Metamath Proof Explorer


Theorem fourierdlem89

Description: Given a piecewise continuous function and changing the interval and the partition, the limit at the lower bound of each interval of the moved partition is still finite. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses fourierdlem89.p P=mp0m|p0=Apm=Bi0..^mpi<pi+1
fourierdlem89.t T=BA
fourierdlem89.m φM
fourierdlem89.q φQPM
fourierdlem89.f φF:
fourierdlem89.per φxFx+T=Fx
fourierdlem89.fcn φi0..^MFQiQi+1:QiQi+1cn
fourierdlem89.limc φi0..^MRFQiQi+1limQi
fourierdlem89.c φC
fourierdlem89.d φDC+∞
fourierdlem89.o O=mp0m|p0=Cpm=Di0..^mpi<pi+1
fourierdlem89.12 H=CDyCD|ky+kTranQ
fourierdlem89.n N=H1
fourierdlem89.s S=ιf|fIsom<,<0NH
fourierdlem89.e E=xx+BxTT
fourierdlem89.z Z=yABify=BAy
fourierdlem89.j φJ0..^N
fourierdlem89.u U=SJ+1ESJ+1
fourierdlem89.20 I=xsupi0..^M|QiZEx<
fourierdlem89.21 V=i0..^MR
Assertion fourierdlem89 φifZESJ=QISJVISJFZESJFSJSJ+1limSJ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fourierdlem89.p P=mp0m|p0=Apm=Bi0..^mpi<pi+1
2 fourierdlem89.t T=BA
3 fourierdlem89.m φM
4 fourierdlem89.q φQPM
5 fourierdlem89.f φF:
6 fourierdlem89.per φxFx+T=Fx
7 fourierdlem89.fcn φi0..^MFQiQi+1:QiQi+1cn
8 fourierdlem89.limc φi0..^MRFQiQi+1limQi
9 fourierdlem89.c φC
10 fourierdlem89.d φDC+∞
11 fourierdlem89.o O=mp0m|p0=Cpm=Di0..^mpi<pi+1
12 fourierdlem89.12 H=CDyCD|ky+kTranQ
13 fourierdlem89.n N=H1
14 fourierdlem89.s S=ιf|fIsom<,<0NH
15 fourierdlem89.e E=xx+BxTT
16 fourierdlem89.z Z=yABify=BAy
17 fourierdlem89.j φJ0..^N
18 fourierdlem89.u U=SJ+1ESJ+1
19 fourierdlem89.20 I=xsupi0..^M|QiZEx<
20 fourierdlem89.21 V=i0..^MR
21 1 fourierdlem2 MQPMQ0MQ0=AQM=Bi0..^MQi<Qi+1
22 3 21 syl φQPMQ0MQ0=AQM=Bi0..^MQi<Qi+1
23 4 22 mpbid φQ0MQ0=AQM=Bi0..^MQi<Qi+1
24 23 simpld φQ0M
25 elmapi Q0MQ:0M
26 24 25 syl φQ:0M
27 fzossfz 0..^M0M
28 1 3 4 2 15 16 19 fourierdlem37 φI:0..^Mxsupi0..^M|QiZEx<i0..^M|QiZEx
29 28 simpld φI:0..^M
30 elioore DC+∞D
31 10 30 syl φD
32 elioo4g DC+∞C*+∞*DC<DD<+∞
33 10 32 sylib φC*+∞*DC<DD<+∞
34 33 simprd φC<DD<+∞
35 34 simpld φC<D
36 oveq1 y=xy+kT=x+kT
37 36 eleq1d y=xy+kTranQx+kTranQ
38 37 rexbidv y=xky+kTranQkx+kTranQ
