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Theorem pntrlog2bndlem5

Description: Lemma for pntrlog2bnd . Bound on the difference between the Selberg function and its approximation, inside a sum. (Contributed by Mario Carneiro, 31-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses pntsval.1 S=ai=1aΛilogi+ψai
pntrlog2bnd.r R=a+ψaa
pntrlog2bnd.t T=aifa+aloga0
pntrlog2bndlem5.1 φB+
pntrlog2bndlem5.2 φy+RyyB
Assertion pntrlog2bndlem5 φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlognx𝑂1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pntsval.1 S=ai=1aΛilogi+ψai
2 pntrlog2bnd.r R=a+ψaa
3 pntrlog2bnd.t T=aifa+aloga0
4 pntrlog2bndlem5.1 φB+
5 pntrlog2bndlem5.2 φy+RyyB
6 elioore x1+∞x
7 6 adantl φx1+∞x
8 1rp 1+
9 8 a1i φx1+∞1+
10 1red φx1+∞1
11 eliooord x1+∞1<xx<+∞
12 11 adantl φx1+∞1<xx<+∞
13 12 simpld φx1+∞1<x
14 10 7 13 ltled φx1+∞1x
15 7 9 14 rpgecld φx1+∞x+
16 2 pntrf R:+
17 16 ffvelcdmi x+Rx
18 15 17 syl φx1+∞Rx
19 18 recnd φx1+∞Rx
20 19 abscld φx1+∞Rx
21 20 recnd φx1+∞Rx
22 15 relogcld φx1+∞logx
23 22 recnd φx1+∞logx
24 21 23 mulcld φx1+∞Rxlogx
25 2cnd φx1+∞2
26 7 13 rplogcld φx1+∞logx+
27 26 rpne0d φx1+∞logx0
28 25 23 27 divcld φx1+∞2logx
29 fzfid φx1+∞1xFin
30 15 adantr φx1+∞n1xx+
31 elfznn n1xn
32 31 adantl φx1+∞n1xn
33 32 nnrpd φx1+∞n1xn+
34 30 33 rpdivcld φx1+∞n1xxn+
35 16 ffvelcdmi xn+Rxn
36 34 35 syl φx1+∞n1xRxn
37 36 recnd φx1+∞n1xRxn
38 37 abscld φx1+∞n1xRxn
39 33 relogcld φx1+∞n1xlogn
40 1red φx1+∞n1x1
41 39 40 readdcld φx1+∞n1xlogn+1
42 38 41 remulcld φx1+∞n1xRxnlogn+1
43 42 recnd φx1+∞n1xRxnlogn+1
44 29 43 fsumcl φx1+∞n=1xRxnlogn+1
45 28 44 mulcld φx1+∞2logxn=1xRxnlogn+1
46 24 45 subcld φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+1
47 38 recnd φx1+∞n1xRxn
48 29 47 fsumcl φx1+∞n=1xRxn
49 28 48 mulcld φx1+∞2logxn=1xRxn
50 7 recnd φx1+∞x
51 15 rpne0d φx1+∞x0
52 46 49 50 51 divdird φx1+∞Rxlogx-2logxn=1xRxnlogn+1+2logxn=1xRxnx=Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+1x+2logxn=1xRxnx
53 20 22 remulcld φx1+∞Rxlogx
54 53 recnd φx1+∞Rxlogx
55 54 45 49 subsubd φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+12logxn=1xRxn=Rxlogx-2logxn=1xRxnlogn+1+2logxn=1xRxn
56 28 44 48 subdid φx1+∞2logxn=1xRxnlogn+1n=1xRxn=2logxn=1xRxnlogn+12logxn=1xRxn
57 29 43 47 fsumsub φx1+∞n=1xRxnlogn+1Rxn=n=1xRxnlogn+1n=1xRxn
58 41 recnd φx1+∞n1xlogn+1
59 1cnd φx1+∞n1x1
60 47 58 59 subdid φx1+∞n1xRxnlogn+1-1=Rxnlogn+1Rxn1
61 39 recnd φx1+∞n1xlogn
62 61 59 pncand φx1+∞n1xlogn+1-1=logn
63 62 oveq2d φx1+∞n1xRxnlogn+1-1=Rxnlogn
