Metamath Proof Explorer


Theorem ftalem4

Description: Lemma for fta : Closure of the auxiliary variables for ftalem5 . (Contributed by Mario Carneiro, 20-Sep-2014) (Revised by AV, 28-Sep-2020)

Ref Expression
Hypotheses ftalem.1 โŠข ๐ด = ( coeff โ€˜ ๐น )
ftalem.2 โŠข ๐‘ = ( deg โ€˜ ๐น )
ftalem.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) )
ftalem.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
ftalem4.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ 0 ) โ‰  0 )
ftalem4.6 โŠข ๐พ = inf ( { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } , โ„ , < )
ftalem4.7 โŠข ๐‘‡ = ( - ( ( ๐น โ€˜ 0 ) / ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) ) โ†‘๐‘ ( 1 / ๐พ ) )
ftalem4.8 โŠข ๐‘ˆ = ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ 0 ) ) / ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ( abs โ€˜ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) + 1 ) )
ftalem4.9 โŠข ๐‘‹ = if ( 1 โ‰ค ๐‘ˆ , 1 , ๐‘ˆ )
Assertion ftalem4 ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐พ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘‡ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ˆ โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„+ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ftalem.1 โŠข ๐ด = ( coeff โ€˜ ๐น )
2 ftalem.2 โŠข ๐‘ = ( deg โ€˜ ๐น )
3 ftalem.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) )
4 ftalem.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
5 ftalem4.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ 0 ) โ‰  0 )
6 ftalem4.6 โŠข ๐พ = inf ( { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } , โ„ , < )
7 ftalem4.7 โŠข ๐‘‡ = ( - ( ( ๐น โ€˜ 0 ) / ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) ) โ†‘๐‘ ( 1 / ๐พ ) )
8 ftalem4.8 โŠข ๐‘ˆ = ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ 0 ) ) / ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ( abs โ€˜ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) + 1 ) )
9 ftalem4.9 โŠข ๐‘‹ = if ( 1 โ‰ค ๐‘ˆ , 1 , ๐‘ˆ )
10 ssrab2 โŠข { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } โІ โ„•
11 nnuz โŠข โ„• = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 )
12 10 11 sseqtri โŠข { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } โІ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 )
13 fveq2 โŠข ( ๐‘› = ๐‘ โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) = ( ๐ด โ€˜ ๐‘ ) )
14 13 neeq1d โŠข ( ๐‘› = ๐‘ โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 โ†” ( ๐ด โ€˜ ๐‘ ) โ‰  0 ) )
15 4 nnne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โ‰  0 )
16 2 1 dgreq0 โŠข ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โ†’ ( ๐น = 0๐‘ โ†” ( ๐ด โ€˜ ๐‘ ) = 0 ) )
17 3 16 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น = 0๐‘ โ†” ( ๐ด โ€˜ ๐‘ ) = 0 ) )
18 fveq2 โŠข ( ๐น = 0๐‘ โ†’ ( deg โ€˜ ๐น ) = ( deg โ€˜ 0๐‘ ) )
19 dgr0 โŠข ( deg โ€˜ 0๐‘ ) = 0
20 18 19 eqtrdi โŠข ( ๐น = 0๐‘ โ†’ ( deg โ€˜ ๐น ) = 0 )
21 2 20 eqtrid โŠข ( ๐น = 0๐‘ โ†’ ๐‘ = 0 )
22 17 21 syl6bir โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘ ) = 0 โ†’ ๐‘ = 0 ) )
23 22 necon3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ โ‰  0 โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐‘ ) โ‰  0 ) )
24 15 23 mpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐‘ ) โ‰  0 )
25 14 4 24 elrabd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } )
26 25 ne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } โ‰  โˆ… )
27 infssuzcl โŠข ( ( { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } โІ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 ) โˆง { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } โ‰  โˆ… ) โ†’ inf ( { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } , โ„ , < ) โˆˆ { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } )
28 12 26 27 sylancr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ inf ( { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } , โ„ , < ) โˆˆ { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } )
29 6 28 eqeltrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ โˆˆ { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } )
30 fveq2 โŠข ( ๐‘› = ๐พ โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) = ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) )
31 30 neeq1d โŠข ( ๐‘› = ๐พ โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 โ†” ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) โ‰  0 ) )
32 31 elrab โŠข ( ๐พ โˆˆ { ๐‘› โˆˆ โ„• โˆฃ ( ๐ด โ€˜ ๐‘› ) โ‰  0 } โ†” ( ๐พ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) โ‰  0 ) )