39 38 cbvrabv yCD|ky+kTranQ=xCD|kx+kTranQ
40 39 uneq2i CDyCD|ky+kTranQ=CDxCD|kx+kTranQ
41 12 fveq2i H=CDyCD|ky+kTranQ
42 41 oveq1i H1=CDyCD|ky+kTranQ1
43 13 42 eqtri N=CDyCD|ky+kTranQ1
44 isoeq5 H=CDyCD|ky+kTranQfIsom<,<0NHfIsom<,<0NCDyCD|ky+kTranQ
45 12 44 ax-mp fIsom<,<0NHfIsom<,<0NCDyCD|ky+kTranQ
46 45 iotabii ιf|fIsom<,<0NH=ιf|fIsom<,<0NCDyCD|ky+kTranQ
47 14 46 eqtri S=ιf|fIsom<,<0NCDyCD|ky+kTranQ
48 2 1 3 4 9 31 35 11 40 43 47 fourierdlem54 φNSONSIsom<,<0NCDyCD|ky+kTranQ
49 48 simpld φNSON
50 49 simprd φSON
51 49 simpld φN
52 11 fourierdlem2 NSONS0NS0=CSN=Di0..^NSi<Si+1
53 51 52 syl φSONS0NS0=CSN=Di0..^NSi<Si+1
54 50 53 mpbid φS0NS0=CSN=Di0..^NSi<Si+1
55 54 simpld φS0N
56 elmapi S0NS:0N
57 55 56 syl φS:0N
58 elfzofz J0..^NJ0N
59 17 58 syl φJ0N
60 57 59 ffvelcdmd φSJ
61 29 60 ffvelcdmd φISJ0..^M
62 27 61 sselid φISJ0M
63 26 62 ffvelcdmd φQISJ
64 63 rexrd φQISJ*
65 64 adantr φ¬ZESJ=QISJQISJ*
66 fzofzp1 ISJ0..^MISJ+10M
67 61 66 syl φISJ+10M
68 26 67 ffvelcdmd φQISJ+1
69 68 rexrd φQISJ+1*
70 69 adantr φ¬ZESJ=QISJQISJ+1*
71 1 3 4 fourierdlem11 φABA<B
72 71 simp1d φA
73 71 simp2d φB
74 72 73 iccssred φAB
75 71 simp3d φA<B
76 72 73 75 16 fourierdlem17 φZ:ABAB
77 72 73 75 2 15 fourierdlem4 φE:AB
78 77 60 ffvelcdmd φESJAB
79 76 78 ffvelcdmd φZESJAB
80 74 79 sseldd φZESJ
81 80 adantr φ¬ZESJ=QISJZESJ
82 63 adantr φ¬ZESJ=QISJQISJ
83 72 rexrd φA*
84 iocssre A*BAB
85 83 73 84 syl2anc φAB
86 fzofzp1 J0..^NJ+10N
87 17 86 syl φJ+10N
88 57 87 ffvelcdmd φSJ+1
89 77 88 ffvelcdmd φESJ+1AB
90 85 89 sseldd φESJ+1
91 54 simprrd φi0..^NSi<Si+1
92 fveq2 i=JSi=SJ
93 oveq1 i=Ji+1=J+1
94 93 fveq2d i=JSi+1=SJ+1
95 92 94 breq12d i=JSi<Si+1SJ<SJ+1
96 95 rspccva i0..^NSi<Si+1J0..^NSJ<SJ+1
97 91 17 96 syl2anc φSJ<SJ+1
98 60 88 posdifd φSJ<SJ+10<SJ+1SJ
99 97 98 mpbid φ0<SJ+1SJ
100 17 ancli φφJ0..^N
101 eleq1 j=Jj0..^NJ0..^N
102 101 anbi2d j=Jφj0..^NφJ0..^N
103 oveq1 j=Jj+1=J+1
104 103 fveq2d j=JSj+1=SJ+1
105 104 fveq2d j=JESj+1=ESJ+1
106 fveq2 j=JSj=SJ
107 106 fveq2d j=JESj=ESJ
108 107 fveq2d j=JZESj=ZESJ
109 105 108 oveq12d j=JESj+1ZESj=ESJ+1ZESJ
110 104 106 oveq12d j=JSj+1Sj=SJ+1SJ
111 109 110 eqeq12d j=JESj+1ZESj=Sj+1SjESJ+1ZESJ=SJ+1SJ
