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Theorem fourierdlem87

Description: The integral of G goes uniformly ( with respect to n ) to zero if the measure of the domain of integration goes to zero. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses fourierdlem87.f φF:
fourierdlem87.x φX
fourierdlem87.y φY
fourierdlem87.w φW
fourierdlem87.h H=sππifs=00FX+sif0<sYWs
fourierdlem87.k K=sππifs=01s2sins2
fourierdlem87.u U=sππHsKs
fourierdlem87.s S=sππsinn+12s
fourierdlem87.g G=sππUsSs
fourierdlem87.10 φxsππHsx
fourierdlem87.gibl φnG𝐿1
fourierdlem87.d D=e3a
fourierdlem87.ch χφe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDn
Assertion fourierdlem87 φe+d+udomvoluππvoludkuUssink+12sds<e2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fourierdlem87.f φF:
2 fourierdlem87.x φX
3 fourierdlem87.y φY
4 fourierdlem87.w φW
5 fourierdlem87.h H=sππifs=00FX+sif0<sYWs
6 fourierdlem87.k K=sππifs=01s2sins2
7 fourierdlem87.u U=sππHsKs
8 fourierdlem87.s S=sππsinn+12s
9 fourierdlem87.g G=sππUsSs
10 fourierdlem87.10 φxsππHsx
11 fourierdlem87.gibl φnG𝐿1
12 fourierdlem87.d D=e3a
13 fourierdlem87.ch χφe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDn
14 1 2 3 4 5 6 7 10 fourierdlem77 φa+sππUsa
15 nfv sφa+
16 nfra1 ssππUsa
17 15 16 nfan sφa+sππUsa
18 nfv sn
19 17 18 nfan sφa+sππUsan
20 simp-4l φa+sππUsansππφ
21 simp-4r φa+sππUsansππa+
22 simplr φa+sππUsansππn
23 20 21 22 jca31 φa+sππUsansππφa+n
24 simpr φa+sππUsansππsππ
25 simpllr φa+sππUsansππsππUsa
26 rspa sππUsasππUsa
27 25 24 26 syl2anc φa+sππUsansππUsa
28 simpr φnsππsππ
29 1 2 3 4 5 6 7 fourierdlem55 φU:ππ
30 29 ffvelcdmda φsππUs
31 30 adantlr φnsππUs
32 nnre nn
33 8 fourierdlem5 nS:ππ
34 32 33 syl nS:ππ
35 34 ad2antlr φnsππS:ππ
36 35 28 ffvelcdmd φnsππSs
37 31 36 remulcld φnsππUsSs
38 9 fvmpt2 sππUsSsGs=UsSs
39 28 37 38 syl2anc φnsππGs=UsSs
40 simpr nsππsππ
41 halfre 12
42 41 a1i n12
43 32 42 readdcld nn+12
44 43 adantr nsππn+12
45 pire π
46 45 renegcli π
47 iccssre ππππ
48 46 45 47 mp2an ππ
49 48 sseli sππs
50 49 adantl nsππs
51 44 50 remulcld nsππn+12s
52 51 resincld nsππsinn+12s
53 8 fvmpt2 sππsinn+12sSs=sinn+12s
54 40 52 53 syl2anc nsππSs=sinn+12s
55 54 oveq2d nsππUsSs=Ussinn+12s
56 55 adantll φnsππUsSs=Ussinn+12s
57 39 56 eqtrd φnsππGs=Ussinn+12s
58 57 fveq2d φnsππGs=Ussinn+12s
59 31 recnd φnsππUs
60 52 adantll φnsππsinn+12s
61 60 recnd φnsππsinn+12s
62 59 61 absmuld φnsππUssinn+12s=Ussinn+12s
63 58 62 eqtrd φnsππGs=Ussinn+12s
64 63 adantllr φa+nsππGs=Ussinn+12s
65 64 adantr φa+nsππUsaGs=Ussinn+12s
66 59 abscld φnsππUs
67 61 abscld φnsππsinn+12s
68 66 67 remulcld φnsππUssinn+12s
69 68 adantllr φa+nsππUssinn+12s
70 69 adantr φa+nsππUsaUssinn+12s
71 66 adantllr φa+nsππUs
72 71 adantr φa+nsππUsaUs
73 rpre a+a
74 73 ad4antlr φa+nsππUsaa
75 1red φnsππ1
76 59 absge0d φnsππ0Us
77 51 adantll φnsππn+12s
78 abssinbd n+12ssinn+12s1
79 77 78 syl φnsππsinn+12s1
80 67 75 66 76 79 lemul2ad φnsππUssinn+12sUs1
