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Theorem pserulm

Description: If S is a region contained in a circle of radius M < R , then the sequence of partial sums of the infinite series converges uniformly on S . (Contributed by Mario Carneiro, 26-Feb-2015)

Ref Expression
Hypotheses pserf.g G = x n 0 A n x n
pserf.f F = y S j 0 G y j
pserf.a φ A : 0
pserf.r R = sup r | seq 0 + G r dom * <
pserulm.h H = i 0 y S seq 0 + G y i
pserulm.m φ M
pserulm.l φ M < R
pserulm.y φ S abs -1 0 M
Assertion pserulm φ H u S F

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pserf.g G = x n 0 A n x n
2 pserf.f F = y S j 0 G y j
3 pserf.a φ A : 0
4 pserf.r R = sup r | seq 0 + G r dom * <
5 pserulm.h H = i 0 y S seq 0 + G y i
6 pserulm.m φ M
7 pserulm.l φ M < R
8 pserulm.y φ S abs -1 0 M
9 8 adantr φ M < 0 S abs -1 0 M
10 0xr 0 *
11 6 rexrd φ M *
12 icc0 0 * M * 0 M = M < 0
13 10 11 12 sylancr φ 0 M = M < 0
14 13 biimpar φ M < 0 0 M =
15 14 imaeq2d φ M < 0 abs -1 0 M = abs -1
16 ima0 abs -1 =
17 15 16 eqtrdi φ M < 0 abs -1 0 M =
18 9 17 sseqtrd φ M < 0 S
19 ss0 S S =
20 18 19 syl φ M < 0 S =
21 nn0uz 0 = 0
22 0zd φ 0
23 0zd φ y S 0
24 3 adantr φ y S A : 0
25 cnvimass abs -1 0 M dom abs
26 absf abs :
27 26 fdmi dom abs =
28 25 27 sseqtri abs -1 0 M
29 8 28 sstrdi φ S
30 29 sselda φ y S y
31 1 24 30 psergf φ y S G y : 0
32 31 ffvelrnda φ y S j 0 G y j
33 21 23 32 serf φ y S seq 0 + G y : 0
34 33 ffvelrnda φ y S i 0 seq 0 + G y i
35 34 an32s φ i 0 y S seq 0 + G y i
36 35 fmpttd φ i 0 y S seq 0 + G y i : S
37 cnex V
38 ssexg S V S V
39 29 37 38 sylancl φ S V
40 39 adantr φ i 0 S V
41 elmapg V S V y S seq 0 + G y i S y S seq 0 + G y i : S
42 37 40 41 sylancr φ i 0 y S seq 0 + G y i S y S seq 0 + G y i : S
43 36 42 mpbird φ i 0 y S seq 0 + G y i S
44 43 5 fmptd φ H : 0 S
45 eqidd φ y S j 0 G y j = G y j
46 8 sselda φ y S y abs -1 0 M
47 ffn abs : abs Fn
48 elpreima abs Fn y abs -1 0 M y y 0 M
49 26 47 48 mp2b y abs -1 0 M y y 0 M
50 46 49 sylib φ y S y y 0 M
51 50 simprd φ y S y 0 M
52 0re 0
53 6 adantr φ y S M
54 elicc2 0 M y 0 M y 0 y y M
55 52 53 54 sylancr φ y S y 0 M y 0 y y M
56 51 55 mpbid φ y S y 0 y y M
57 56 simp1d φ y S y
58 57 rexrd φ y S y *
59 11 adantr φ y S M *
60 iccssxr 0 +∞ *
61 1 3 4 radcnvcl φ R 0 +∞
62 60 61 sselid φ R *
63 62 adantr φ y S R *
64 56 simp3d φ y S y M
65 7 adantr φ y S M < R
66 58 59 63 64 65 xrlelttrd φ y S y < R
67 1 24 4 30 66 radcnvlt2 φ y S seq 0 + G y dom
68 21 23 45 32 67 isumcl φ y S j 0 G y j
69 68 2 fmptd φ F : S
70 21 22 44 69 ulm0 φ S = H u S F
71 20 70 syldan φ M < 0 H u S F
72 simpr φ i 0 i 0
73 72 21 eleqtrdi φ i 0 i 0
74 eqid m 0 w S G w m = m 0 w S G w m
75 fveq2 w = y G w = G y
76 75 fveq1d w = y G w m = G y m
77 76 cbvmptv w S G w m = y S G y m
78 fveq2 m = k G y m = G y k
79 78 mpteq2dv m = k y S G y m = y S G y k
80 77 79 syl5eq m = k w S G w m = y S G y k
81 elfznn0 k 0 i k 0
82 81 adantl φ i 0 k 0 i k 0
83 39 ad2antrr φ i 0 k 0 i S V
