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Theorem fsumrlim

Description: Limit of a finite sum of converging sequences. Note that C ( k ) is a collection of functions with implicit parameter k , each of which converges to D ( k ) as n ~> +oo . (Contributed by Mario Carneiro, 22-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses fsumrlim.1 φA
fsumrlim.2 φBFin
fsumrlim.3 φxAkBCV
fsumrlim.4 φkBxACD
Assertion fsumrlim φxAkBCkBD

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fsumrlim.1 φA
2 fsumrlim.2 φBFin
3 fsumrlim.3 φxAkBCV
4 fsumrlim.4 φkBxACD
5 ssid BB
6 sseq1 w=wBB
7 sumeq1 w=kwC=kC
8 sum0 kC=0
9 7 8 eqtrdi w=kwC=0
10 9 mpteq2dv w=xAkwC=xA0
11 sumeq1 w=kwD=kD
12 sum0 kD=0
13 11 12 eqtrdi w=kwD=0
14 10 13 breq12d w=xAkwCkwDxA00
15 6 14 imbi12d w=wBxAkwCkwDBxA00
16 15 imbi2d w=φwBxAkwCkwDφBxA00
17 sseq1 w=ywByB
18 sumeq1 w=ykwC=kyC
19 18 mpteq2dv w=yxAkwC=xAkyC
20 sumeq1 w=ykwD=kyD
21 19 20 breq12d w=yxAkwCkwDxAkyCkyD
22 17 21 imbi12d w=ywBxAkwCkwDyBxAkyCkyD
23 22 imbi2d w=yφwBxAkwCkwDφyBxAkyCkyD
24 sseq1 w=yzwByzB
25 sumeq1 w=yzkwC=kyzC
26 25 mpteq2dv w=yzxAkwC=xAkyzC
27 sumeq1 w=yzkwD=kyzD
28 26 27 breq12d w=yzxAkwCkwDxAkyzCkyzD
29 24 28 imbi12d w=yzwBxAkwCkwDyzBxAkyzCkyzD
30 29 imbi2d w=yzφwBxAkwCkwDφyzBxAkyzCkyzD
31 sseq1 w=BwBBB
32 sumeq1 w=BkwC=kBC
33 32 mpteq2dv w=BxAkwC=xAkBC
34 sumeq1 w=BkwD=kBD
35 33 34 breq12d w=BxAkwCkwDxAkBCkBD
36 31 35 imbi12d w=BwBxAkwCkwDBBxAkBCkBD
37 36 imbi2d w=BφwBxAkwCkwDφBBxAkBCkBD
38 0cn 0
39 rlimconst A0xA00
40 1 38 39 sylancl φxA00
41 40 a1d φBxA00
42 ssun1 yyz
43 sstr yyzyzByB
44 42 43 mpan yzByB
45 44 imim1i yBxAkyCkyDyzBxAkyCkyD
46 sumex kyw/xCV
47 46 a1i φ¬zyyzBxAkyCkyDwAkyw/xCV
48 simprr φ¬zyyzByzB
49 48 unssbd φ¬zyyzBzB
50 vex zV
51 50 snss zBzB
52 49 51 sylibr φ¬zyyzBzB
53 52 adantr φ¬zyyzBxAzB
54 3 anass1rs φkBxACV
55 54 4 rlimmptrcl φkBxAC
56 55 an32s φxAkBC
57 56 adantllr φ¬zyyzBxAkBC
58 57 ralrimiva φ¬zyyzBxAkBC
59 nfcsb1v _kz/kC
60 59 nfel1 kz/kC
61 csbeq1a k=zC=z/kC
62 61 eleq1d k=zCz/kC
63 60 62 rspc zBkBCz/kC
64 53 58 63 sylc φ¬zyyzBxAz/kC
65 64 ralrimiva φ¬zyyzBxAz/kC
66 65 adantr φ¬zyyzBxAkyCkyDxAz/kC
67 nfcsb1v _xw/xz/kC
68 67 nfel1 xw/xz/kC
69 csbeq1a x=wz/kC=w/xz/kC
70 69 eleq1d x=wz/kCw/xz/kC
71 68 70 rspc wAxAz/kCw/xz/kC
72 66 71 mpan9 φ¬zyyzBxAkyCkyDwAw/xz/kC
73 72 elexd φ¬zyyzBxAkyCkyDwAw/xz/kCV
74 nfcv _wkyC
75 nfcv _xy
76 nfcsb1v _xw/xC
77 75 76 nfsum _xkyw/xC
78 csbeq1a x=wC=w/xC
79 78 sumeq2sdv x=wkyC=kyw/xC
80 74 77 79 cbvmpt xAkyC=wAkyw/xC
81 simpr φ¬zyyzBxAkyCkyDxAkyCkyD
82 80 81 eqbrtrrid φ¬zyyzBxAkyCkyDwAkyw/xCkyD