112 102 111 imbi12d j=Jφj0..^NESj+1ZESj=Sj+1SjφJ0..^NESJ+1ZESJ=SJ+1SJ
113 2 oveq2i kT=kBA
114 113 oveq2i y+kT=y+kBA
115 114 eleq1i y+kTranQy+kBAranQ
116 115 rexbii ky+kTranQky+kBAranQ
117 116 rgenw yCDky+kTranQky+kBAranQ
118 rabbi yCDky+kTranQky+kBAranQyCD|ky+kTranQ=yCD|ky+kBAranQ
119 117 118 mpbi yCD|ky+kTranQ=yCD|ky+kBAranQ
120 119 uneq2i CDyCD|ky+kTranQ=CDyCD|ky+kBAranQ
121 120 fveq2i CDyCD|ky+kTranQ=CDyCD|ky+kBAranQ
122 121 oveq1i CDyCD|ky+kTranQ1=CDyCD|ky+kBAranQ1
123 43 122 eqtri N=CDyCD|ky+kBAranQ1
124 isoeq5 CDyCD|ky+kTranQ=CDyCD|ky+kBAranQfIsom<,<0NCDyCD|ky+kTranQfIsom<,<0NCDyCD|ky+kBAranQ
125 120 124 ax-mp fIsom<,<0NCDyCD|ky+kTranQfIsom<,<0NCDyCD|ky+kBAranQ
126 125 iotabii ιf|fIsom<,<0NCDyCD|ky+kTranQ=ιf|fIsom<,<0NCDyCD|ky+kBAranQ
127 47 126 eqtri S=ιf|fIsom<,<0NCDyCD|ky+kBAranQ
128 eqid Sj+B-ESj=Sj+B-ESj
129 1 2 3 4 9 10 11 123 127 15 16 128 fourierdlem65 φj0..^NESj+1ZESj=Sj+1Sj
130 112 129 vtoclg J0..^NφJ0..^NESJ+1ZESJ=SJ+1SJ
131 17 100 130 sylc φESJ+1ZESJ=SJ+1SJ
132 99 131 breqtrrd φ0<ESJ+1ZESJ
133 80 90 posdifd φZESJ<ESJ+10<ESJ+1ZESJ
134 132 133 mpbird φZESJ<ESJ+1
135 id φφ
136 108 105 oveq12d j=JZESjESj+1=ZESJESJ+1
137 106 fveq2d j=JISj=ISJ
138 137 fveq2d j=JQISj=QISJ
139 137 oveq1d j=JISj+1=ISJ+1
140 139 fveq2d j=JQISj+1=QISJ+1
141 138 140 oveq12d j=JQISjQISj+1=QISJQISJ+1
142 136 141 sseq12d j=JZESjESj+1QISjQISj+1ZESJESJ+1QISJQISJ+1
143 102 142 imbi12d j=Jφj0..^NZESjESj+1QISjQISj+1φJ0..^NZESJESJ+1QISJQISJ+1
144 eqid Sj+ifSj+1Sj<Q1ASj+1Sj2Q1A2=Sj+ifSj+1Sj<Q1ASj+1Sj2Q1A2
145 2 1 3 4 9 31 35 11 40 43 47 15 16 144 19 fourierdlem79 φj0..^NZESjESj+1QISjQISj+1
146 143 145 vtoclg J0..^NφJ0..^NZESJESJ+1QISJQISJ+1
147 146 anabsi7 φJ0..^NZESJESJ+1QISJQISJ+1
148 135 17 147 syl2anc φZESJESJ+1QISJQISJ+1
149 63 68 80 90 134 148 fourierdlem10 φQISJZESJESJ+1QISJ+1
150 149 simpld φQISJZESJ
151 150 adantr φ¬ZESJ=QISJQISJZESJ
152 neqne ¬ZESJ=QISJZESJQISJ
153 152 adantl φ¬ZESJ=QISJZESJQISJ
154 82 81 151 153 leneltd φ¬ZESJ=QISJQISJ<ZESJ
155 149 simprd φESJ+1QISJ+1
156 80 90 68 134 155 ltletrd φZESJ<QISJ+1
157 156 adantr φ¬ZESJ=QISJZESJ<QISJ+1
158 65 70 81 154 157 eliood φ¬ZESJ=QISJZESJQISJQISJ+1
159 fvres ZESJQISJQISJ+1FQISJQISJ+1ZESJ=FZESJ