64 47 mulridd φx1+∞n1xRxn1=Rxn
65 64 oveq2d φx1+∞n1xRxnlogn+1Rxn1=Rxnlogn+1Rxn
66 60 63 65 3eqtr3rd φx1+∞n1xRxnlogn+1Rxn=Rxnlogn
67 66 sumeq2dv φx1+∞n=1xRxnlogn+1Rxn=n=1xRxnlogn
68 57 67 eqtr3d φx1+∞n=1xRxnlogn+1n=1xRxn=n=1xRxnlogn
69 68 oveq2d φx1+∞2logxn=1xRxnlogn+1n=1xRxn=2logxn=1xRxnlogn
70 56 69 eqtr3d φx1+∞2logxn=1xRxnlogn+12logxn=1xRxn=2logxn=1xRxnlogn
71 70 oveq2d φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+12logxn=1xRxn=Rxlogx2logxn=1xRxnlogn
72 55 71 eqtr3d φx1+∞Rxlogx-2logxn=1xRxnlogn+1+2logxn=1xRxn=Rxlogx2logxn=1xRxnlogn
73 72 oveq1d φx1+∞Rxlogx-2logxn=1xRxnlogn+1+2logxn=1xRxnx=Rxlogx2logxn=1xRxnlognx
74 52 73 eqtr3d φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+1x+2logxn=1xRxnx=Rxlogx2logxn=1xRxnlognx
75 74 mpteq2dva φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+1x+2logxn=1xRxnx=x1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlognx
76 2re 2
77 76 a1i φx1+∞2
78 77 26 rerpdivcld φx1+∞2logx
79 29 42 fsumrecl φx1+∞n=1xRxnlogn+1
80 78 79 remulcld φx1+∞2logxn=1xRxnlogn+1
81 53 80 resubcld φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+1
82 81 15 rerpdivcld φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+1x
83 29 38 fsumrecl φx1+∞n=1xRxn
84 78 83 remulcld φx1+∞2logxn=1xRxn
85 84 15 rerpdivcld φx1+∞2logxn=1xRxnx
86 1red φ1
87 1 2 3 pntrlog2bndlem4 x1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnTnTn1x𝑂1
88 87 a1i φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnTnTn1x𝑂1
89 32 nnred φx1+∞n1xn
90 simpl aa+a
91 simpr aa+a+
92 91 relogcld aa+loga
93 90 92 remulcld aa+aloga
94 0red a¬a+0
95 93 94 ifclda aifa+aloga0
96 3 95 fmpti T:
97 96 ffvelcdmi nTn
98 89 97 syl φx1+∞n1xTn
99 89 40 resubcld φx1+∞n1xn1
100 96 ffvelcdmi n1Tn1
101 99 100 syl φx1+∞n1xTn1
102 98 101 resubcld φx1+∞n1xTnTn1
103 38 102 remulcld φx1+∞n1xRxnTnTn1
104 29 103 fsumrecl φx1+∞n=1xRxnTnTn1
105 78 104 remulcld φx1+∞2logxn=1xRxnTnTn1
106 53 105 resubcld φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnTnTn1
107 106 15 rerpdivcld φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnTnTn1x
108 2rp 2+
109 108 a1i φx1+∞2+
110 109 rpge0d φx1+∞02
111 77 26 110 divge0d φx1+∞02logx
112 37 absge0d φx1+∞n1x0Rxn
113 33 adantr φx1+∞n1x1<nn+
114 113 rpcnd φx1+∞n1x1<nn
115 61 adantr φx1+∞n1x1<nlogn
116 114 115 mulcld φx1+∞n1x1<nnlogn
117 simpr φx1+∞n1x1<n1<n
118 1re 1
119 113 rpred φx1+∞n1x1<nn
120 difrp 1n1<nn1+
121 118 119 120 sylancr φx1+∞n1x1<n1<nn1+
122 117 121 mpbid φx1+∞n1x1<nn1+
123 122 relogcld φx1+∞n1x1<nlogn1
