Metamath Proof Explorer


Theorem gamcvg2lem

Description: Lemma for gamcvg2 . (Contributed by Mario Carneiro, 10-Jul-2017)

Ref Expression
Hypotheses gamcvg2.f โŠข ๐น = ( ๐‘š โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ( ( ๐‘š + 1 ) / ๐‘š ) โ†‘๐‘ ๐ด ) / ( ( ๐ด / ๐‘š ) + 1 ) ) )
gamcvg2.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ( โ„‚ โˆ– ( โ„ค โˆ– โ„• ) ) )
gamcvg2.g โŠข ๐บ = ( ๐‘š โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘š + 1 ) / ๐‘š ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘š ) + 1 ) ) ) )
Assertion gamcvg2lem ( ๐œ‘ โ†’ ( exp โˆ˜ seq 1 ( + , ๐บ ) ) = seq 1 ( ยท , ๐น ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 gamcvg2.f โŠข ๐น = ( ๐‘š โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ( ( ๐‘š + 1 ) / ๐‘š ) โ†‘๐‘ ๐ด ) / ( ( ๐ด / ๐‘š ) + 1 ) ) )
2 gamcvg2.a โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ( โ„‚ โˆ– ( โ„ค โˆ– โ„• ) ) )
3 gamcvg2.g โŠข ๐บ = ( ๐‘š โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘š + 1 ) / ๐‘š ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘š ) + 1 ) ) ) )
4 addcl โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐‘› + ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
5 4 adantl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ) ) โ†’ ( ๐‘› + ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
6 simpll โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ๐‘˜ ) ) โ†’ ๐œ‘ )
7 elfznn โŠข ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ๐‘˜ ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„• )
8 7 adantl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ๐‘˜ ) ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„• )
9 oveq1 โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ( ๐‘š + 1 ) = ( ๐‘› + 1 ) )
10 id โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ๐‘š = ๐‘› )
11 9 10 oveq12d โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ( ( ๐‘š + 1 ) / ๐‘š ) = ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) )
12 11 fveq2d โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ( log โ€˜ ( ( ๐‘š + 1 ) / ๐‘š ) ) = ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) )
13 12 oveq2d โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘š + 1 ) / ๐‘š ) ) ) = ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) )
14 oveq2 โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ( ๐ด / ๐‘š ) = ( ๐ด / ๐‘› ) )
15 14 oveq1d โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ( ( ๐ด / ๐‘š ) + 1 ) = ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) )
16 15 fveq2d โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘š ) + 1 ) ) = ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) )
17 13 16 oveq12d โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘š + 1 ) / ๐‘š ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘š ) + 1 ) ) ) = ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) )
18 ovex โŠข ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) โˆˆ V
19 17 3 18 fvmpt โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘› ) = ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) )
20 19 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘› ) = ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) )
21 2 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ ( โ„‚ โˆ– ( โ„ค โˆ– โ„• ) ) )
22 21 eldifad โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
23 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„• )
24 23 peano2nnd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘› + 1 ) โˆˆ โ„• )
25 24 nnrpd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘› + 1 ) โˆˆ โ„+ )
26 23 nnrpd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„+ )
27 25 26 rpdivcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โˆˆ โ„+ )
28 27 relogcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) โˆˆ โ„ )
29 28 recnd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) โˆˆ โ„‚ )
30 22 29 mulcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
31 23 nncnd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„‚ )
32 23 nnne0d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘› โ‰  0 )
33 22 31 32 divcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด / ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
34 1cnd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ 1 โˆˆ โ„‚ )
35 33 34 addcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) โˆˆ โ„‚ )
36 21 23 dmgmdivn0 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) โ‰  0 )
37 35 36 logcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) โˆˆ โ„‚ )
38 30 37 subcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
39 20 38 eqeltrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
40 6 8 39 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ๐‘˜ ) ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
41 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„• )
42 nnuz โŠข โ„• = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 )
43 41 42 eleqtrdi โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 ) )
44 efadd โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ๐‘› + ๐‘ฅ ) ) = ( ( exp โ€˜ ๐‘› ) ยท ( exp โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
45 44 adantl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ ) ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ๐‘› + ๐‘ฅ ) ) = ( ( exp โ€˜ ๐‘› ) ยท ( exp โ€˜ ๐‘ฅ ) ) )
