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Theorem isercoll

Description: Rearrange an infinite series by spacing out the terms using an order isomorphism. (Contributed by Mario Carneiro, 6-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses isercoll.z Z=M
isercoll.m φM
isercoll.g φG:Z
isercoll.i φkGk<Gk+1
isercoll.0 φnZranGFn=0
isercoll.f φnZFn
isercoll.h φkHk=FGk
Assertion isercoll φseq1+HAseqM+FA

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 isercoll.z Z=M
2 isercoll.m φM
3 isercoll.g φG:Z
4 isercoll.i φkGk<Gk+1
5 isercoll.0 φnZranGFn=0
6 isercoll.f φnZFn
7 isercoll.h φkHk=FGk
8 uzssz M
9 1 8 eqsstri Z
10 3 ffvelcdmda φnGnZ
11 9 10 sselid φnGn
12 nnz nn
13 12 ad2antlr φnmGnn
14 fzfid φnmGnMmFin
15 ffun G:ZFunG
16 funimacnv FunGGG-1Mm=MmranG
17 3 15 16 3syl φGG-1Mm=MmranG
18 inss1 MmranGMm
19 17 18 eqsstrdi φGG-1MmMm
20 19 ad2antrr φnmGnGG-1MmMm
21 14 20 ssfid φnmGnGG-1MmFin
22 hashcl GG-1MmFinGG-1Mm0
23 nn0z GG-1Mm0GG-1Mm
24 21 22 23 3syl φnmGnGG-1Mm
25 ssid
26 1 2 3 4 isercolllem1 φGIsom<,<G
27 25 26 mpan2 φGIsom<,<G
28 ffn G:ZGFn
29 fnresdm GFnG=G
30 isoeq1 G=GGIsom<,<GGIsom<,<G
31 3 28 29 30 4syl φGIsom<,<GGIsom<,<G
32 27 31 mpbid φGIsom<,<G
33 isof1o GIsom<,<GG:1-1 ontoG
34 f1ocnv G:1-1 ontoGG-1:G1-1 onto
35 f1ofun G-1:G1-1 ontoFunG-1
36 32 33 34 35 4syl φFunG-1
37 df-f1 G:1-1ZG:ZFunG-1
38 3 36 37 sylanbrc φG:1-1Z
39 38 ad2antrr φnmGnG:1-1Z
40 fz1ssnn 1n
41 ovex 1nV
42 41 f1imaen G:1-1Z1nG1n1n
43 39 40 42 sylancl φnmGnG1n1n
44 fzfid φnmGn1nFin
45 enfii 1nFinG1n1nG1nFin
46 44 43 45 syl2anc φnmGnG1nFin
47 hashen G1nFin1nFinG1n=1nG1n1n
48 46 44 47 syl2anc φnmGnG1n=1nG1n1n
49 43 48 mpbird φnmGnG1n=1n
50 nnnn0 nn0
51 50 ad2antlr φnmGnn0
52 hashfz1 n01n=n
53 51 52 syl φnmGn1n=n
54 49 53 eqtrd φnmGnG1n=n
55 elfznn y1ny
56 55 adantl φnmGny1ny
57 zssre
58 9 57 sstri Z
59 3 ad2antrr φnmGnG:Z
60 ffvelcdm G:ZyGyZ
61 59 55 60 syl2an φnmGny1nGyZ
62 58 61 sselid φnmGny1nGy
63 10 ad2antrr φnmGny1nGnZ
64 58 63 sselid φnmGny1nGn
65 eluzelz mGnm
66 65 ad2antlr φnmGny1nm
67 66 zred φnmGny1nm
68 elfzle2 y1nyn
69 68 adantl φnmGny1nyn
70 32 ad3antrrr φnmGny1nGIsom<,<G
71 simpllr φnmGny1nn
72 isorel GIsom<,<Gnyn<yGn<Gy
73 70 71 56 72 syl12anc φnmGny1nn<yGn<Gy
74 73 notbid φnmGny1n¬n<y¬Gn<Gy
75 56 nnred φnmGny1ny
76 71 nnred φnmGny1nn
77 75 76 lenltd φnmGny1nyn¬n<y
78 62 64 lenltd φnmGny1nGyGn¬Gn<Gy
79 74 77 78 3bitr4d φnmGny1nynGyGn
80 69 79 mpbid φnmGny1nGyGn
81 eluzle mGnGnm
82 81 ad2antlr φnmGny1nGnm
83 62 64 67 80 82 letrd φnmGny1nGym
84 61 1 eleqtrdi φnmGny1nGyM
85 elfz5 GyMmGyMmGym