124 123 recnd φx1+∞n1x1<nlogn1
125 114 124 mulcld φx1+∞n1x1<nnlogn1
126 116 125 124 subsubd φx1+∞n1x1<nnlognnlogn1logn1=nlogn-nlogn1+logn1
127 rpre n+n
128 eleq1 a=na+n+
129 id a=na=n
130 fveq2 a=nloga=logn
131 129 130 oveq12d a=naloga=nlogn
132 128 131 ifbieq1d a=nifa+aloga0=ifn+nlogn0
133 ovex nlognV
134 c0ex 0V
135 133 134 ifex ifn+nlogn0V
136 132 3 135 fvmpt nTn=ifn+nlogn0
137 127 136 syl n+Tn=ifn+nlogn0
138 iftrue n+ifn+nlogn0=nlogn
139 137 138 eqtrd n+Tn=nlogn
140 113 139 syl φx1+∞n1x1<nTn=nlogn
141 rpre n1+n1
142 eleq1 a=n1a+n1+
143 id a=n1a=n1
144 fveq2 a=n1loga=logn1
145 143 144 oveq12d a=n1aloga=n1logn1
146 142 145 ifbieq1d a=n1ifa+aloga0=ifn1+n1logn10
147 ovex n1logn1V
148 147 134 ifex ifn1+n1logn10V
149 146 3 148 fvmpt n1Tn1=ifn1+n1logn10
150 141 149 syl n1+Tn1=ifn1+n1logn10
151 iftrue n1+ifn1+n1logn10=n1logn1
152 150 151 eqtrd n1+Tn1=n1logn1
153 122 152 syl φx1+∞n1x1<nTn1=n1logn1
154 1cnd φx1+∞n1x1<n1
155 114 154 124 subdird φx1+∞n1x1<nn1logn1=nlogn11logn1
156 124 mullidd φx1+∞n1x1<n1logn1=logn1
157 156 oveq2d φx1+∞n1x1<nnlogn11logn1=nlogn1logn1
158 153 155 157 3eqtrd φx1+∞n1x1<nTn1=nlogn1logn1
159 140 158 oveq12d φx1+∞n1x1<nTnTn1=nlognnlogn1logn1
160 114 115 124 subdid φx1+∞n1x1<nnlognlogn1=nlognnlogn1
161 160 oveq1d φx1+∞n1x1<nnlognlogn1+logn1=nlogn-nlogn1+logn1
162 126 159 161 3eqtr4d φx1+∞n1x1<nTnTn1=nlognlogn1+logn1
163 113 relogcld φx1+∞n1x1<nlogn
164 163 123 resubcld φx1+∞n1x1<nlognlogn1
165 164 recnd φx1+∞n1x1<nlognlogn1
166 114 154 165 subdird φx1+∞n1x1<nn1lognlogn1=nlognlogn11lognlogn1
167 165 mullidd φx1+∞n1x1<n1lognlogn1=lognlogn1
168 167 oveq2d φx1+∞n1x1<nnlognlogn11lognlogn1=nlognlogn1lognlogn1
169 119 164 remulcld φx1+∞n1x1<nnlognlogn1
170 169 recnd φx1+∞n1x1<nnlognlogn1
171 170 115 124 subsub3d φx1+∞n1x1<nnlognlogn1lognlogn1=nlognlogn1+logn1-logn
172 166 168 171 3eqtrd φx1+∞n1x1<nn1lognlogn1=nlognlogn1+logn1-logn
173 114 154 npcand φx1+∞n1x1<nn-1+1=n
174 173 fveq2d φx1+∞n1x1<nlogn-1+1=logn
175 174 oveq1d φx1+∞n1x1<nlogn-1+1logn1=lognlogn1
176 logdifbnd n1+logn-1+1logn11n1
177 122 176 syl φx1+∞n1x1<nlogn-1+1logn11n1
178 175 177 eqbrtrrd φx1+∞n1x1<nlognlogn11n1
179 1red φx1+∞n1x1<n1
180 164 179 122 lemuldiv2d φx1+∞n1x1<nn1lognlogn11lognlogn11n1
181 178 180 mpbird φx1+∞n1x1<nn1lognlogn11
182 172 181 eqbrtrrd φx1+∞n1x1<nnlognlogn1+logn1-logn1
183 169 123 readdcld φx1+∞n1x1<nnlognlogn1+logn1
184 183 163 179 lesubadd2d φx1+∞n1x1<nnlognlogn1+logn1-logn1nlognlogn1+logn1logn+1
185 182 184 mpbid φx1+∞n1x1<nnlognlogn1+logn1logn+1
