Metamath Proof Explorer


Theorem abelth2

Description: Abel's theorem, restricted to the [ 0 , 1 ] interval. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses abelth2.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด : โ„•0 โŸถ โ„‚ )
abelth2.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq 0 ( + , ๐ด ) โˆˆ dom โ‡ )
abelth2.3 โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( 0 [,] 1 ) โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) )
Assertion abelth2 ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ( ( 0 [,] 1 ) โ€“cnโ†’ โ„‚ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 abelth2.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด : โ„•0 โŸถ โ„‚ )
2 abelth2.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq 0 ( + , ๐ด ) โˆˆ dom โ‡ )
3 abelth2.3 โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( 0 [,] 1 ) โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) )
4 unitssre โŠข ( 0 [,] 1 ) โІ โ„
5 ax-resscn โŠข โ„ โІ โ„‚
6 4 5 sstri โŠข ( 0 [,] 1 ) โІ โ„‚
7 6 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 [,] 1 ) โІ โ„‚ )
8 1re โŠข 1 โˆˆ โ„
9 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) )
10 elicc01 โŠข ( ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) โ†” ( ๐‘ง โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐‘ง โˆง ๐‘ง โ‰ค 1 ) )
11 9 10 sylib โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( ๐‘ง โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐‘ง โˆง ๐‘ง โ‰ค 1 ) )
12 11 simp1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ๐‘ง โˆˆ โ„ )
13 resubcl โŠข ( ( 1 โˆˆ โ„ โˆง ๐‘ง โˆˆ โ„ ) โ†’ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) โˆˆ โ„ )
14 8 12 13 sylancr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) โˆˆ โ„ )
15 14 leidd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) โ‰ค ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) )
16 1red โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
17 11 simp3d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ๐‘ง โ‰ค 1 )
18 12 16 17 abssubge0d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) = ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) )
19 11 simp2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ 0 โ‰ค ๐‘ง )
20 12 19 absidd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) = ๐‘ง )
21 20 oveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) = ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) )
22 21 oveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) = ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) )
23 14 recnd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) โˆˆ โ„‚ )
24 23 mullidd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) = ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) )
25 22 24 eqtrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) = ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) )
26 15 18 25 3brtr4d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ง โˆˆ ( 0 [,] 1 ) ) โ†’ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) )
27 7 26 ssrabdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 [,] 1 ) โІ { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } )
28 27 resmptd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) ) โ†พ ( 0 [,] 1 ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( 0 [,] 1 ) โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) ) )
29 28 3 eqtr4di โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) ) โ†พ ( 0 [,] 1 ) ) = ๐น )
30 1red โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
31 0le1 โŠข 0 โ‰ค 1
32 31 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค 1 )
33 eqid โŠข { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } = { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) }
34 eqid โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) )
35 1 2 30 32 33 34 abelth โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) ) โˆˆ ( { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ€“cnโ†’ โ„‚ ) )
36 rescncf โŠข ( ( 0 [,] 1 ) โІ { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) ) โˆˆ ( { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ€“cnโ†’ โ„‚ ) โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) ) โ†พ ( 0 [,] 1 ) ) โˆˆ ( ( 0 [,] 1 ) โ€“cnโ†’ โ„‚ ) ) )
37 27 35 36 sylc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘ฅ โˆˆ { ๐‘ง โˆˆ โ„‚ โˆฃ ( abs โ€˜ ( 1 โˆ’ ๐‘ง ) ) โ‰ค ( 1 ยท ( 1 โˆ’ ( abs โ€˜ ๐‘ง ) ) ) } โ†ฆ ฮฃ ๐‘› โˆˆ โ„•0 ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( ๐‘ฅ โ†‘ ๐‘› ) ) ) โ†พ ( 0 [,] 1 ) ) โˆˆ ( ( 0 [,] 1 ) โ€“cnโ†’ โ„‚ ) )
38 29 37 eqeltrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ( ( 0 [,] 1 ) โ€“cnโ†’ โ„‚ ) )