86 84 66 85 syl2anc φnmGny1nGyMmGym
87 83 86 mpbird φnmGny1nGyMm
88 59 ffnd φnmGnGFn
89 88 adantr φnmGny1nGFn
90 elpreima GFnyG-1MmyGyMm
91 89 90 syl φnmGny1nyG-1MmyGyMm
92 56 87 91 mpbir2and φnmGny1nyG-1Mm
93 92 ex φnmGny1nyG-1Mm
94 93 ssrdv φnmGn1nG-1Mm
95 imass2 1nG-1MmG1nGG-1Mm
96 94 95 syl φnmGnG1nGG-1Mm
97 ssdomg GG-1MmFinG1nGG-1MmG1nGG-1Mm
98 21 96 97 sylc φnmGnG1nGG-1Mm
99 hashdom G1nFinGG-1MmFinG1nGG-1MmG1nGG-1Mm
100 46 21 99 syl2anc φnmGnG1nGG-1MmG1nGG-1Mm
101 98 100 mpbird φnmGnG1nGG-1Mm
102 54 101 eqbrtrrd φnmGnnGG-1Mm
103 eluz2 GG-1MmnnGG-1MmnGG-1Mm
104 13 24 102 103 syl3anbrc φnmGnGG-1Mmn
105 fveq2 k=GG-1Mmseq1+Hk=seq1+HGG-1Mm
106 105 eleq1d k=GG-1Mmseq1+Hkseq1+HGG-1Mm
107 105 fvoveq1d k=GG-1Mmseq1+HkA=seq1+HGG-1MmA
108 107 breq1d k=GG-1Mmseq1+HkA<xseq1+HGG-1MmA<x
109 106 108 anbi12d k=GG-1Mmseq1+Hkseq1+HkA<xseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
110 109 rspcv GG-1Mmnknseq1+Hkseq1+HkA<xseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
111 104 110 syl φnmGnknseq1+Hkseq1+HkA<xseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
112 111 ralrimdva φnknseq1+Hkseq1+HkA<xmGnseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
113 fveq2 j=Gnj=Gn
114 113 raleqdv j=Gnmjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xmGnseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
115 114 rspcev GnmGnseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xjmjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
116 11 112 115 syl6an φnknseq1+Hkseq1+HkA<xjmjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
117 116 rexlimdva φnknseq1+Hkseq1+HkA<xjmjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
118 1nn 1
119 ffvelcdm G:Z1G1Z
120 3 118 119 sylancl φG1Z
121 120 1 eleqtrdi φG1M
122 eluzelz G1MG1
123 eqid G1=G1
124 123 rexuz3 G1jG1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xjmjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
125 121 122 124 3syl φjG1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xjmjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
126 117 125 sylibrd φnknseq1+Hkseq1+HkA<xjG1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
127 fzfid φjG1MjFin
128 funimacnv FunGGG-1Mj=MjranG
129 3 15 128 3syl φGG-1Mj=MjranG
130 inss1 MjranGMj
131 129 130 eqsstrdi φGG-1MjMj
132 131 adantr φjG1GG-1MjMj
133 127 132 ssfid φjG1GG-1MjFin
134 hashcl GG-1MjFinGG-1Mj0
135 nn0p1nn GG-1Mj0GG-1Mj+1
136 133 134 135 3syl φjG1GG-1Mj+1
137 eluzle kGG-1Mj+1GG-1Mj+1k
138 137 adantl φjG1kGG-1Mj+1GG-1Mj+1k
139 133 adantr φjG1kGG-1Mj+1GG-1MjFin
140 nn0z GG-1Mj0GG-1Mj