33 29 32 sylib โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) โ‰  0 ) )
34 plyf โŠข ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โ†’ ๐น : โ„‚ โŸถ โ„‚ )
35 3 34 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : โ„‚ โŸถ โ„‚ )
36 0cn โŠข 0 โˆˆ โ„‚
37 ffvelcdm โŠข ( ( ๐น : โ„‚ โŸถ โ„‚ โˆง 0 โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ 0 ) โˆˆ โ„‚ )
38 35 36 37 sylancl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ 0 ) โˆˆ โ„‚ )
39 1 coef3 โŠข ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โ†’ ๐ด : โ„•0 โŸถ โ„‚ )
40 3 39 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด : โ„•0 โŸถ โ„‚ )
41 33 simpld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ โˆˆ โ„• )
42 41 nnnn0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐พ โˆˆ โ„•0 )
43 40 42 ffvelcdmd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) โˆˆ โ„‚ )
44 33 simprd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) โ‰  0 )
45 38 43 44 divcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ 0 ) / ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) ) โˆˆ โ„‚ )
46 45 negcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ - ( ( ๐น โ€˜ 0 ) / ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) ) โˆˆ โ„‚ )
47 41 nnrecred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 / ๐พ ) โˆˆ โ„ )
48 47 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 / ๐พ ) โˆˆ โ„‚ )
49 46 48 cxpcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( - ( ( ๐น โ€˜ 0 ) / ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) ) โ†‘๐‘ ( 1 / ๐พ ) ) โˆˆ โ„‚ )
50 7 49 eqeltrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‡ โˆˆ โ„‚ )
51 38 5 absrpcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ 0 ) ) โˆˆ โ„+ )
52 fzfid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) โˆˆ Fin )
53 peano2nn0 โŠข ( ๐พ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐พ + 1 ) โˆˆ โ„•0 )
54 42 53 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐พ + 1 ) โˆˆ โ„•0 )
55 elfzuz โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐พ + 1 ) ) )
56 eluznn0 โŠข ( ( ( ๐พ + 1 ) โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐พ + 1 ) ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
57 54 55 56 syl2an โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
58 40 ffvelcdmda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
59 57 58 syldan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
60 expcl โŠข ( ( ๐‘‡ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
61 50 57 60 syl2an2r โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
62 59 61 mulcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„‚ )
63 62 abscld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) โˆˆ โ„ )
64 52 63 fsumrecl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ( abs โ€˜ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) โˆˆ โ„ )
65 62 absge0d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ) โ†’ 0 โ‰ค ( abs โ€˜ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) )
66 52 63 65 fsumge0 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ( abs โ€˜ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) )
67 64 66 ge0p1rpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ( abs โ€˜ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) + 1 ) โˆˆ โ„+ )
68 51 67 rpdivcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ 0 ) ) / ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ( ๐พ + 1 ) ... ๐‘ ) ( abs โ€˜ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‡ โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) + 1 ) ) โˆˆ โ„+ )
69 8 68 eqeltrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ˆ โˆˆ โ„+ )
70 1rp โŠข 1 โˆˆ โ„+
71 ifcl โŠข ( ( 1 โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ˆ โˆˆ โ„+ ) โ†’ if ( 1 โ‰ค ๐‘ˆ , 1 , ๐‘ˆ ) โˆˆ โ„+ )
72 70 69 71 sylancr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ if ( 1 โ‰ค ๐‘ˆ , 1 , ๐‘ˆ ) โˆˆ โ„+ )
73 9 72 eqeltrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„+ )
74 50 69 73 3jca โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‡ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ˆ โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„+ ) )
75 33 74 jca โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐พ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐ด โ€˜ ๐พ ) โ‰  0 ) โˆง ( ๐‘‡ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ˆ โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„+ ) ) )