84 83 mptexd φ i 0 k 0 i y S G y k V
85 74 80 82 84 fvmptd3 φ i 0 k 0 i m 0 w S G w m k = y S G y k
86 40 73 85 seqof φ i 0 seq 0 f + m 0 w S G w m i = y S seq 0 + G y i
87 86 eqcomd φ i 0 y S seq 0 + G y i = seq 0 f + m 0 w S G w m i
88 87 mpteq2dva φ i 0 y S seq 0 + G y i = i 0 seq 0 f + m 0 w S G w m i
89 0z 0
90 seqfn 0 seq 0 f + m 0 w S G w m Fn 0
91 89 90 ax-mp seq 0 f + m 0 w S G w m Fn 0
92 21 fneq2i seq 0 f + m 0 w S G w m Fn 0 seq 0 f + m 0 w S G w m Fn 0
93 91 92 mpbir seq 0 f + m 0 w S G w m Fn 0
94 dffn5 seq 0 f + m 0 w S G w m Fn 0 seq 0 f + m 0 w S G w m = i 0 seq 0 f + m 0 w S G w m i
95 93 94 mpbi seq 0 f + m 0 w S G w m = i 0 seq 0 f + m 0 w S G w m i
96 88 5 95 3eqtr4g φ H = seq 0 f + m 0 w S G w m
97 96 adantr φ 0 M H = seq 0 f + m 0 w S G w m
98 0zd φ 0 M 0
99 39 adantr φ 0 M S V
100 3 adantr φ w S A : 0
101 29 sselda φ w S w
102 1 100 101 psergf φ w S G w : 0
103 102 ffvelrnda φ w S m 0 G w m
104 103 an32s φ m 0 w S G w m
105 104 fmpttd φ m 0 w S G w m : S
106 39 adantr φ m 0 S V
107 elmapg V S V w S G w m S w S G w m : S
108 37 106 107 sylancr φ m 0 w S G w m S w S G w m : S
109 105 108 mpbird φ m 0 w S G w m S
110 109 fmpttd φ m 0 w S G w m : 0 S
111 110 adantr φ 0 M m 0 w S G w m : 0 S
112 fex abs : V abs V
113 26 37 112 mp2an abs V
114 fvex G M V
115 113 114 coex abs G M V
116 115 a1i φ 0 M abs G M V
117 3 adantr φ 0 M A : 0
118 6 adantr φ 0 M M
119 118 recnd φ 0 M M
120 1 117 119 psergf φ 0 M G M : 0
121 fco abs : G M : 0 abs G M : 0
122 26 120 121 sylancr φ 0 M abs G M : 0
123 122 ffvelrnda φ 0 M k 0 abs G M k
124 29 ad2antrr φ 0 M k 0 z S S
125 simprr φ 0 M k 0 z S z S
126 124 125 sseldd φ 0 M k 0 z S z
127 simprl φ 0 M k 0 z S k 0
128 126 127 expcld φ 0 M k 0 z S z k
129 128 abscld φ 0 M k 0 z S z k
130 119 adantr φ 0 M k 0 z S M
131 130 127 expcld φ 0 M k 0 z S M k
132 131 abscld φ 0 M k 0 z S M k
133 3 ad2antrr φ 0 M k 0 z S A : 0
134 133 127 ffvelrnd φ 0 M k 0 z S A k
135 134 abscld φ 0 M k 0 z S A k
136 134 absge0d φ 0 M k 0 z S 0 A k
137 126 abscld φ 0 M k 0 z S z
138 6 ad2antrr φ 0 M k 0 z S M
139 126 absge0d φ 0 M k 0 z S 0 z
140 fveq2 y = z y = z
141 140 breq1d y = z y M z M
142 64 ralrimiva φ y S y M
143 142 ad2antrr φ 0 M k 0 z S y S y M
144 141 143 125 rspcdva φ 0 M k 0 z S z M
145 leexp1a z M k 0 0 z z M z k M k
146 137 138 127 139 144 145 syl32anc φ 0 M k 0 z S z k M k
147 126 127 absexpd φ 0 M k 0 z S z k = z k
148 130 127 absexpd φ 0 M k 0 z S M k = M k
149 absid M 0 M M = M
150 6 149 sylan φ 0 M M = M
151 150 adantr φ 0 M k 0 z S M = M
152 151 oveq1d φ 0 M k 0 z S M k = M k
153 148 152 eqtrd φ 0 M k 0 z S M k = M k
154 146 147 153 3brtr4d φ 0 M k 0 z S z k M k
155 129 132 135 136 154 lemul2ad φ 0 M k 0 z S A k z k A k M k
156 134 128 absmuld φ 0 M k 0 z S A k z k = A k z k
157 134 131 absmuld φ 0 M k 0 z S A k M k = A k M k
158 155 156 157 3brtr4d φ 0 M k 0 z S A k z k A k M k
159 39 ad2antrr φ 0 M k 0 z S S V
160 159 mptexd φ 0 M k 0 z S y S G y k V
