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Theorem iserex

Description: An infinite series converges, if and only if the series does with initial terms removed. (Contributed by Paul Chapman, 9-Feb-2008) (Revised by Mario Carneiro, 27-Apr-2014)

Ref Expression
Hypotheses clim2ser.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
iserex.2 ( 𝜑𝑁𝑍 )
iserex.3 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
Assertion iserex ( 𝜑 → ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ↔ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 clim2ser.1 𝑍 = ( ℤ𝑀 )
2 iserex.2 ( 𝜑𝑁𝑍 )
3 iserex.3 ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
4 seqeq1 ( 𝑁 = 𝑀 → seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) = seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) )
5 4 eleq1d ( 𝑁 = 𝑀 → ( seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ↔ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) )
6 5 bicomd ( 𝑁 = 𝑀 → ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ↔ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) )
7 6 a1i ( 𝜑 → ( 𝑁 = 𝑀 → ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ↔ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) ) )
8 simpll ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → 𝜑 )
9 2 1 eleqtrdi ( 𝜑𝑁 ∈ ( ℤ𝑀 ) )
10 eluzelz ( 𝑁 ∈ ( ℤ𝑀 ) → 𝑁 ∈ ℤ )
11 9 10 syl ( 𝜑𝑁 ∈ ℤ )
12 11 zcnd ( 𝜑𝑁 ∈ ℂ )
13 ax-1cn 1 ∈ ℂ
14 npcan ( ( 𝑁 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ ) → ( ( 𝑁 − 1 ) + 1 ) = 𝑁 )
15 12 13 14 sylancl ( 𝜑 → ( ( 𝑁 − 1 ) + 1 ) = 𝑁 )
16 15 seqeq1d ( 𝜑 → seq ( ( 𝑁 − 1 ) + 1 ) ( + , 𝐹 ) = seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) )
17 8 16 syl ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → seq ( ( 𝑁 − 1 ) + 1 ) ( + , 𝐹 ) = seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) )
18 simplr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) )
19 18 1 eleqtrrdi ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → ( 𝑁 − 1 ) ∈ 𝑍 )
20 8 3 sylan ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
21 climdm ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ↔ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ⇝ ( ⇝ ‘ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ) )
22 21 bilani ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ⇝ ( ⇝ ‘ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ) )
23 1 19 20 22 clim2ser ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → seq ( ( 𝑁 − 1 ) + 1 ) ( + , 𝐹 ) ⇝ ( ( ⇝ ‘ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ) − ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ‘ ( 𝑁 − 1 ) ) ) )
24 17 23 eqbrtrrd ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ⇝ ( ( ⇝ ‘ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ) − ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ‘ ( 𝑁 − 1 ) ) ) )
25 climrel Rel ⇝
26 25 releldmi ( seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ⇝ ( ( ⇝ ‘ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ) − ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ‘ ( 𝑁 − 1 ) ) ) → seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ )
27 24 26 syl ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ )
28 simpr ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) → ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) )
29 28 1 eleqtrrdi ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) → ( 𝑁 − 1 ) ∈ 𝑍 )
30 29 adantr ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → ( 𝑁 − 1 ) ∈ 𝑍 )
31 simpll ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → 𝜑 )
32 31 3 sylan ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) ∧ 𝑘𝑍 ) → ( 𝐹𝑘 ) ∈ ℂ )
33 31 16 syl ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → seq ( ( 𝑁 − 1 ) + 1 ) ( + , 𝐹 ) = seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) )
34 climdm ( seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ↔ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ⇝ ( ⇝ ‘ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ) )
35 34 bilani ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ⇝ ( ⇝ ‘ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ) )
36 33 35 eqbrtrd ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → seq ( ( 𝑁 − 1 ) + 1 ) ( + , 𝐹 ) ⇝ ( ⇝ ‘ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ) )
37 1 30 32 36 clim2ser2 ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ⇝ ( ( ⇝ ‘ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ) + ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ‘ ( 𝑁 − 1 ) ) ) )
38 25 releldmi ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ⇝ ( ( ⇝ ‘ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ) + ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ‘ ( 𝑁 − 1 ) ) ) → seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ )
39 37 38 syl ( ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) ∧ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) → seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ )
40 27 39 impbida ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) → ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ↔ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) )
41 40 ex ( 𝜑 → ( ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) → ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ↔ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) ) )
42 uzm1 ( 𝑁 ∈ ( ℤ𝑀 ) → ( 𝑁 = 𝑀 ∨ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) )
43 9 42 syl ( 𝜑 → ( 𝑁 = 𝑀 ∨ ( 𝑁 − 1 ) ∈ ( ℤ𝑀 ) ) )
44 7 41 43 mpjaod ( 𝜑 → ( seq 𝑀 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ↔ seq 𝑁 ( + , 𝐹 ) ∈ dom ⇝ ) )