141 139 134 140 3syl φjG1kGG-1Mj+1GG-1Mj
142 eluzelz kGG-1Mj+1k
143 142 adantl φjG1kGG-1Mj+1k
144 zltp1le GG-1MjkGG-1Mj<kGG-1Mj+1k
145 141 143 144 syl2anc φjG1kGG-1Mj+1GG-1Mj<kGG-1Mj+1k
146 138 145 mpbird φjG1kGG-1Mj+1GG-1Mj<k
147 nn0re GG-1Mj0GG-1Mj
148 133 134 147 3syl φjG1GG-1Mj
149 148 adantr φjG1kGG-1Mj+1GG-1Mj
150 eluznn GG-1Mj+1kGG-1Mj+1k
151 136 150 sylan φjG1kGG-1Mj+1k
152 151 nnred φjG1kGG-1Mj+1k
153 149 152 ltnled φjG1kGG-1Mj+1GG-1Mj<k¬kGG-1Mj
154 146 153 mpbid φjG1kGG-1Mj+1¬kGG-1Mj
155 fzss2 jGkMGkMj
156 imass2 MGkMjG-1MGkG-1Mj
157 imass2 G-1MGkG-1MjGG-1MGkGG-1Mj
158 155 156 157 3syl jGkGG-1MGkGG-1Mj
159 ssdomg GG-1MjFinG1kGG-1MjG1kGG-1Mj
160 139 159 syl φjG1kGG-1Mj+1G1kGG-1MjG1kGG-1Mj
161 3 ad2antrr φjG1kGG-1Mj+1G:Z
162 161 ffvelcdmda φjG1kGG-1Mj+1xGxZ
163 162 1 eleqtrdi φjG1kGG-1Mj+1xGxM
164 161 151 ffvelcdmd φjG1kGG-1Mj+1GkZ
165 9 164 sselid φjG1kGG-1Mj+1Gk
166 165 adantr φjG1kGG-1Mj+1xGk
167 elfz5 GxMGkGxMGkGxGk
168 163 166 167 syl2anc φjG1kGG-1Mj+1xGxMGkGxGk
169 32 ad3antrrr φjG1kGG-1Mj+1xGIsom<,<G
170 nnssre
171 ressxr *
172 170 171 sstri *
173 172 a1i φjG1kGG-1Mj+1x*
174 imassrn GranG
175 161 adantr φjG1kGG-1Mj+1xG:Z
176 175 frnd φjG1kGG-1Mj+1xranGZ
177 176 58 sstrdi φjG1kGG-1Mj+1xranG
178 174 177 sstrid φjG1kGG-1Mj+1xG
179 178 171 sstrdi φjG1kGG-1Mj+1xG*
180 simpr φjG1kGG-1Mj+1xx
181 151 adantr φjG1kGG-1Mj+1xk
182 leisorel GIsom<,<G*G*xkxkGxGk
183 169 173 179 180 181 182 syl122anc φjG1kGG-1Mj+1xxkGxGk
184 168 183 bitr4d φjG1kGG-1Mj+1xGxMGkxk
185 184 pm5.32da φjG1kGG-1Mj+1xGxMGkxxk
186 elpreima GFnxG-1MGkxGxMGk
187 161 28 186 3syl φjG1kGG-1Mj+1xG-1MGkxGxMGk
188 fznn kx1kxxk
189 143 188 syl φjG1kGG-1Mj+1x1kxxk
190 185 187 189 3bitr4d φjG1kGG-1Mj+1xG-1MGkx1k
191 190 eqrdv φjG1kGG-1Mj+1G-1MGk=1k
192 191 imaeq2d φjG1kGG-1Mj+1GG-1MGk=G1k
193 192 sseq1d φjG1kGG-1Mj+1GG-1MGkGG-1MjG1kGG-1Mj
194 38 ad2antrr φjG1kGG-1Mj+1G:1-1Z
195 fz1ssnn 1k
196 ovex 1kV
197 196 f1imaen G:1-1Z1kG1k1k
198 194 195 197 sylancl φjG1kGG-1Mj+1G1k1k
199 fzfid φjG1kGG-1Mj+11kFin
200 enfii 1kFinG1k1kG1kFin
201 199 198 200 syl2anc φjG1kGG-1Mj+1G1kFin
202 hashen G1kFin1kFinG1k=1kG1k1k
203 201 199 202 syl2anc φjG1kGG-1Mj+1G1k=1kG1k1k
204 198 203 mpbird φjG1kGG-1Mj+1G1k=1k
205 nnnn0 kk0
206 hashfz1 k01k=k
207 151 205 206 3syl φjG1kGG-1Mj+11k=k
208 204 207 eqtrd φjG1kGG-1Mj+1G1k=k
209 208 breq1d φjG1kGG-1Mj+1G1kGG-1MjkGG-1Mj
210 hashdom G1kFinGG-1MjFinG1kGG-1MjG1kGG-1Mj
211 201 139 210 syl2anc φjG1kGG-1Mj+1G1kGG-1MjG1kGG-1Mj
212 209 211 bitr3d φjG1kGG-1Mj+1kGG-1MjG1kGG-1Mj
213 160 193 212 3imtr4d φjG1kGG-1Mj+1GG-1MGkGG-1MjkGG-1Mj