186 162 185 eqbrtrd φx1+∞n1x1<nTnTn1logn+1
187 fveq2 n=1Tn=T1
188 id a=1a=1
189 188 8 eqeltrdi a=1a+
190 189 iftrued a=1ifa+aloga0=aloga
191 fveq2 a=1loga=log1
192 log1 log1=0
193 191 192 eqtrdi a=1loga=0
194 188 193 oveq12d a=1aloga=10
195 ax-1cn 1
196 195 mul01i 10=0
197 194 196 eqtrdi a=1aloga=0
198 190 197 eqtrd a=1ifa+aloga0=0
199 198 3 134 fvmpt 1T1=0
200 118 199 ax-mp T1=0
201 187 200 eqtrdi n=1Tn=0
202 oveq1 n=1n1=11
203 1m1e0 11=0
204 202 203 eqtrdi n=1n1=0
205 204 fveq2d n=1Tn1=T0
206 0re 0
207 rpne0 a+a0
208 207 necon2bi a=0¬a+
209 208 iffalsed a=0ifa+aloga0=0
210 209 3 134 fvmpt 0T0=0
211 206 210 ax-mp T0=0
212 205 211 eqtrdi n=1Tn1=0
213 201 212 oveq12d n=1TnTn1=00
214 0m0e0 00=0
215 213 214 eqtrdi n=1TnTn1=0
216 215 eqcoms 1=nTnTn1=0
217 216 adantl φx1+∞n1x1=nTnTn1=0
218 0red φx1+∞n1x0
219 32 nnge1d φx1+∞n1x1n
220 89 219 logge0d φx1+∞n1x0logn
221 39 lep1d φx1+∞n1xlognlogn+1
222 218 39 41 220 221 letrd φx1+∞n1x0logn+1
223 222 adantr φx1+∞n1x1=n0logn+1
224 217 223 eqbrtrd φx1+∞n1x1=nTnTn1logn+1
225 elfzle1 n1x1n
226 225 adantl φx1+∞n1x1n
227 40 89 leloed φx1+∞n1x1n1<n1=n
228 226 227 mpbid φx1+∞n1x1<n1=n
229 186 224 228 mpjaodan φx1+∞n1xTnTn1logn+1
230 102 41 38 112 229 lemul2ad φx1+∞n1xRxnTnTn1Rxnlogn+1
231 29 103 42 230 fsumle φx1+∞n=1xRxnTnTn1n=1xRxnlogn+1
232 104 79 78 111 231 lemul2ad φx1+∞2logxn=1xRxnTnTn12logxn=1xRxnlogn+1
233 105 80 53 232 lesub2dd φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+1Rxlogx2logxn=1xRxnTnTn1
234 81 106 15 233 lediv1dd φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+1xRxlogx2logxn=1xRxnTnTn1x
235 234 adantrr φx1+∞1xRxlogx2logxn=1xRxnlogn+1xRxlogx2logxn=1xRxnTnTn1x
236 86 88 107 82 235 lo1le φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+1x𝑂1
237 108 a1i φ2+
238 237 4 rpmulcld φ2B+
239 238 rpred φ2B
240 239 adantr φx1+∞2B
241 10 26 rerpdivcld φx1+∞1logx
242 10 241 readdcld φx1+∞1+1logx
243 ioossre 1+∞
244 lo1const 1+∞2Bx1+∞2B𝑂1
245 243 239 244 sylancr φx1+∞2B𝑂1
246 lo1const 1+∞1x1+∞1𝑂1
247 243 86 246 sylancr φx1+∞1𝑂1
248 divlogrlim x1+∞1logx0
249 rlimo1 x1+∞1logx0x1+∞1logx𝑂1
250 248 249 mp1i φx1+∞1logx𝑂1
251 241 250 o1lo1d φx1+∞1logx𝑂1
252 10 241 247 251 lo1add φx1+∞1+1logx𝑂1
253 238 adantr φx1+∞2B+
254 253 rpge0d φx1+∞02B
255 240 242 245 252 254 lo1mul φx1+∞2B1+1logx𝑂1
256 240 242 remulcld φx1+∞2B1+1logx
257 83 15 rerpdivcld φx1+∞n=1xRxnx
258 22 10 readdcld φx1+∞logx+1
259 4 adantr φx1+∞B+
260 259 rpred φx1+∞B
261 258 260 remulcld φx1+∞logx+1B
262 32 nnrecred φx1+∞n1x1n
263 29 262 fsumrecl φx1+∞n=1x1n