81 66 recnd φnsππUs
82 81 mulridd φnsππUs1=Us
83 80 82 breqtrd φnsππUssinn+12sUs
84 83 adantllr φa+nsππUssinn+12sUs
85 84 adantr φa+nsππUsaUssinn+12sUs
86 simpr φa+nsππUsaUsa
87 70 72 74 85 86 letrd φa+nsππUsaUssinn+12sa
88 65 87 eqbrtrd φa+nsππUsaGsa
89 23 24 27 88 syl21anc φa+sππUsansππGsa
90 89 ex φa+sππUsansππGsa
91 19 90 ralrimi φa+sππUsansππGsa
92 91 ralrimiva φa+sππUsansππGsa
93 92 ex φa+sππUsansππGsa
94 93 reximdva φa+sππUsaa+nsππGsa
95 14 94 mpd φa+nsππGsa
96 95 adantr φe+a+nsππGsa
97 id e+e+
98 3rp 3+
99 98 a1i e+3+
100 97 99 rpdivcld e+e3+
101 100 adantr e+a+e3+
102 simpr e+a+a+
103 101 102 rpdivcld e+a+e3a+
104 12 103 eqeltrid e+a+D+
105 104 adantll φe+a+D+
106 105 3adant3 φe+a+nsππGsaD+
107 nfv nφe+
108 nfv na+
109 nfra1 nnsππGsa
110 107 108 109 nf3an nφe+a+nsππGsa
111 nfv nudomvol
112 110 111 nfan nφe+a+nsππGsaudomvol
113 nfv nuππvoluD
114 112 113 nfan nφe+a+nsππGsaudomvoluππvoluD
115 simpl1l φe+a+nsππGsaudomvolφ
116 115 ad2antrr φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnφ
117 13 116 sylbi χφ
118 117 1 syl χF:
119 117 2 syl χX
120 117 3 syl χY
121 117 4 syl χW
122 32 adantl φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnn
123 13 122 sylbi χn
124 118 119 120 121 5 6 7 123 8 9 fourierdlem67 χG:ππ
125 124 adantr χsuG:ππ
126 simplrl φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnuππ
127 13 126 sylbi χuππ
128 127 sselda χsusππ
129 125 128 ffvelcdmd χsuGs
130 simpllr φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnudomvol
131 13 130 sylbi χudomvol
132 124 ffvelcdmda χsππGs
133 124 feqmptd χG=sππGs
134 13 simprbi χn
135 117 134 11 syl2anc χG𝐿1
136 133 135 eqeltrrd χsππGs𝐿1
137 127 131 132 136 iblss χsuGs𝐿1
138 129 137 itgcl χuGsds
139 138 abscld χuGsds
140 129 recnd χsuGs
141 140 abscld χsuGs
142 129 137 iblabs χsuGs𝐿1
143 141 142 itgrecl χuGsds
144 simpl1r φe+a+nsππGsaudomvole+
145 144 ad2antrr φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDne+
146 13 145 sylbi χe+
147 146 rpred χe
148 147 rehalfcld χe2
149 129 137 itgabs χuGsdsuGsds
150 simpl2 φe+a+nsππGsaudomvola+
151 150 ad2antrr φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDna+
152 13 151 sylbi χa+
153 152 rpred χa
154 153 adantr χsua
155 iccssxr 0+∞*
156 volf vol:domvol0+∞
157 156 a1i χvol:domvol0+∞
158 157 131 ffvelcdmd χvolu0+∞
159 155 158 sselid χvolu*
160 iccvolcl ππvolππ
161 46 45 160 mp2an volππ
162 161 a1i χvolππ
163 mnfxr −∞*
164 163 a1i χ−∞*
165 0xr 0*
166 165 a1i χ0*
167 mnflt0 −∞<0
168 167 a1i χ−∞<0
169 volge0 udomvol0volu
170 131 169 syl χ0volu
171 164 166 159 168 170 xrltletrd χ−∞<volu
172 iccmbl ππππdomvol
173 46 45 172 mp2an ππdomvol
174 173 a1i χππdomvol
175 volss udomvolππdomvoluππvoluvolππ
176 131 174 127 175 syl3anc χvoluvolππ
177 xrre volu*volππ−∞<voluvoluvolππvolu
178 159 162 171 176 177 syl22anc χvolu
179 152 rpcnd χa
180 iblconstmpt udomvolvoluasua𝐿1
181 131 178 179 180 syl3anc χsua𝐿1
182 154 181 itgrecl χuads
