Metamath Proof Explorer


Theorem fourierclim

Description: Fourier series convergence, for piecewise smooth functions. See fourier for the analogous sum_ equation. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses fourierclim.f โŠข ๐น : โ„ โŸถ โ„
fourierclim.t โŠข ๐‘‡ = ( 2 ยท ฯ€ )
fourierclim.per โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘‡ ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) )
fourierclim.g โŠข ๐บ = ( ( โ„ D ๐น ) โ†พ ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) )
fourierclim.dmdv โŠข ( ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) โˆˆ Fin
fourierclim.dvcn โŠข ๐บ โˆˆ ( dom ๐บ โ€“cnโ†’ โ„‚ )
fourierclim.rlim โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ( - ฯ€ [,) ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) โ†’ ( ( ๐บ โ†พ ( ๐‘ฅ (,) +โˆž ) ) limโ„‚ ๐‘ฅ ) โ‰  โˆ… )
fourierclim.llim โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ( - ฯ€ (,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) โ†’ ( ( ๐บ โ†พ ( -โˆž (,) ๐‘ฅ ) ) limโ„‚ ๐‘ฅ ) โ‰  โˆ… )
fourierclim.x โŠข ๐‘‹ โˆˆ โ„
fourierclim.l โŠข ๐ฟ โˆˆ ( ( ๐น โ†พ ( -โˆž (,) ๐‘‹ ) ) limโ„‚ ๐‘‹ )
fourierclim.r โŠข ๐‘… โˆˆ ( ( ๐น โ†พ ( ๐‘‹ (,) +โˆž ) ) limโ„‚ ๐‘‹ )
fourierclim.a โŠข ๐ด = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( โˆซ ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( cos โ€˜ ( ๐‘› ยท ๐‘ฅ ) ) ) d ๐‘ฅ / ฯ€ ) )
fourierclim.b โŠข ๐ต = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( โˆซ ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( sin โ€˜ ( ๐‘› ยท ๐‘ฅ ) ) ) d ๐‘ฅ / ฯ€ ) )
fourierclim.s โŠข ๐‘† = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( cos โ€˜ ( ๐‘› ยท ๐‘‹ ) ) ) + ( ( ๐ต โ€˜ ๐‘› ) ยท ( sin โ€˜ ( ๐‘› ยท ๐‘‹ ) ) ) ) )
Assertion fourierclim seq 1 ( + , ๐‘† ) โ‡ ( ( ( ๐ฟ + ๐‘… ) / 2 ) โˆ’ ( ( ๐ด โ€˜ 0 ) / 2 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fourierclim.f โŠข ๐น : โ„ โŸถ โ„
2 fourierclim.t โŠข ๐‘‡ = ( 2 ยท ฯ€ )
3 fourierclim.per โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘‡ ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) )
4 fourierclim.g โŠข ๐บ = ( ( โ„ D ๐น ) โ†พ ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) )
5 fourierclim.dmdv โŠข ( ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) โˆˆ Fin
6 fourierclim.dvcn โŠข ๐บ โˆˆ ( dom ๐บ โ€“cnโ†’ โ„‚ )
7 fourierclim.rlim โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ( - ฯ€ [,) ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) โ†’ ( ( ๐บ โ†พ ( ๐‘ฅ (,) +โˆž ) ) limโ„‚ ๐‘ฅ ) โ‰  โˆ… )
8 fourierclim.llim โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ( - ฯ€ (,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) โ†’ ( ( ๐บ โ†พ ( -โˆž (,) ๐‘ฅ ) ) limโ„‚ ๐‘ฅ ) โ‰  โˆ… )
9 fourierclim.x โŠข ๐‘‹ โˆˆ โ„
10 fourierclim.l โŠข ๐ฟ โˆˆ ( ( ๐น โ†พ ( -โˆž (,) ๐‘‹ ) ) limโ„‚ ๐‘‹ )
11 fourierclim.r โŠข ๐‘… โˆˆ ( ( ๐น โ†พ ( ๐‘‹ (,) +โˆž ) ) limโ„‚ ๐‘‹ )
12 fourierclim.a โŠข ๐ด = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( โˆซ ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( cos โ€˜ ( ๐‘› ยท ๐‘ฅ ) ) ) d ๐‘ฅ / ฯ€ ) )
13 fourierclim.b โŠข ๐ต = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( โˆซ ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) ยท ( sin โ€˜ ( ๐‘› ยท ๐‘ฅ ) ) ) d ๐‘ฅ / ฯ€ ) )
14 fourierclim.s โŠข ๐‘† = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) ยท ( cos โ€˜ ( ๐‘› ยท ๐‘‹ ) ) ) + ( ( ๐ต โ€˜ ๐‘› ) ยท ( sin โ€˜ ( ๐‘› ยท ๐‘‹ ) ) ) ) )
15 1 a1i โŠข ( โŠค โ†’ ๐น : โ„ โŸถ โ„ )
16 3 adantl โŠข ( ( โŠค โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐‘ฅ + ๐‘‡ ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘ฅ ) )
17 5 a1i โŠข ( โŠค โ†’ ( ( - ฯ€ (,) ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) โˆˆ Fin )
18 6 a1i โŠข ( โŠค โ†’ ๐บ โˆˆ ( dom ๐บ โ€“cnโ†’ โ„‚ ) )
19 7 adantl โŠข ( ( โŠค โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ( - ฯ€ [,) ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) โ†’ ( ( ๐บ โ†พ ( ๐‘ฅ (,) +โˆž ) ) limโ„‚ ๐‘ฅ ) โ‰  โˆ… )
20 8 adantl โŠข ( ( โŠค โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ( - ฯ€ (,] ฯ€ ) โˆ– dom ๐บ ) ) โ†’ ( ( ๐บ โ†พ ( -โˆž (,) ๐‘ฅ ) ) limโ„‚ ๐‘ฅ ) โ‰  โˆ… )
21 9 a1i โŠข ( โŠค โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„ )
22 10 a1i โŠข ( โŠค โ†’ ๐ฟ โˆˆ ( ( ๐น โ†พ ( -โˆž (,) ๐‘‹ ) ) limโ„‚ ๐‘‹ ) )
23 11 a1i โŠข ( โŠค โ†’ ๐‘… โˆˆ ( ( ๐น โ†พ ( ๐‘‹ (,) +โˆž ) ) limโ„‚ ๐‘‹ ) )
24 15 2 16 4 17 18 19 20 21 22 23 12 13 14 fourierclimd โŠข ( โŠค โ†’ seq 1 ( + , ๐‘† ) โ‡ ( ( ( ๐ฟ + ๐‘… ) / 2 ) โˆ’ ( ( ๐ด โ€˜ 0 ) / 2 ) ) )
25 24 mptru โŠข seq 1 ( + , ๐‘† ) โ‡ ( ( ( ๐ฟ + ๐‘… ) / 2 ) โˆ’ ( ( ๐ด โ€˜ 0 ) / 2 ) )