264 263 260 remulcld φx1+∞n=1x1nB
265 38 30 rerpdivcld φx1+∞n1xRxnx
266 260 adantr φx1+∞n1xB
267 262 266 remulcld φx1+∞n1x1nB
268 34 rpcnd φx1+∞n1xxn
269 34 rpne0d φx1+∞n1xxn0
270 37 268 269 absdivd φx1+∞n1xRxnxn=Rxnxn
271 7 adantr φx1+∞n1xx
272 271 32 nndivred φx1+∞n1xxn
273 34 rpge0d φx1+∞n1x0xn
274 272 273 absidd φx1+∞n1xxn=xn
275 274 oveq2d φx1+∞n1xRxnxn=Rxnxn
276 270 275 eqtrd φx1+∞n1xRxnxn=Rxnxn
277 50 adantr φx1+∞n1xx
278 89 recnd φx1+∞n1xn
279 51 adantr φx1+∞n1xx0
280 32 nnne0d φx1+∞n1xn0
281 47 277 278 279 280 divdiv2d φx1+∞n1xRxnxn=Rxnnx
282 47 278 277 279 div23d φx1+∞n1xRxnnx=Rxnxn
283 276 281 282 3eqtrd φx1+∞n1xRxnxn=Rxnxn
284 fveq2 y=xnRy=Rxn
285 id y=xny=xn
286 284 285 oveq12d y=xnRyy=Rxnxn
287 286 fveq2d y=xnRyy=Rxnxn
288 287 breq1d y=xnRyyBRxnxnB
289 5 ad2antrr φx1+∞n1xy+RyyB
290 288 289 34 rspcdva φx1+∞n1xRxnxnB
291 283 290 eqbrtrrd φx1+∞n1xRxnxnB
292 265 266 33 lemuldivd φx1+∞n1xRxnxnBRxnxBn
293 291 292 mpbid φx1+∞n1xRxnxBn
294 266 recnd φx1+∞n1xB
295 294 278 280 divrec2d φx1+∞n1xBn=1nB
296 293 295 breqtrd φx1+∞n1xRxnx1nB
297 29 265 267 296 fsumle φx1+∞n=1xRxnxn=1x1nB
298 29 50 47 51 fsumdivc φx1+∞n=1xRxnx=n=1xRxnx
299 259 rpcnd φx1+∞B
300 262 recnd φx1+∞n1x1n
301 29 299 300 fsummulc1 φx1+∞n=1x1nB=n=1x1nB
302 297 298 301 3brtr4d φx1+∞n=1xRxnxn=1x1nB
303 259 rpge0d φx1+∞0B
304 harmonicubnd x1xn=1x1nlogx+1
305 7 14 304 syl2anc φx1+∞n=1x1nlogx+1
306 263 258 260 303 305 lemul1ad φx1+∞n=1x1nBlogx+1B
307 257 264 261 302 306 letrd φx1+∞n=1xRxnxlogx+1B
308 257 261 78 111 307 lemul2ad φx1+∞2logxn=1xRxnx2logxlogx+1B
309 28 48 50 51 divassd φx1+∞2logxn=1xRxnx=2logxn=1xRxnx
310 242 recnd φx1+∞1+1logx
311 25 299 310 mul32d φx1+∞2B1+1logx=21+1logxB
312 1cnd φx1+∞1
313 23 312 23 27 divdird φx1+∞logx+1logx=logxlogx+1logx
314 23 27 dividd φx1+∞logxlogx=1
315 314 oveq1d φx1+∞logxlogx+1logx=1+1logx
316 313 315 eqtr2d φx1+∞1+1logx=logx+1logx
317 316 oveq2d φx1+∞21+1logx=2logx+1logx
318 23 312 addcld φx1+∞logx+1
319 25 23 318 27 div32d φx1+∞2logxlogx+1=2logx+1logx
320 317 319 eqtr4d φx1+∞21+1logx=2logxlogx+1
321 320 oveq1d φx1+∞21+1logxB=2logxlogx+1B
322 28 318 299 mulassd φx1+∞2logxlogx+1B=2logxlogx+1B
323 311 321 322 3eqtrd φx1+∞2B1+1logx=2logxlogx+1B
324 308 309 323 3brtr4d φx1+∞2logxn=1xRxnx2B1+1logx
325 324 adantrr φx1+∞1x2logxn=1xRxnx2B1+1logx
326 86 255 256 85 325 lo1le φx1+∞2logxn=1xRxnx𝑂1
327 82 85 236 326 lo1add φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlogn+1x+2logxn=1xRxnx𝑂1
328 75 327 eqeltrrd φx1+∞Rxlogx2logxn=1xRxnlognx𝑂1