161 74 80 127 160 fvmptd3 φ 0 M k 0 z S m 0 w S G w m k = y S G y k
162 161 fveq1d φ 0 M k 0 z S m 0 w S G w m k z = y S G y k z
163 fveq2 y = z G y = G z
164 163 fveq1d y = z G y k = G z k
165 eqid y S G y k = y S G y k
166 fvex G z k V
167 164 165 166 fvmpt z S y S G y k z = G z k
168 167 ad2antll φ 0 M k 0 z S y S G y k z = G z k
169 1 pserval2 z k 0 G z k = A k z k
170 126 127 169 syl2anc φ 0 M k 0 z S G z k = A k z k
171 162 168 170 3eqtrd φ 0 M k 0 z S m 0 w S G w m k z = A k z k
172 171 fveq2d φ 0 M k 0 z S m 0 w S G w m k z = A k z k
173 120 adantr φ 0 M k 0 z S G M : 0
174 fvco3 G M : 0 k 0 abs G M k = G M k
175 173 127 174 syl2anc φ 0 M k 0 z S abs G M k = G M k
176 1 pserval2 M k 0 G M k = A k M k
177 130 127 176 syl2anc φ 0 M k 0 z S G M k = A k M k
178 177 fveq2d φ 0 M k 0 z S G M k = A k M k
179 175 178 eqtrd φ 0 M k 0 z S abs G M k = A k M k
180 158 172 179 3brtr4d φ 0 M k 0 z S m 0 w S G w m k z abs G M k
181 7 adantr φ 0 M M < R
182 150 181 eqbrtrd φ 0 M M < R
183 id i = m i = m
184 2fveq3 i = m G M i = G M m
185 183 184 oveq12d i = m i G M i = m G M m
186 185 cbvmptv i 0 i G M i = m 0 m G M m
187 1 117 4 119 182 186 radcnvlt1 φ 0 M seq 0 + i 0 i G M i dom seq 0 + abs G M dom
188 187 simprd φ 0 M seq 0 + abs G M dom
189 21 98 99 111 116 123 180 188 mtest φ 0 M seq 0 f + m 0 w S G w m dom u S
190 97 189 eqeltrd φ 0 M H dom u S
191 simpr φ H u S f H u S f
192 ulmcl H u S f f : S
193 192 adantl φ H u S f f : S
194 193 feqmptd φ H u S f f = y S f y
195 0zd φ H u S f y S 0
196 eqidd φ H u S f y S j 0 G y j = G y j
197 31 adantlr φ H u S f y S G y : 0
198 197 ffvelrnda φ H u S f y S j 0 G y j
199 44 ad2antrr φ H u S f y S H : 0 S
200 simpr φ H u S f y S y S
201 seqex seq 0 + G y V
202 201 a1i φ H u S f y S seq 0 + G y V
203 simpr φ H u S f y S i 0 i 0
204 39 ad3antrrr φ H u S f y S i 0 S V
205 204 mptexd φ H u S f y S i 0 y S seq 0 + G y i V
206 5 fvmpt2 i 0 y S seq 0 + G y i V H i = y S seq 0 + G y i
207 203 205 206 syl2anc φ H u S f y S i 0 H i = y S seq 0 + G y i
208 207 fveq1d φ H u S f y S i 0 H i y = y S seq 0 + G y i y
209 simplr φ H u S f y S i 0 y S
210 fvex seq 0 + G y i V
211 eqid y S seq 0 + G y i = y S seq 0 + G y i
212 211 fvmpt2 y S seq 0 + G y i V y S seq 0 + G y i y = seq 0 + G y i
213 209 210 212 sylancl φ H u S f y S i 0 y S seq 0 + G y i y = seq 0 + G y i
214 208 213 eqtrd φ H u S f y S i 0 H i y = seq 0 + G y i
215 simplr φ H u S f y S H u S f
216 21 195 199 200 202 214 215 ulmclm φ H u S f y S seq 0 + G y f y
217 21 195 196 198 216 isumclim φ H u S f y S j 0 G y j = f y
218 217 mpteq2dva φ H u S f y S j 0 G y j = y S f y
219 2 218 syl5eq φ H u S f F = y S f y
220 194 219 eqtr4d φ H u S f f = F
221 191 220 breqtrd φ H u S f H u S F
222 221 ex φ H u S f H u S F
223 222 exlimdv φ f H u S f H u S F
224 eldmg H dom u S H dom u S f H u S f
225 224 ibi H dom u S f H u S f
226 223 225 impel φ H dom u S H u S F
227 190 226 syldan φ 0 M H u S F
228 0red φ 0
229 71 227 6 228 ltlecasei φ H u S F