C dom vol x C sin n x : C cn x C sin n x MblFn
48 23 46 47 sylancr φ n 0 x C sin n x MblFn
49 1 feqmptd φ F = x F x
50 49 reseq1d φ F C = x F x C
51 resmpt C x F x C = x C F x
52 35 51 mp1i φ x F x C = x C F x
53 50 52 eqtr2d φ x C F x = F C
54 53 3 eqeltrd φ x C F x 𝐿 1
55 54 adantr φ n 0 x C F x 𝐿 1
56 1re 1
57 simpr n 0 y dom x C sin n x y dom x C sin n x
58 nfv x n 0
59 nfmpt1 _ x x C sin n x
60 59 nfdm _ x dom x C sin n x
61 60 nfcri x y dom x C sin n x
62 58 61 nfan x n 0 y dom x C sin n x
63 19 ex n 0 x C sin n x
64 63 adantr n 0 y dom x C sin n x x C sin n x
65 62 64 ralrimi n 0 y dom x C sin n x x C sin n x
66 dmmptg x C sin n x dom x C sin n x = C
67 65 66 syl n 0 y dom x C sin n x dom x C sin n x = C
68 57 67 eleqtrd n 0 y dom x C sin n x y C
69 eqidd n 0 y C x C sin n x = x C sin n x
70 oveq2 x = y n x = n y
71 70 fveq2d x = y sin n x = sin n y
72 71 adantl n 0 y C x = y sin n x = sin n y
73 simpr n 0 y C y C
74 15 adantr n 0 y C n
75 35 73 sseldi n 0 y C y
76 74 75 remulcld n 0 y C n y
77 76 resincld n 0 y C sin n y
78 69 72 73 77 fvmptd n 0 y C x C sin n x y = sin n y
79 78 fveq2d n 0 y C x C sin n x y = sin n y
80 abssinbd n y sin n y 1
81 76 80 syl n 0 y C sin n y 1
82 79 81 eqbrtrd n 0 y C x C sin n x y 1
83 68 82 syldan n 0 y dom x C sin n x x C sin n x y 1
84 83 ralrimiva n 0 y dom x C sin n x x C sin n x y 1
85 breq2 b = 1 x C sin n x y b x C sin n x y 1
86 85 ralbidv b = 1 y dom x C sin n x x C sin n x y b y dom x C sin n x x C sin n x y 1
87 86 rspcev 1 y dom x C sin n x x C sin n x y 1 b y dom x C sin n x x C sin n x y b
88 56 84 87 sylancr n 0 b y dom x C sin n x x C sin n x y b
89 88 adantl φ n 0 b y dom x C sin n x x C sin n x y b
90 bddmulibl x C sin n x MblFn x C F x 𝐿 1 b y dom x C sin n x x C sin n x y b x C sin n x × f x C F x 𝐿 1
91 48 55 89 90 syl3anc φ n 0 x C sin n x × f x C F x 𝐿 1
92 32 91 eqeltrd φ n 0 x C F x sin n x 𝐿 1
93 21 92 itgrecl φ n 0 C F x sin n x dx
94 6 93 sylan2 φ n C F x sin n x dx
95 pire π
96 95 a1i φ n π
97 0re 0
98 pipos 0 < π
99 97 98 gtneii π 0
100 99 a1i φ n π 0
101 94 96 100 redivcld φ n C F x sin n x dx π
102 101 4 fmptd φ B :
103 102 5 ffvelrnd φ B N
104 5 nnnn0d φ N 0
105 eleq1 n = N n 0 N 0
106 105 anbi2d n = N φ n 0 φ N 0
107 simpl n = N x C n = N
108 107 oveq1d n = N x C n x = N x
109 108 fveq2d n = N x C sin n x = sin N x
110 109 oveq2d n = N x C F x sin n x = F x sin N x
111 110 mpteq2dva n = N x C F x sin n x = x C F x sin N x
112 111 eleq1d n = N x C F x sin n x 𝐿 1 x C F x sin N x 𝐿 1
113 106 112 imbi12d n = N φ n 0 x C F x sin n x 𝐿 1 φ N 0 x C F x sin N x 𝐿 1
114 113 92 vtoclg N 0 φ N 0 x C F x sin N x 𝐿 1
115 114 anabsi7 φ N 0 x C F x sin N x 𝐿 1
116 104 115 mpdan φ x C F x sin N x 𝐿 1
117 5 ancli φ φ N
118 eleq1 n = N n N
119 118 anbi2d n = N φ n φ N
120 110 itgeq2dv n = N C F x sin n x dx = C F x sin N x dx
121 120 eleq1d n = N C F x sin n x dx C F x sin N x dx
122 119 121 imbi12d n = N φ n C F x sin n x dx φ N C F x sin N x dx
123 122 94 vtoclg N φ N C F x sin N x dx
124 5 117 123 sylc φ C F x sin N x dx
125 103 116 124 jca31 φ B N x C F x sin N x 𝐿 1 C F x sin N x dx