Metamath Proof Explorer


Theorem fourierdlem80

Description: The derivative of O is bounded on the given interval. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses fourierdlem80.f φF:
fourierdlem80.xre φX
fourierdlem80.a φA
fourierdlem80.b φB
fourierdlem80.ab φABππ
fourierdlem80.n0 φ¬0AB
fourierdlem80.c φC
fourierdlem80.o O=sABFX+sC2sins2
fourierdlem80.i I=X+SjX+Sj+1
fourierdlem80.fbdioo φj0..^NwtIFtw
fourierdlem80.fdvbdioo φj0..^NztIFItz
fourierdlem80.sf φS:0NAB
fourierdlem80.slt φj0..^NSj<Sj+1
fourierdlem80.sjss φj0..^NSjSj+1AB
fourierdlem80.relioo φrAB¬rranSk0..^NrSkSk+1
fdv φj0..^NFI:I
fourierdlem80.y Y=sSjSj+1FX+sC2sins2
fourierdlem80.ch χφj0..^NwztIFtwtIFItz
Assertion fourierdlem80 φbsdomOOsb

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fourierdlem80.f φF:
2 fourierdlem80.xre φX
3 fourierdlem80.a φA
4 fourierdlem80.b φB
5 fourierdlem80.ab φABππ
6 fourierdlem80.n0 φ¬0AB
7 fourierdlem80.c φC
8 fourierdlem80.o O=sABFX+sC2sins2
9 fourierdlem80.i I=X+SjX+Sj+1
10 fourierdlem80.fbdioo φj0..^NwtIFtw
11 fourierdlem80.fdvbdioo φj0..^NztIFItz
12 fourierdlem80.sf φS:0NAB
13 fourierdlem80.slt φj0..^NSj<Sj+1
14 fourierdlem80.sjss φj0..^NSjSj+1AB
15 fourierdlem80.relioo φrAB¬rranSk0..^NrSkSk+1
16 fdv φj0..^NFI:I
17 fourierdlem80.y Y=sSjSj+1FX+sC2sins2
18 fourierdlem80.ch χφj0..^NwztIFtwtIFItz
19 oveq2 s=tX+s=X+t
20 19 fveq2d s=tFX+s=FX+t
21 20 oveq1d s=tFX+sC=FX+tC
22 oveq1 s=ts2=t2
23 22 fveq2d s=tsins2=sint2
24 23 oveq2d s=t2sins2=2sint2
25 21 24 oveq12d s=tFX+sC2sins2=FX+tC2sint2
26 25 cbvmptv sABFX+sC2sins2=tABFX+tC2sint2
27 8 26 eqtr2i tABFX+tC2sint2=O
28 27 oveq2i dtABFX+tC2sint2dt=DO
29 28 dmeqi domdtABFX+tC2sint2dt=domO
30 29 ineq2i ranSdomdtABFX+tC2sint2dt=ranSdomO
31 30 sneqi ranSdomdtABFX+tC2sint2dt=ranSdomO
32 31 uneq1i ranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1=ranSdomOranj0..^NSjSj+1
33 snfi ranSdomOFin
34 fzofi 0..^NFin
35 eqid j0..^NSjSj+1=j0..^NSjSj+1
36 35 rnmptfi 0..^NFinranj0..^NSjSj+1Fin
37 34 36 ax-mp ranj0..^NSjSj+1Fin
38 unfi ranSdomOFinranj0..^NSjSj+1FinranSdomOranj0..^NSjSj+1Fin
39 33 37 38 mp2an ranSdomOranj0..^NSjSj+1Fin
40 39 a1i φranSdomOranj0..^NSjSj+1Fin
41 32 40 eqeltrid φranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1Fin
42 id sranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1sranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1