183 simpl3 φe+a+nsππGsaudomvolnsππGsa
184 183 ad2antrr φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnnsππGsa
185 13 184 sylbi χnsππGsa
186 rspa nsππGsansππGsa
187 185 134 186 syl2anc χsππGsa
188 187 adantr χsusππGsa
189 rspa sππGsasππGsa
190 188 128 189 syl2anc χsuGsa
191 142 181 141 154 190 itgle χuGsdsuads
192 itgconst udomvolvoluauads=avolu
193 131 178 179 192 syl3anc χuads=avolu
194 153 178 remulcld χavolu
195 3re 3
196 195 a1i χ3
197 3ne0 30
198 197 a1i χ30
199 147 196 198 redivcld χe3
200 152 rpne0d χa0
201 199 153 200 redivcld χe3a
202 12 201 eqeltrid χD
203 153 202 remulcld χaD
204 152 rpge0d χ0a
205 simplrr φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnvoluD
206 13 205 sylbi χvoluD
207 178 202 153 204 206 lemul2ad χavoluaD
208 12 oveq2i aD=ae3a
209 199 recnd χe3
210 209 179 200 divcan2d χae3a=e3
211 208 210 eqtrid χaD=e3
212 2rp 2+
213 212 a1i χ2+
214 98 a1i χ3+
215 2lt3 2<3
216 215 a1i χ2<3
217 213 214 146 216 ltdiv2dd χe3<e2
218 211 217 eqbrtrd χaD<e2
219 194 203 148 207 218 lelttrd χavolu<e2
220 193 219 eqbrtrd χuads<e2
221 143 182 148 191 220 lelttrd χuGsds<e2
222 139 143 148 149 221 lelttrd χuGsds<e2
223 13 222 sylbir φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnuGsds<e2
224 223 ex φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnuGsds<e2
225 114 224 ralrimi φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnuGsds<e2
226 225 ex φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnuGsds<e2
227 226 ralrimiva φe+a+nsππGsaudomvoluππvoluDnuGsds<e2
228 breq2 d=DvoludvoluD
229 228 anbi2d d=DuππvoluduππvoluD
230 229 rspceaimv D+udomvoluππvoluDnuGsds<e2d+udomvoluππvoludnuGsds<e2
231 106 227 230 syl2anc φe+a+nsππGsad+udomvoluππvoludnuGsds<e2
232 231 rexlimdv3a φe+a+nsππGsad+udomvoluππvoludnuGsds<e2
233 96 232 mpd φe+d+udomvoluππvoludnuGsds<e2
234 simplll φuππnsuφ
235 simplr φuππnsun
236 simpllr φuππnsuuππ
237 simpr φuππnsusu
238 236 237 sseldd φuππnsusππ
239 234 235 238 57 syl21anc φuππnsuGs=Ussinn+12s
240 239 itgeq2dv φuππnuGsds=uUssinn+12sds
241 240 fveq2d φuππnuGsds=uUssinn+12sds
242 241 breq1d φuππnuGsds<e2uUssinn+12sds<e2
243 242 ralbidva φuππnuGsds<e2nuUssinn+12sds<e2
244 oveq1 n=kn+12=k+12
245 244 oveq1d n=kn+12s=k+12s
246 245 fveq2d n=ksinn+12s=sink+12s
247 246 oveq2d n=kUssinn+12s=Ussink+12s
248 247 adantr n=ksuUssinn+12s=Ussink+12s
249 248 itgeq2dv n=kuUssinn+12sds=uUssink+12sds
250 249 fveq2d n=kuUssinn+12sds=uUssink+12sds
251 250 breq1d n=kuUssinn+12sds<e2uUssink+12sds<e2
252 251 cbvralvw nuUssinn+12sds<e2kuUssink+12sds<e2
253 243 252 bitrdi φuππnuGsds<e2kuUssink+12sds<e2
254 253 adantrr φuππvoludnuGsds<e2kuUssink+12sds<e2
255 254 pm5.74da φuππvoludnuGsds<e2uππvoludkuUssink+12sds<e2
256 255 rexralbidv φd+udomvoluππvoludnuGsds<e2d+udomvoluππvoludkuUssink+12sds<e2
257 256 adantr φe+d+udomvoluππvoludnuGsds<e2d+udomvoluππvoludkuUssink+12sds<e2
258 233 257 mpbid φe+d+udomvoluππvoludkuUssink+12sds<e2