Metamath Proof Explorer


Theorem clim2div

Description: The limit of an infinite product with an initial segment removed. (Contributed by Scott Fenton, 20-Dec-2017)

Ref Expression
Hypotheses clim2div.1 โŠข ๐‘ = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ )
clim2div.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ ๐‘ )
clim2div.3 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
clim2div.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ‡ ๐ด )
clim2div.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โ‰  0 )
Assertion clim2div ( ๐œ‘ โ†’ seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โ‡ ( ๐ด / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 clim2div.1 โŠข ๐‘ = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ )
2 clim2div.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ ๐‘ )
3 clim2div.3 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
4 clim2div.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ‡ ๐ด )
5 clim2div.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โ‰  0 )
6 eqid โŠข ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) )
7 eluzelz โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
8 7 1 eleq2s โŠข ( ๐‘ โˆˆ ๐‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
9 2 8 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
10 9 peano2zd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ + 1 ) โˆˆ โ„ค )
11 eluzel2 โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
12 11 1 eleq2s โŠข ( ๐‘ โˆˆ ๐‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
13 2 12 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
14 1 13 3 prodf โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) : ๐‘ โŸถ โ„‚ )
15 14 2 ffvelcdmd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„‚ )
16 15 5 reccld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„‚ )
17 seqex โŠข seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โˆˆ V
18 17 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โˆˆ V )
19 2 1 eleqtrdi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) )
20 peano2uz โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ( ๐‘ + 1 ) โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) )
21 19 20 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ + 1 ) โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) )
22 21 1 eleqtrrdi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ + 1 ) โˆˆ ๐‘ )
23 1 uztrn2 โŠข ( ( ( ๐‘ + 1 ) โˆˆ ๐‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ๐‘— โˆˆ ๐‘ )
24 22 23 sylan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ๐‘— โˆˆ ๐‘ )
25 14 ffvelcdmda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ๐‘ ) โ†’ ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ )
26 24 25 syldan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ )
27 mulcl โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
28 27 adantl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ) ) โ†’ ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
29 mulass โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ยท ๐‘ฆ ) = ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) )
30 29 adantl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„‚ ) ) โ†’ ( ( ๐‘˜ ยท ๐‘ฅ ) ยท ๐‘ฆ ) = ( ๐‘˜ ยท ( ๐‘ฅ ยท ๐‘ฆ ) ) )
31 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) )
32 19 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) )
33 elfzuz โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( ๐‘€ ... ๐‘— ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘€ ) )
34 33 1 eleqtrrdi โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( ๐‘€ ... ๐‘— ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘ )
35 34 3 sylan2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐‘€ ... ๐‘— ) ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
36 35 adantlr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐‘€ ... ๐‘— ) ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
37 28 30 31 32 36 seqsplit โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) = ( ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ยท ( seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) ) )
38 37 eqcomd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ยท ( seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) ) = ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) )
39 15 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„‚ )
40 1 uztrn2 โŠข ( ( ( ๐‘ + 1 ) โˆˆ ๐‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘ )
41 22 40 sylan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘ )
42 41 3 syldan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
43 6 10 42 prodf โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) : ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) โŸถ โ„‚ )
44 43 ffvelcdmda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) โˆˆ โ„‚ )
45 5 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) โ‰  0 )
46 26 39 44 45 divmuld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( ( ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) = ( seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) โ†” ( ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ยท ( seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) ) = ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) ) )
47 38 46 mpbird โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) = ( seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) )
48 26 39 45 divrec2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) = ( ( 1 / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) ยท ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) ) )
49 47 48 eqtr3d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘ + 1 ) ) ) โ†’ ( seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) = ( ( 1 / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) ยท ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘— ) ) )
50 6 10 4 16 18 26 49 climmulc2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โ‡ ( ( 1 / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) ยท ๐ด ) )
51 climcl โŠข ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ‡ ๐ด โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
52 4 51 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
53 52 15 5 divrec2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) = ( ( 1 / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) ยท ๐ด ) )
54 50 53 breqtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq ( ๐‘ + 1 ) ( ยท , ๐น ) โ‡ ( ๐ด / ( seq ๐‘€ ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘ ) ) )