43 32 unieqi ranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1=ranSdomOranj0..^NSjSj+1
44 42 43 eleqtrdi sranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1sranSdomOranj0..^NSjSj+1
45 simpl φsranSdomOranj0..^NSjSj+1φ
46 uniun ranSdomOranj0..^NSjSj+1=ranSdomOranj0..^NSjSj+1
47 46 eleq2i sranSdomOranj0..^NSjSj+1sranSdomOranj0..^NSjSj+1
48 elun sranSdomOranj0..^NSjSj+1sranSdomOsranj0..^NSjSj+1
49 47 48 sylbb sranSdomOranj0..^NSjSj+1sranSdomOsranj0..^NSjSj+1
50 49 adantl φsranSdomOranj0..^NSjSj+1sranSdomOsranj0..^NSjSj+1
51 ovex 0NV
52 51 a1i φ0NV
53 12 52 fexd φSV
54 rnexg SVranSV
55 53 54 syl φranSV
56 inex1g ranSVranSdomOV
57 55 56 syl φranSdomOV
58 unisng ranSdomOVranSdomO=ranSdomO
59 57 58 syl φranSdomO=ranSdomO
60 59 eleq2d φsranSdomOsranSdomO
61 60 adantr φsranSdomOranj0..^NSjSj+1sranSdomOsranSdomO
62 61 orbi1d φsranSdomOranj0..^NSjSj+1sranSdomOsranj0..^NSjSj+1sranSdomOsranj0..^NSjSj+1
63 50 62 mpbid φsranSdomOranj0..^NSjSj+1sranSdomOsranj0..^NSjSj+1
64 dvf O:domO
65 64 a1i sranSdomOO:domO
66 elinel2 sranSdomOsdomO
67 65 66 ffvelcdmd sranSdomOOs
68 67 adantl φsranSdomOOs
69 ovex SjSj+1V
70 69 dfiun3 j0..^NSjSj+1=ranj0..^NSjSj+1
71 70 eleq2i sj0..^NSjSj+1sranj0..^NSjSj+1
72 71 biimpri sranj0..^NSjSj+1sj0..^NSjSj+1
73 72 adantl φsranj0..^NSjSj+1sj0..^NSjSj+1
74 eliun sj0..^NSjSj+1j0..^NsSjSj+1
75 73 74 sylib φsranj0..^NSjSj+1j0..^NsSjSj+1
76 nfv jφ
77 nfmpt1 _jj0..^NSjSj+1
78 77 nfrn _jranj0..^NSjSj+1
79 78 nfuni _jranj0..^NSjSj+1
80 79 nfcri jsranj0..^NSjSj+1
81 76 80 nfan jφsranj0..^NSjSj+1
82 nfv jOs
83 64 a1i φj0..^NsSjSj+1O:domO
84 8 reseq1i OSjSj+1=sABFX+sC2sins2SjSj+1
85 ioossicc SjSj+1SjSj+1
86 85 14 sstrid φj0..^NSjSj+1AB
87 86 resmptd φj0..^NsABFX+sC2sins2SjSj+1=sSjSj+1FX+sC2sins2
88 84 87 eqtrid φj0..^NOSjSj+1=sSjSj+1FX+sC2sins2
89 17 88 eqtr4id φj0..^NY=OSjSj+1
90 89 oveq2d φj0..^NDY=DOSjSj+1
91 ax-resscn
92 91 a1i φ
93 1 adantr φsABF:
94 2 adantr φsABX
95 3 4 iccssred φAB
96 95 sselda φsABs
97 94 96 readdcld φsABX+s
98 93 97 ffvelcdmd φsABFX+s
99 98 recnd φsABFX+s
100 7 recnd φC
101 100 adantr φsABC
102 99 101 subcld φsABFX+sC
103 2cnd φsAB2
104 95 92 sstrd φAB
105 104 sselda φsABs
106 105 halfcld φsABs2
107 106 sincld φsABsins2
108 103 107 mulcld φsAB2sins2
109 2ne0 20
110 109 a1i φsAB20
111 5 sselda φsABsππ
112 eqcom s=00=s