160 158 159 syl φ¬ZESJ=QISJFQISJQISJ+1ZESJ=FZESJ
161 160 eqcomd φ¬ZESJ=QISJFZESJ=FQISJQISJ+1ZESJ
162 161 ifeq2da φifZESJ=QISJVISJFZESJ=ifZESJ=QISJVISJFQISJQISJ+1ZESJ
163 fdm F:domF=
164 5 163 syl φdomF=
165 164 feq2d φF:domFF:
166 5 165 mpbird φF:domF
167 ioosscn ZESJESJ+1
168 167 a1i φZESJESJ+1
169 ioossre ZESJESJ+1
170 169 164 sseqtrrid φZESJESJ+1domF
171 88 90 resubcld φSJ+1ESJ+1
172 18 171 eqeltrid φU
173 172 recnd φU
174 eqid x|yZESJESJ+1x=y+U=x|yZESJESJ+1x=y+U
175 80 90 172 iooshift φZESJ+UESJ+1+U=x|yZESJESJ+1x=y+U
176 ioossre ZESJ+UESJ+1+U
177 176 164 sseqtrrid φZESJ+UESJ+1+UdomF
178 175 177 eqsstrrd φx|yZESJESJ+1x=y+UdomF
179 elioore yZESJESJ+1y
180 73 72 resubcld φBA
181 2 180 eqeltrid φT
182 181 recnd φT
183 72 73 posdifd φA<B0<BA
184 75 183 mpbid φ0<BA
185 184 2 breqtrrdi φ0<T
186 185 gt0ne0d φT0
187 173 182 186 divcan1d φUTT=U
188 187 eqcomd φU=UTT
189 188 oveq2d φy+U=y+UTT
190 189 adantr φyy+U=y+UTT
191 190 fveq2d φyFy+U=Fy+UTT
192 5 adantr φyF:
193 181 adantr φyT
194 90 recnd φESJ+1
195 88 recnd φSJ+1
196 194 195 negsubdi2d φESJ+1SJ+1=SJ+1ESJ+1
197 196 eqcomd φSJ+1ESJ+1=ESJ+1SJ+1
198 197 oveq1d φSJ+1ESJ+1T=ESJ+1SJ+1T
199 18 oveq1i UT=SJ+1ESJ+1T
200 199 a1i φUT=SJ+1ESJ+1T
201 15 a1i φE=xx+BxTT
202 id x=SJ+1x=SJ+1
203 oveq2 x=SJ+1Bx=BSJ+1
204 203 oveq1d x=SJ+1BxT=BSJ+1T
205 204 fveq2d x=SJ+1BxT=BSJ+1T
206 205 oveq1d x=SJ+1BxTT=BSJ+1TT
207 202 206 oveq12d x=SJ+1x+BxTT=SJ+1+BSJ+1TT
208 207 adantl φx=SJ+1x+BxTT=SJ+1+BSJ+1TT
209 73 88 resubcld φBSJ+1
210 209 181 186 redivcld φBSJ+1T
211 210 flcld φBSJ+1T
212 211 zred φBSJ+1T
213 212 181 remulcld φBSJ+1TT
214 88 213 readdcld φSJ+1+BSJ+1TT
215 201 208 88 214 fvmptd φESJ+1=SJ+1+BSJ+1TT
216 215 oveq1d φESJ+1SJ+1=SJ+1+BSJ+1TT-SJ+1
217 212 recnd φBSJ+1T
218 217 182 mulcld φBSJ+1TT
219 195 218 pncan2d φSJ+1+BSJ+1TT-SJ+1=BSJ+1TT
220 216 219 eqtrd φESJ+1SJ+1=BSJ+1TT
221 220 218 eqeltrd φESJ+1SJ+1
222 221 182 186 divnegd φESJ+1SJ+1T=ESJ+1SJ+1T
223 198 200 222 3eqtr4d φUT=ESJ+1SJ+1T
224 220 oveq1d φESJ+1SJ+1T=BSJ+1TTT
225 217 182 186 divcan4d φBSJ+1TTT=BSJ+1T
226 224 225 eqtrd φESJ+1SJ+1T=BSJ+1T
227 226 211 eqeltrd φESJ+1SJ+1T
228 227 znegcld φESJ+1SJ+1T