214 158 213 syl5 φjG1kGG-1Mj+1jGkkGG-1Mj
215 154 214 mtod φjG1kGG-1Mj+1¬jGk
216 eluzelz jG1j
217 216 ad2antlr φjG1kGG-1Mj+1j
218 uztric GkjjGkGkj
219 165 217 218 syl2anc φjG1kGG-1Mj+1jGkGkj
220 219 ord φjG1kGG-1Mj+1¬jGkGkj
221 215 220 mpd φjG1kGG-1Mj+1Gkj
222 oveq2 m=GkMm=MGk
223 222 imaeq2d m=GkG-1Mm=G-1MGk
224 223 imaeq2d m=GkGG-1Mm=GG-1MGk
225 224 fveq2d m=GkGG-1Mm=GG-1MGk
226 225 fveq2d m=Gkseq1+HGG-1Mm=seq1+HGG-1MGk
227 226 eleq1d m=Gkseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MGk
228 226 fvoveq1d m=Gkseq1+HGG-1MmA=seq1+HGG-1MGkA
229 228 breq1d m=Gkseq1+HGG-1MmA<xseq1+HGG-1MGkA<x
230 227 229 anbi12d m=Gkseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xseq1+HGG-1MGkseq1+HGG-1MGkA<x
231 230 rspcv Gkjmjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xseq1+HGG-1MGkseq1+HGG-1MGkA<x
232 221 231 syl φjG1kGG-1Mj+1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xseq1+HGG-1MGkseq1+HGG-1MGkA<x
233 192 fveq2d φjG1kGG-1Mj+1GG-1MGk=G1k
234 233 208 eqtrd φjG1kGG-1Mj+1GG-1MGk=k
235 234 fveq2d φjG1kGG-1Mj+1seq1+HGG-1MGk=seq1+Hk
236 235 eleq1d φjG1kGG-1Mj+1seq1+HGG-1MGkseq1+Hk
237 235 fvoveq1d φjG1kGG-1Mj+1seq1+HGG-1MGkA=seq1+HkA
238 237 breq1d φjG1kGG-1Mj+1seq1+HGG-1MGkA<xseq1+HkA<x
239 236 238 anbi12d φjG1kGG-1Mj+1seq1+HGG-1MGkseq1+HGG-1MGkA<xseq1+Hkseq1+HkA<x
240 232 239 sylibd φjG1kGG-1Mj+1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xseq1+Hkseq1+HkA<x
241 240 ralrimdva φjG1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xkGG-1Mj+1seq1+Hkseq1+HkA<x
242 fveq2 n=GG-1Mj+1n=GG-1Mj+1
243 242 raleqdv n=GG-1Mj+1knseq1+Hkseq1+HkA<xkGG-1Mj+1seq1+Hkseq1+HkA<x
244 243 rspcev GG-1Mj+1kGG-1Mj+1seq1+Hkseq1+HkA<xnknseq1+Hkseq1+HkA<x
245 136 241 244 syl6an φjG1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xnknseq1+Hkseq1+HkA<x
246 245 rexlimdva φjG1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<xnknseq1+Hkseq1+HkA<x
247 126 246 impbid φnknseq1+Hkseq1+HkA<xjG1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
248 247 ralbidv φx+nknseq1+Hkseq1+HkA<xx+jG1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
249 248 anbi2d φAx+nknseq1+Hkseq1+HkA<xAx+jG1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
250 nnuz =1
251 1zzd φ1
252 seqex seq1+HV
253 252 a1i φseq1+HV
254 eqidd φkseq1+Hk=seq1+Hk
255 250 251 253 254 clim2 φseq1+HAAx+nknseq1+Hkseq1+HkA<x
256 121 122 syl φG1
257 seqex seqM+FV
258 257 a1i φseqM+FV
259 1 2 3 4 5 6 7 isercolllem3 φmG1seqM+Fm=seq1+HGG-1Mm
260 123 256 258 259 clim2 φseqM+FAAx+jG1mjseq1+HGG-1Mmseq1+HGG-1MmA<x
261 249 255 260 3bitr4d φseq1+HAseqM+FA