113 112 biimpi s=00=s
114 113 adantl sABs=00=s
115 simpl sABs=0sAB
116 114 115 eqeltrd sABs=00AB
117 116 adantll φsABs=00AB
118 6 ad2antrr φsABs=0¬0AB
119 117 118 pm2.65da φsAB¬s=0
120 119 neqned φsABs0
121 fourierdlem44 sππs0sins20
122 111 120 121 syl2anc φsABsins20
123 103 107 110 122 mulne0d φsAB2sins20
124 102 108 123 divcld φsABFX+sC2sins2
125 124 8 fmptd φO:AB
126 ioossre SjSj+1
127 126 a1i φSjSj+1
128 eqid TopOpenfld=TopOpenfld
129 128 tgioo2 topGenran.=TopOpenfld𝑡
130 128 129 dvres O:ABABSjSj+1DOSjSj+1=OinttopGenran.SjSj+1
131 92 125 95 127 130 syl22anc φDOSjSj+1=OinttopGenran.SjSj+1
132 ioontr inttopGenran.SjSj+1=SjSj+1
133 132 reseq2i OinttopGenran.SjSj+1=OSjSj+1
134 131 133 eqtrdi φDOSjSj+1=OSjSj+1
135 134 adantr φj0..^NDOSjSj+1=OSjSj+1
136 90 135 eqtr2d φj0..^NOSjSj+1=DY
137 136 dmeqd φj0..^NdomOSjSj+1=domY
138 1 adantr φj0..^NF:
139 2 adantr φj0..^NX
140 95 adantr φj0..^NAB
141 12 adantr φj0..^NS:0NAB
142 elfzofz j0..^Nj0N
143 142 adantl φj0..^Nj0N
144 141 143 ffvelcdmd φj0..^NSjAB
145 140 144 sseldd φj0..^NSj
146 fzofzp1 j0..^Nj+10N
147 146 adantl φj0..^Nj+10N
148 141 147 ffvelcdmd φj0..^NSj+1AB
149 140 148 sseldd φj0..^NSj+1
150 9 feq2i FI:IFI:X+SjX+Sj+1
151 16 150 sylib φj0..^NFI:X+SjX+Sj+1
152 9 reseq2i FI=FX+SjX+Sj+1
153 152 oveq2i DFI=DFX+SjX+Sj+1
154 153 feq1i FI:X+SjX+Sj+1FX+SjX+Sj+1:X+SjX+Sj+1
155 151 154 sylib φj0..^NFX+SjX+Sj+1:X+SjX+Sj+1
156 5 adantr φj0..^NABππ
157 86 156 sstrd φj0..^NSjSj+1ππ
158 6 adantr φj0..^N¬0AB
159 86 158 ssneldd φj0..^N¬0SjSj+1
160 7 adantr φj0..^NC
161 138 139 145 149 155 157 159 160 17 fourierdlem57 φj0..^NY:SjSj+1DY=sSjSj+1FX+SjX+Sj+1X+s2sins2coss2FX+sC2sins22dsSjSj+12sins2ds=sSjSj+1coss2
162 161 simpli φj0..^NY:SjSj+1DY=sSjSj+1FX+SjX+Sj+1X+s2sins2coss2FX+sC2sins22
163 162 simpld φj0..^NY:SjSj+1
164 fdm Y:SjSj+1domY=SjSj+1
165 163 164 syl φj0..^NdomY=SjSj+1
166 137 165 eqtr2d φj0..^NSjSj+1=domOSjSj+1
167 resss OSjSj+1DO
168 dmss OSjSj+1DOdomOSjSj+1domO
169 167 168 mp1i φj0..^NdomOSjSj+1domO
170 166 169 eqsstrd φj0..^NSjSj+1domO
171 170 3adant3 φj0..^NsSjSj+1SjSj+1domO
172 simp3 φj0..^NsSjSj+1sSjSj+1
173 171 172 sseldd φj0..^NsSjSj+1sdomO
174 83 173 ffvelcdmd φj0..^NsSjSj+1Os
175 174 3exp φj0..^NsSjSj+1Os
176 175 adantr φsranj0..^NSjSj+1j0..^NsSjSj+1Os
177 81 82 176 rexlimd φsranj0..^NSjSj+1j0..^NsSjSj+1Os