229 223 228 eqeltrd φUT
230 229 adantr φyUT
231 simpr φyy
232 6 adantlr φyxFx+T=Fx
233 192 193 230 231 232 fperiodmul φyFy+UTT=Fy
234 191 233 eqtrd φyFy+U=Fy
235 179 234 sylan2 φyZESJESJ+1Fy+U=Fy
236 23 simprrd φi0..^MQi<Qi+1
237 fveq2 i=ISJQi=QISJ
238 oveq1 i=ISJi+1=ISJ+1
239 238 fveq2d i=ISJQi+1=QISJ+1
240 237 239 breq12d i=ISJQi<Qi+1QISJ<QISJ+1
241 240 rspccva i0..^MQi<Qi+1ISJ0..^MQISJ<QISJ+1
242 236 61 241 syl2anc φQISJ<QISJ+1
243 61 ancli φφISJ0..^M
244 eleq1 i=ISJi0..^MISJ0..^M
245 244 anbi2d i=ISJφi0..^MφISJ0..^M
246 237 239 oveq12d i=ISJQiQi+1=QISJQISJ+1
247 246 reseq2d i=ISJFQiQi+1=FQISJQISJ+1
248 246 oveq1d i=ISJQiQi+1cn=QISJQISJ+1cn
249 247 248 eleq12d i=ISJFQiQi+1:QiQi+1cnFQISJQISJ+1:QISJQISJ+1cn
250 245 249 imbi12d i=ISJφi0..^MFQiQi+1:QiQi+1cnφISJ0..^MFQISJQISJ+1:QISJQISJ+1cn
251 250 7 vtoclg ISJ0..^MφISJ0..^MFQISJQISJ+1:QISJQISJ+1cn
252 61 243 251 sylc φFQISJQISJ+1:QISJQISJ+1cn
253 nfv iφISJ0..^M
254 nfmpt1 _ii0..^MR
255 20 254 nfcxfr _iV
256 nfcv _iISJ
257 255 256 nffv _iVISJ
258 257 nfel1 iVISJFQISJQISJ+1limQISJ
259 253 258 nfim iφISJ0..^MVISJFQISJQISJ+1limQISJ
260 245 biimpar i=ISJφISJ0..^Mφi0..^M
261 260 3adant2 i=ISJφi0..^MRFQiQi+1limQiφISJ0..^Mφi0..^M
262 261 8 syl i=ISJφi0..^MRFQiQi+1limQiφISJ0..^MRFQiQi+1limQi
263 fveq2 i=ISJVi=VISJ
264 263 eqcomd i=ISJVISJ=Vi
265 264 adantr i=ISJφISJ0..^MVISJ=Vi
266 260 simprd i=ISJφISJ0..^Mi0..^M
267 elex RFQiQi+1limQiRV
268 260 8 267 3syl i=ISJφISJ0..^MRV
269 20 fvmpt2 i0..^MRVVi=R
270 266 268 269 syl2anc i=ISJφISJ0..^MVi=R
271 265 270 eqtrd i=ISJφISJ0..^MVISJ=R
272 271 3adant2 i=ISJφi0..^MRFQiQi+1limQiφISJ0..^MVISJ=R
273 247 237 oveq12d i=ISJFQiQi+1limQi=FQISJQISJ+1limQISJ
274 273 eqcomd i=ISJFQISJQISJ+1limQISJ=FQiQi+1limQi
275 274 3ad2ant1 i=ISJφi0..^MRFQiQi+1limQiφISJ0..^MFQISJQISJ+1limQISJ=FQiQi+1limQi
276 262 272 275 3eltr4d i=ISJφi0..^MRFQiQi+1limQiφISJ0..^MVISJFQISJQISJ+1limQISJ
277 276 3exp i=ISJφi0..^MRFQiQi+1limQiφISJ0..^MVISJFQISJQISJ+1limQISJ
278 8 2a1i i=ISJφISJ0..^MVISJFQISJQISJ+1limQISJφi0..^MRFQiQi+1limQi
279 277 278 impbid i=ISJφi0..^MRFQiQi+1limQiφISJ0..^MVISJFQISJQISJ+1limQISJ
280 259 279 8 vtoclg1f ISJ0..^MφISJ0..^MVISJFQISJQISJ+1limQISJ