46 efsub โŠข ( ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) ) = ( ( exp โ€˜ ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) ) / ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) ) )
47 30 37 46 syl2anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) ) = ( ( exp โ€˜ ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) ) / ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) ) )
48 31 34 addcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘› + 1 ) โˆˆ โ„‚ )
49 48 31 32 divcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
50 24 nnne0d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘› + 1 ) โ‰  0 )
51 48 31 50 32 divne0d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โ‰  0 )
52 49 51 22 cxpefd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โ†‘๐‘ ๐ด ) = ( exp โ€˜ ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) ) )
53 52 eqcomd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) ) = ( ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โ†‘๐‘ ๐ด ) )
54 eflog โŠข ( ( ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) โˆˆ โ„‚ โˆง ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) โ‰  0 ) โ†’ ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) = ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) )
55 35 36 54 syl2anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) = ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) )
56 53 55 oveq12d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( exp โ€˜ ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) ) / ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) ) = ( ( ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โ†‘๐‘ ๐ด ) / ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) )
57 47 56 eqtrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) ) = ( ( ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โ†‘๐‘ ๐ด ) / ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) )
58 20 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘› ) ) = ( exp โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( log โ€˜ ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) ) ) )
59 11 oveq1d โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ( ( ( ๐‘š + 1 ) / ๐‘š ) โ†‘๐‘ ๐ด ) = ( ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โ†‘๐‘ ๐ด ) )
60 59 15 oveq12d โŠข ( ๐‘š = ๐‘› โ†’ ( ( ( ( ๐‘š + 1 ) / ๐‘š ) โ†‘๐‘ ๐ด ) / ( ( ๐ด / ๐‘š ) + 1 ) ) = ( ( ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โ†‘๐‘ ๐ด ) / ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) )
61 ovex โŠข ( ( ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โ†‘๐‘ ๐ด ) / ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) โˆˆ V
62 60 1 61 fvmpt โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) = ( ( ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โ†‘๐‘ ๐ด ) / ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) )
63 62 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) = ( ( ( ( ๐‘› + 1 ) / ๐‘› ) โ†‘๐‘ ๐ด ) / ( ( ๐ด / ๐‘› ) + 1 ) ) )
64 57 58 63 3eqtr4d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘› ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) )
65 6 8 64 syl2anc โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ๐‘˜ ) ) โ†’ ( exp โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐‘› ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘› ) )
66 5 40 43 45 65 seqhomo โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( exp โ€˜ ( seq 1 ( + , ๐บ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘˜ ) )
67 66 mpteq2dva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( exp โ€˜ ( seq 1 ( + , ๐บ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) = ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
68 eff โŠข exp : โ„‚ โŸถ โ„‚
69 68 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ exp : โ„‚ โŸถ โ„‚ )
70 1z โŠข 1 โˆˆ โ„ค
71 70 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โˆˆ โ„ค )
72 42 71 39 serf โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq 1 ( + , ๐บ ) : โ„• โŸถ โ„‚ )
73 fcompt โŠข ( ( exp : โ„‚ โŸถ โ„‚ โˆง seq 1 ( + , ๐บ ) : โ„• โŸถ โ„‚ ) โ†’ ( exp โˆ˜ seq 1 ( + , ๐บ ) ) = ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( exp โ€˜ ( seq 1 ( + , ๐บ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) )
74 69 72 73 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( exp โˆ˜ seq 1 ( + , ๐บ ) ) = ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( exp โ€˜ ( seq 1 ( + , ๐บ ) โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) )
75 seqfn โŠข ( 1 โˆˆ โ„ค โ†’ seq 1 ( ยท , ๐น ) Fn ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 ) )
76 70 75 mp1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq 1 ( ยท , ๐น ) Fn ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 ) )
77 42 fneq2i โŠข ( seq 1 ( ยท , ๐น ) Fn โ„• โ†” seq 1 ( ยท , ๐น ) Fn ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 1 ) )
78 76 77 sylibr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq 1 ( ยท , ๐น ) Fn โ„• )
79 dffn5 โŠข ( seq 1 ( ยท , ๐น ) Fn โ„• โ†” seq 1 ( ยท , ๐น ) = ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
80 78 79 sylib โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq 1 ( ยท , ๐น ) = ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†ฆ ( seq 1 ( ยท , ๐น ) โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
81 67 74 80 3eqtr4d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( exp โˆ˜ seq 1 ( + , ๐บ ) ) = seq 1 ( ยท , ๐น ) )