178 75 177 mpd φsranj0..^NSjSj+1Os
179 68 178 jaodan φsranSdomOsranj0..^NSjSj+1Os
180 45 63 179 syl2anc φsranSdomOranj0..^NSjSj+1Os
181 180 abscld φsranSdomOranj0..^NSjSj+1Os
182 44 181 sylan2 φsranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1Os
183 id rranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1rranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1
184 183 32 eleqtrdi rranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1rranSdomOranj0..^NSjSj+1
185 elsni rranSdomOr=ranSdomO
186 simpr φr=ranSdomOr=ranSdomO
187 fzfid φ0NFin
188 rnffi S:0NAB0NFinranSFin
189 12 187 188 syl2anc φranSFin
190 infi ranSFinranSdomOFin
191 189 190 syl φranSdomOFin
192 191 adantr φr=ranSdomOranSdomOFin
193 186 192 eqeltrd φr=ranSdomOrFin
194 nfv sφ
195 nfcv _sranS
196 nfcv _s
197 nfcv _sD
198 nfmpt1 _ssABFX+sC2sins2
199 8 198 nfcxfr _sO
200 196 197 199 nfov _sO
201 200 nfdm _sdomO
202 195 201 nfin _sranSdomO
203 202 nfeq2 sr=ranSdomO
204 194 203 nfan sφr=ranSdomO
205 simpr r=ranSdomOsrsr
206 simpl r=ranSdomOsrr=ranSdomO
207 205 206 eleqtrd r=ranSdomOsrsranSdomO
208 207 66 syl r=ranSdomOsrsdomO
209 208 adantll φr=ranSdomOsrsdomO
210 64 ffvelcdmi sdomOOs
211 210 abscld sdomOOs
212 209 211 syl φr=ranSdomOsrOs
213 212 ex φr=ranSdomOsrOs
214 204 213 ralrimi φr=ranSdomOsrOs
215 fimaxre3 rFinsrOsysrOsy
216 193 214 215 syl2anc φr=ranSdomOysrOsy
217 185 216 sylan2 φrranSdomOysrOsy
218 217 adantlr φrranSdomOranj0..^NSjSj+1rranSdomOysrOsy
219 simpll φrranSdomOranj0..^NSjSj+1¬rranSdomOφ
220 elunnel1 rranSdomOranj0..^NSjSj+1¬rranSdomOrranj0..^NSjSj+1
221 220 adantll φrranSdomOranj0..^NSjSj+1¬rranSdomOrranj0..^NSjSj+1
222 vex rV
223 35 elrnmpt rVrranj0..^NSjSj+1j0..^Nr=SjSj+1
224 222 223 ax-mp rranj0..^NSjSj+1j0..^Nr=SjSj+1
225 224 biimpi rranj0..^NSjSj+1j0..^Nr=SjSj+1
226 225 adantl φrranj0..^NSjSj+1j0..^Nr=SjSj+1
227 78 nfcri jrranj0..^NSjSj+1
228 76 227 nfan jφrranj0..^NSjSj+1
229 nfv jysrOsy
230 reeanv wztIFtwtIFItzwtIFtwztIFItz
231 10 11 230 sylanbrc φj0..^NwztIFtwtIFItz
232 simp1 φj0..^NwztIFtwtIFItzφj0..^N
233 simp2l φj0..^NwztIFtwtIFItzw
234 simp2r φj0..^NwztIFtwtIFItzz
235 232 233 234 jca31 φj0..^NwztIFtwtIFItzφj0..^Nwz
236 simp3l φj0..^NwztIFtwtIFItztIFtw
237 simp3r φj0..^NwztIFtwtIFItztIFItz
238 235 236 237 jca31 φj0..^NwztIFtwtIFItzφj0..^NwztIFtwtIFItz
239 238 18 sylibr φj0..^NwztIFtwtIFItzχ
