Metamath Proof Explorer


Theorem dchrvmasumif

Description: An asymptotic approximation for the sum of X ( n ) Lam ( n ) / n conditional on the value of the infinite sum S . (We will later show that the case S = 0 is impossible, and hence establish dchrvmasum .) (Contributed by Mario Carneiro, 5-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses rpvmasum.z โŠข ๐‘ = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘ )
rpvmasum.l โŠข ๐ฟ = ( โ„คRHom โ€˜ ๐‘ )
rpvmasum.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
rpvmasum.g โŠข ๐บ = ( DChr โ€˜ ๐‘ )
rpvmasum.d โŠข ๐ท = ( Base โ€˜ ๐บ )
rpvmasum.1 โŠข 1 = ( 0g โ€˜ ๐บ )
dchrisum.b โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ท )
dchrisum.n1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โ‰  1 )
dchrvmasumif.f โŠข ๐น = ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) / ๐‘Ž ) )
dchrvmasumif.c โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) )
dchrvmasumif.s โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq 1 ( + , ๐น ) โ‡ ๐‘† )
dchrvmasumif.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 1 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ๐น ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘† ) ) โ‰ค ( ๐ถ / ๐‘ฆ ) )
Assertion dchrvmasumif ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„+ โ†ฆ ( ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘› ) ) ยท ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘› ) / ๐‘› ) ) + if ( ๐‘† = 0 , ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) , 0 ) ) ) โˆˆ ๐‘‚(1) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rpvmasum.z โŠข ๐‘ = ( โ„ค/nโ„ค โ€˜ ๐‘ )
2 rpvmasum.l โŠข ๐ฟ = ( โ„คRHom โ€˜ ๐‘ )
3 rpvmasum.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
4 rpvmasum.g โŠข ๐บ = ( DChr โ€˜ ๐‘ )
5 rpvmasum.d โŠข ๐ท = ( Base โ€˜ ๐บ )
6 rpvmasum.1 โŠข 1 = ( 0g โ€˜ ๐บ )
7 dchrisum.b โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ท )
8 dchrisum.n1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โ‰  1 )
9 dchrvmasumif.f โŠข ๐น = ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) / ๐‘Ž ) )
10 dchrvmasumif.c โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) )
11 dchrvmasumif.s โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq 1 ( + , ๐น ) โ‡ ๐‘† )
12 dchrvmasumif.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 1 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ๐น ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘† ) ) โ‰ค ( ๐ถ / ๐‘ฆ ) )
13 eqid โŠข ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) = ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) )
14 1 2 3 4 5 6 7 8 13 dchrvmasumlema โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘ก โˆƒ ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) )
15 3 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) โˆง ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
16 7 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) โˆง ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) ) ) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ท )
17 8 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) โˆง ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) ) ) โ†’ ๐‘‹ โ‰  1 )
18 10 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) โˆง ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) ) ) โ†’ ๐ถ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) )
19 11 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) โˆง ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) ) ) โ†’ seq 1 ( + , ๐น ) โ‡ ๐‘† )
20 12 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) โˆง ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 1 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ๐น ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘† ) ) โ‰ค ( ๐ถ / ๐‘ฆ ) )
21 simprl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) โˆง ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) )
22 simprrl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) โˆง ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) ) ) โ†’ seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก )
23 simprrr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) โˆง ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) ) ) โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) )
24 1 2 15 4 5 6 16 17 9 18 19 20 13 21 22 23 dchrvmasumiflem2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) โˆง ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„+ โ†ฆ ( ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘› ) ) ยท ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘› ) / ๐‘› ) ) + if ( ๐‘† = 0 , ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) , 0 ) ) ) โˆˆ ๐‘‚(1) )
25 24 rexlimdvaa โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„+ โ†ฆ ( ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘› ) ) ยท ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘› ) / ๐‘› ) ) + if ( ๐‘† = 0 , ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) , 0 ) ) ) โˆˆ ๐‘‚(1) ) )
26 25 exlimdv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆƒ ๐‘ก โˆƒ ๐‘ โˆˆ ( 0 [,) +โˆž ) ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ‡ ๐‘ก โˆง โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ ( 3 [,) +โˆž ) ( abs โ€˜ ( ( seq 1 ( + , ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘Ž ) ) ยท ( ( log โ€˜ ๐‘Ž ) / ๐‘Ž ) ) ) ) โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โˆ’ ๐‘ก ) ) โ‰ค ( ๐‘ ยท ( ( log โ€˜ ๐‘ฆ ) / ๐‘ฆ ) ) ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„+ โ†ฆ ( ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘› ) ) ยท ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘› ) / ๐‘› ) ) + if ( ๐‘† = 0 , ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) , 0 ) ) ) โˆˆ ๐‘‚(1) ) )
27 14 26 mpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„+ โ†ฆ ( ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ( ( ๐‘‹ โ€˜ ( ๐ฟ โ€˜ ๐‘› ) ) ยท ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘› ) / ๐‘› ) ) + if ( ๐‘† = 0 , ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) , 0 ) ) ) โˆˆ ๐‘‚(1) )