Metamath Proof Explorer


Theorem knoppf

Description: Knopp's function is a function. (Contributed by Asger C. Ipsen, 25-Aug-2021)

Ref Expression
Hypotheses knoppf.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( abs โ€˜ ( ( โŒŠ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( 1 / 2 ) ) ) โˆ’ ๐‘ฅ ) ) )
knoppf.f โŠข ๐น = ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐‘› ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ ๐‘› ) ยท ๐‘ฆ ) ) ) ) )
knoppf.w โŠข ๐‘Š = ( ๐‘ค โˆˆ โ„ โ†ฆ ฮฃ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘– ) )
knoppf.c โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) )
knoppf.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
Assertion knoppf ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š : โ„ โŸถ โ„ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 knoppf.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( abs โ€˜ ( ( โŒŠ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( 1 / 2 ) ) ) โˆ’ ๐‘ฅ ) ) )
2 knoppf.f โŠข ๐น = ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐‘› ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ ๐‘› ) ยท ๐‘ฆ ) ) ) ) )
3 knoppf.w โŠข ๐‘Š = ( ๐‘ค โˆˆ โ„ โ†ฆ ฮฃ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘– ) )
4 knoppf.c โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) )
5 knoppf.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
6 nn0uz โŠข โ„•0 = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 0 )
7 0zd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โ†’ 0 โˆˆ โ„ค )
8 eqidd โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โˆง ๐‘– โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘– ) = ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘– ) )
9 5 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
10 9 adantr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โˆง ๐‘– โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
11 4 knoppndvlem3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ถ โˆˆ โ„ โˆง ( abs โ€˜ ๐ถ ) < 1 ) )
12 11 simpld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„ )
13 12 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„ )
14 13 adantr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โˆง ๐‘– โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„ )
15 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โ†’ ๐‘ค โˆˆ โ„ )
16 15 adantr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โˆง ๐‘– โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘ค โˆˆ โ„ )
17 simpr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โˆง ๐‘– โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ๐‘– โˆˆ โ„•0 )
18 1 2 10 14 16 17 knoppcnlem3 โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โˆง ๐‘– โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘– ) โˆˆ โ„ )
19 fveq2 โŠข ( ๐‘ค = ๐‘ง โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) )
20 19 fveq1d โŠข ( ๐‘ค = ๐‘ง โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘– ) = ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) โ€˜ ๐‘– ) )
21 20 sumeq2sdv โŠข ( ๐‘ค = ๐‘ง โ†’ ฮฃ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘– ) = ฮฃ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) โ€˜ ๐‘– ) )
22 21 cbvmptv โŠข ( ๐‘ค โˆˆ โ„ โ†ฆ ฮฃ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘– ) ) = ( ๐‘ง โˆˆ โ„ โ†ฆ ฮฃ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) โ€˜ ๐‘– ) )
23 3 22 eqtri โŠข ๐‘Š = ( ๐‘ง โˆˆ โ„ โ†ฆ ฮฃ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ง ) โ€˜ ๐‘– ) )
24 4 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โ†’ ๐ถ โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) )
25 1 2 23 15 24 9 knoppndvlem4 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โ†’ seq 0 ( + , ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) ) โ‡ ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘ค ) )
26 seqex โŠข seq 0 ( + , ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) ) โˆˆ V
27 fvex โŠข ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘ค ) โˆˆ V
28 26 27 breldm โŠข ( seq 0 ( + , ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) ) โ‡ ( ๐‘Š โ€˜ ๐‘ค ) โ†’ seq 0 ( + , ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) ) โˆˆ dom โ‡ )
29 25 28 syl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โ†’ seq 0 ( + , ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) ) โˆˆ dom โ‡ )
30 6 7 8 18 29 isumrecl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ค โˆˆ โ„ ) โ†’ ฮฃ ๐‘– โˆˆ โ„•0 ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ค ) โ€˜ ๐‘– ) โˆˆ โ„ )
31 30 3 fmptd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘Š : โ„ โŸถ โ„ )