240 18 biimpi χφj0..^NwztIFtwtIFItz
241 simp-5l φj0..^NwztIFtwtIFItzφ
242 240 241 syl χφ
243 242 1 syl χF:
244 242 2 syl χX
245 simp-4l φj0..^NwztIFtwtIFItzφj0..^N
246 240 245 syl χφj0..^N
247 246 145 syl χSj
248 246 149 syl χSj+1
249 246 13 syl χSj<Sj+1
250 14 156 sstrd φj0..^NSjSj+1ππ
251 246 250 syl χSjSj+1ππ
252 14 158 ssneldd φj0..^N¬0SjSj+1
253 246 252 syl χ¬0SjSj+1
254 246 155 syl χFX+SjX+Sj+1:X+SjX+Sj+1
255 simp-4r φj0..^NwztIFtwtIFItzw
256 240 255 syl χw
257 240 simplrd χtIFtw
258 id tX+SjX+Sj+1tX+SjX+Sj+1
259 258 9 eleqtrrdi tX+SjX+Sj+1tI
260 rspa tIFtwtIFtw
261 257 259 260 syl2an χtX+SjX+Sj+1Ftw
262 simpllr φj0..^NwztIFtwtIFItzz
263 240 262 syl χz
264 153 fveq1i FIt=FX+SjX+Sj+1t
265 264 fveq2i FIt=FX+SjX+Sj+1t
266 240 simprd χtIFItz
267 266 r19.21bi χtIFItz
268 265 267 eqbrtrrid χtIFX+SjX+Sj+1tz
269 259 268 sylan2 χtX+SjX+Sj+1FX+SjX+Sj+1tz
270 242 7 syl χC
271 243 244 247 248 249 251 253 254 256 261 263 269 270 17 fourierdlem68 χdomY=SjSj+1ysdomYYsy
272 271 simprd χysdomYYsy
273 271 simpld χdomY=SjSj+1
274 273 raleqdv χsdomYYsysSjSj+1Ysy
275 274 rexbidv χysdomYYsyysSjSj+1Ysy
276 272 275 mpbid χysSjSj+1Ysy
277 132 eqcomi SjSj+1=inttopGenran.SjSj+1
278 277 reseq2i OSjSj+1=OinttopGenran.SjSj+1
279 278 fveq1i OSjSj+1s=OinttopGenran.SjSj+1s
280 fvres sSjSj+1OSjSj+1s=Os
281 280 adantl χsSjSj+1OSjSj+1s=Os
282 246 86 syl χSjSj+1AB
283 282 resmptd χsABFX+sC2sins2SjSj+1=sSjSj+1FX+sC2sins2
284 84 283 eqtrid χOSjSj+1=sSjSj+1FX+sC2sins2
285 17 284 eqtr4id χY=OSjSj+1
286 285 oveq2d χDY=DOSjSj+1
287 286 fveq1d χYs=OSjSj+1s
288 131 fveq1d φOSjSj+1s=OinttopGenran.SjSj+1s
289 242 288 syl χOSjSj+1s=OinttopGenran.SjSj+1s
290 287 289 eqtr2d χOinttopGenran.SjSj+1s=Ys
291 290 adantr χsSjSj+1OinttopGenran.SjSj+1s=Ys
292 279 281 291 3eqtr3a χsSjSj+1Os=Ys
293 292 fveq2d χsSjSj+1Os=Ys
294 293 breq1d χsSjSj+1OsyYsy
295 294 ralbidva χsSjSj+1OsysSjSj+1Ysy
296 295 rexbidv χysSjSj+1OsyysSjSj+1Ysy
297 276 296 mpbird χysSjSj+1Osy
298 239 297 syl φj0..^NwztIFtwtIFItzysSjSj+1Osy
299 298 3exp φj0..^NwztIFtwtIFItzysSjSj+1Osy
300 299 rexlimdvv φj0..^NwztIFtwtIFItzysSjSj+1Osy
301 231 300 mpd φj0..^NysSjSj+1Osy
302 301 3adant3 φj0..^Nr=SjSj+1ysSjSj+1Osy
303 raleq r=SjSj+1srOsysSjSj+1Osy
304 303 3ad2ant3 φj0..^Nr=SjSj+1srOsysSjSj+1Osy
305 304 rexbidv φj0..^Nr=SjSj+1ysrOsyysSjSj+1Osy