83 nfcv _wz/kC
84 83 67 69 cbvmpt xAz/kC=wAw/xz/kC
85 4 ralrimiva φkBxACD
86 85 adantr φ¬zyyzBkBxACD
87 nfcv _kA
88 87 59 nfmpt _kxAz/kC
89 nfcv _k
90 nfcsb1v _kz/kD
91 88 89 90 nfbr kxAz/kCz/kD
92 61 mpteq2dv k=zxAC=xAz/kC
93 csbeq1a k=zD=z/kD
94 92 93 breq12d k=zxACDxAz/kCz/kD
95 91 94 rspc zBkBxACDxAz/kCz/kD
96 52 86 95 sylc φ¬zyyzBxAz/kCz/kD
97 96 adantr φ¬zyyzBxAkyCkyDxAz/kCz/kD
98 84 97 eqbrtrrid φ¬zyyzBxAkyCkyDwAw/xz/kCz/kD
99 47 73 82 98 rlimadd φ¬zyyzBxAkyCkyDwAkyw/xC+w/xz/kCkyD+z/kD
100 simprl φ¬zyyzB¬zy
101 disjsn yz=¬zy
102 100 101 sylibr φ¬zyyzByz=
103 102 adantr φ¬zyyzBxAyz=
104 eqidd φ¬zyyzBxAyz=yz
105 2 adantr φ¬zyyzBBFin
106 105 48 ssfid φ¬zyyzByzFin
107 106 adantr φ¬zyyzBxAyzFin
108 48 sselda φ¬zyyzBkyzkB
109 108 adantlr φ¬zyyzBxAkyzkB
110 109 57 syldan φ¬zyyzBxAkyzC
111 103 104 107 110 fsumsplit φ¬zyyzBxAkyzC=kyC+kzC
112 nfcv _wC
113 nfcsb1v _kw/kC
114 csbeq1a k=wC=w/kC
115 112 113 114 cbvsumi kzC=wzw/kC
116 csbeq1 w=zw/kC=z/kC
117 116 sumsn zBz/kCwzw/kC=z/kC
118 53 64 117 syl2anc φ¬zyyzBxAwzw/kC=z/kC
119 115 118 eqtrid φ¬zyyzBxAkzC=z/kC
120 119 oveq2d φ¬zyyzBxAkyC+kzC=kyC+z/kC
121 111 120 eqtrd φ¬zyyzBxAkyzC=kyC+z/kC
122 121 mpteq2dva φ¬zyyzBxAkyzC=xAkyC+z/kC
123 122 adantr φ¬zyyzBxAkyCkyDxAkyzC=xAkyC+z/kC
124 nfcv _wkyC+z/kC
125 nfcv _x+
126 77 125 67 nfov _xkyw/xC+w/xz/kC
127 79 69 oveq12d x=wkyC+z/kC=kyw/xC+w/xz/kC
128 124 126 127 cbvmpt xAkyC+z/kC=wAkyw/xC+w/xz/kC
129 123 128 eqtrdi φ¬zyyzBxAkyCkyDxAkyzC=wAkyw/xC+w/xz/kC
130 eqidd φ¬zyyzByz=yz
131 rlimcl xACDD
132 4 131 syl φkBD
133 132 adantlr φ¬zyyzBkBD
134 108 133 syldan φ¬zyyzBkyzD
135 102 130 106 134 fsumsplit φ¬zyyzBkyzD=kyD+kzD
136 nfcv _wD
137 nfcsb1v _kw/kD
138 csbeq1a k=wD=w/kD
139 136 137 138 cbvsumi kzD=wzw/kD
140 133 ralrimiva φ¬zyyzBkBD
141 90 nfel1 kz/kD
142 93 eleq1d k=zDz/kD
143 141 142 rspc zBkBDz/kD
144 52 140 143 sylc φ¬zyyzBz/kD
145 csbeq1 w=zw/kD=z/kD
146 145 sumsn zBz/kDwzw/kD=z/kD
147 52 144 146 syl2anc φ¬zyyzBwzw/kD=z/kD
148 139 147 eqtrid φ¬zyyzBkzD=z/kD
149 148 oveq2d φ¬zyyzBkyD+kzD=kyD+z/kD
150 135 149 eqtrd φ¬zyyzBkyzD=kyD+z/kD
151 150 adantr φ¬zyyzBxAkyCkyDkyzD=kyD+z/kD
152 99 129 151 3brtr4d φ¬zyyzBxAkyCkyDxAkyzCkyzD
153 152 ex φ¬zyyzBxAkyCkyDxAkyzCkyzD
154 153 expr φ¬zyyzBxAkyCkyDxAkyzCkyzD
155 154 a2d φ¬zyyzBxAkyCkyDyzBxAkyzCkyzD
156 45 155 syl5 φ¬zyyBxAkyCkyDyzBxAkyzCkyzD
157 156 expcom ¬zyφyBxAkyCkyDyzBxAkyzCkyzD
158 157 a2d ¬zyφyBxAkyCkyDφyzBxAkyzCkyzD
159 158 adantl yFin¬zyφyBxAkyCkyDφyzBxAkyzCkyzD
160 16 23 30 37 41 159 findcard2s BFinφBBxAkBCkBD
161 2 160 mpcom φBBxAkBCkBD
162 5 161 mpi φxAkBCkBD