281 61 243 280 sylc φVISJFQISJQISJ+1limQISJ
282 eqid ifZESJ=QISJVISJFQISJQISJ+1ZESJ=ifZESJ=QISJVISJFQISJQISJ+1ZESJ
283 eqid TopOpenfld𝑡QISJQISJ+1=TopOpenfld𝑡QISJQISJ+1
284 63 68 242 252 281 80 90 134 148 282 283 fourierdlem32 φifZESJ=QISJVISJFQISJQISJ+1ZESJFQISJQISJ+1ZESJESJ+1limZESJ
285 148 resabs1d φFQISJQISJ+1ZESJESJ+1=FZESJESJ+1
286 285 oveq1d φFQISJQISJ+1ZESJESJ+1limZESJ=FZESJESJ+1limZESJ
287 284 286 eleqtrd φifZESJ=QISJVISJFQISJQISJ+1ZESJFZESJESJ+1limZESJ
288 166 168 170 173 174 178 235 287 limcperiod φifZESJ=QISJVISJFQISJQISJ+1ZESJFx|yZESJESJ+1x=y+UlimZESJ+U
289 18 oveq2i ZESJ+U=ZESJ+SJ+1-ESJ+1
290 289 a1i φZESJ+U=ZESJ+SJ+1-ESJ+1
291 9 31 iccssred φCD
292 ax-resscn
293 291 292 sstrdi φCD
294 11 51 50 fourierdlem15 φS:0NCD
295 294 59 ffvelcdmd φSJCD
296 293 295 sseldd φSJ
297 195 296 subcld φSJ+1SJ
298 80 recnd φZESJ
299 194 297 298 subsub23d φESJ+1SJ+1SJ=ZESJESJ+1ZESJ=SJ+1SJ
300 131 299 mpbird φESJ+1SJ+1SJ=ZESJ
301 300 eqcomd φZESJ=ESJ+1SJ+1SJ
302 301 oveq1d φZESJ+SJ+1-ESJ+1=ESJ+1SJ+1SJ+SJ+1-ESJ+1
303 194 297 subcld φESJ+1SJ+1SJ
304 303 195 194 addsub12d φESJ+1SJ+1SJ+SJ+1-ESJ+1=SJ+1+ESJ+1SJ+1SJ-ESJ+1
305 194 297 194 sub32d φESJ+1-SJ+1SJ-ESJ+1=ESJ+1-ESJ+1-SJ+1SJ
306 194 subidd φESJ+1ESJ+1=0
307 306 oveq1d φESJ+1-ESJ+1-SJ+1SJ=0SJ+1SJ
308 df-neg SJ+1SJ=0SJ+1SJ
309 195 296 negsubdi2d φSJ+1SJ=SJSJ+1
310 308 309 eqtr3id φ0SJ+1SJ=SJSJ+1
311 305 307 310 3eqtrd φESJ+1-SJ+1SJ-ESJ+1=SJSJ+1
312 311 oveq2d φSJ+1+ESJ+1SJ+1SJ-ESJ+1=SJ+1+SJ-SJ+1
313 195 296 pncan3d φSJ+1+SJ-SJ+1=SJ
314 304 312 313 3eqtrd φESJ+1SJ+1SJ+SJ+1-ESJ+1=SJ
315 290 302 314 3eqtrd φZESJ+U=SJ
316 315 oveq2d φFx|yZESJESJ+1x=y+UlimZESJ+U=Fx|yZESJESJ+1x=y+UlimSJ
317 288 316 eleqtrd φifZESJ=QISJVISJFQISJQISJ+1ZESJFx|yZESJESJ+1x=y+UlimSJ
318 18 oveq2i ESJ+1+U=ESJ+1+SJ+1-ESJ+1
319 194 195 pncan3d φESJ+1+SJ+1-ESJ+1=SJ+1
320 318 319 eqtrid φESJ+1+U=SJ+1
321 315 320 oveq12d φZESJ+UESJ+1+U=SJSJ+1
322 175 321 eqtr3d φx|yZESJESJ+1x=y+U=SJSJ+1
323 322 reseq2d φFx|yZESJESJ+1x=y+U=FSJSJ+1
324 323 oveq1d φFx|yZESJESJ+1x=y+UlimSJ=FSJSJ+1limSJ
325 317 324 eleqtrd φifZESJ=QISJVISJFQISJQISJ+1ZESJFSJSJ+1limSJ
326 162 325 eqeltrd φifZESJ=QISJVISJFZESJFSJSJ+1limSJ