306 302 305 mpbird φj0..^Nr=SjSj+1ysrOsy
307 306 3exp φj0..^Nr=SjSj+1ysrOsy
308 307 adantr φrranj0..^NSjSj+1j0..^Nr=SjSj+1ysrOsy
309 228 229 308 rexlimd φrranj0..^NSjSj+1j0..^Nr=SjSj+1ysrOsy
310 226 309 mpd φrranj0..^NSjSj+1ysrOsy
311 219 221 310 syl2anc φrranSdomOranj0..^NSjSj+1¬rranSdomOysrOsy
312 218 311 pm2.61dan φrranSdomOranj0..^NSjSj+1ysrOsy
313 184 312 sylan2 φrranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1ysrOsy
314 pm3.22 rdomOrranSrranSrdomO
315 elin rranSdomOrranSrdomO
316 314 315 sylibr rdomOrranSrranSdomO
317 316 adantll φrdomOrranSrranSdomO
318 59 eqcomd φranSdomO=ranSdomO
319 318 ad2antrr φrdomOrranSranSdomO=ranSdomO
320 317 319 eleqtrd φrdomOrranSrranSdomO
321 320 orcd φrdomOrranSrranSdomOrranj0..^NSjSj+1
322 simpll φrdomO¬rranSφ
323 91 a1i φrdomO
324 125 adantr φrdomOO:AB
325 3 adantr φrdomOA
326 4 adantr φrdomOB
327 325 326 iccssred φrdomOAB
328 323 324 327 dvbss φrdomOdomOAB
329 simpr φrdomOrdomO
330 328 329 sseldd φrdomOrAB
331 330 adantr φrdomO¬rranSrAB
332 simpr φrdomO¬rranS¬rranS
333 fveq2 j=kSj=Sk
334 oveq1 j=kj+1=k+1
335 334 fveq2d j=kSj+1=Sk+1
336 333 335 oveq12d j=kSjSj+1=SkSk+1
337 ovex SkSk+1V
338 336 35 337 fvmpt k0..^Nj0..^NSjSj+1k=SkSk+1
339 338 eleq2d k0..^Nrj0..^NSjSj+1krSkSk+1
340 339 rexbiia k0..^Nrj0..^NSjSj+1kk0..^NrSkSk+1
341 15 340 sylibr φrAB¬rranSk0..^Nrj0..^NSjSj+1k
342 69 35 dmmpti domj0..^NSjSj+1=0..^N
343 342 rexeqi kdomj0..^NSjSj+1rj0..^NSjSj+1kk0..^Nrj0..^NSjSj+1k
344 341 343 sylibr φrAB¬rranSkdomj0..^NSjSj+1rj0..^NSjSj+1k
345 322 331 332 344 syl21anc φrdomO¬rranSkdomj0..^NSjSj+1rj0..^NSjSj+1k
346 funmpt Funj0..^NSjSj+1
347 elunirn Funj0..^NSjSj+1rranj0..^NSjSj+1kdomj0..^NSjSj+1rj0..^NSjSj+1k
348 346 347 mp1i φrdomO¬rranSrranj0..^NSjSj+1kdomj0..^NSjSj+1rj0..^NSjSj+1k
349 345 348 mpbird φrdomO¬rranSrranj0..^NSjSj+1
350 349 olcd φrdomO¬rranSrranSdomOrranj0..^NSjSj+1
351 321 350 pm2.61dan φrdomOrranSdomOrranj0..^NSjSj+1
352 elun rranSdomOranj0..^NSjSj+1rranSdomOrranj0..^NSjSj+1
353 351 352 sylibr φrdomOrranSdomOranj0..^NSjSj+1
354 353 46 eleqtrrdi φrdomOrranSdomOranj0..^NSjSj+1
355 354 ralrimiva φrdomOrranSdomOranj0..^NSjSj+1
356 dfss3 domOranSdomOranj0..^NSjSj+1rdomOrranSdomOranj0..^NSjSj+1
357 355 356 sylibr φdomOranSdomOranj0..^NSjSj+1
358 357 43 sseqtrrdi φdomOranSdomdtABFX+tC2sint2dtranj0..^NSjSj+1
359 41 182 313 358 ssfiunibd φbsdomOOsb