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Theorem pserdv2

Description: The derivative of a power series on its region of convergence. (Contributed by Mario Carneiro, 31-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses pserf.g 𝐺 = ( 𝑥 ∈ ℂ ↦ ( 𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ( ( 𝐴𝑛 ) · ( 𝑥𝑛 ) ) ) )
pserf.f 𝐹 = ( 𝑦𝑆 ↦ Σ 𝑗 ∈ ℕ0 ( ( 𝐺𝑦 ) ‘ 𝑗 ) )
pserf.a ( 𝜑𝐴 : ℕ0 ⟶ ℂ )
pserf.r 𝑅 = sup ( { 𝑟 ∈ ℝ ∣ seq 0 ( + , ( 𝐺𝑟 ) ) ∈ dom ⇝ } , ℝ* , < )
psercn.s 𝑆 = ( abs “ ( 0 [,) 𝑅 ) )
psercn.m 𝑀 = if ( 𝑅 ∈ ℝ , ( ( ( abs ‘ 𝑎 ) + 𝑅 ) / 2 ) , ( ( abs ‘ 𝑎 ) + 1 ) )
pserdv.b 𝐵 = ( 0 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) ( ( ( abs ‘ 𝑎 ) + 𝑀 ) / 2 ) )
Assertion pserdv2 ( 𝜑 → ( ℂ D 𝐹 ) = ( 𝑦𝑆 ↦ Σ 𝑘 ∈ ℕ ( ( 𝑘 · ( 𝐴𝑘 ) ) · ( 𝑦 ↑ ( 𝑘 − 1 ) ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pserf.g 𝐺 = ( 𝑥 ∈ ℂ ↦ ( 𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ( ( 𝐴𝑛 ) · ( 𝑥𝑛 ) ) ) )
2 pserf.f 𝐹 = ( 𝑦𝑆 ↦ Σ 𝑗 ∈ ℕ0 ( ( 𝐺𝑦 ) ‘ 𝑗 ) )
3 pserf.a ( 𝜑𝐴 : ℕ0 ⟶ ℂ )
4 pserf.r 𝑅 = sup ( { 𝑟 ∈ ℝ ∣ seq 0 ( + , ( 𝐺𝑟 ) ) ∈ dom ⇝ } , ℝ* , < )
5 psercn.s 𝑆 = ( abs “ ( 0 [,) 𝑅 ) )
6 psercn.m 𝑀 = if ( 𝑅 ∈ ℝ , ( ( ( abs ‘ 𝑎 ) + 𝑅 ) / 2 ) , ( ( abs ‘ 𝑎 ) + 1 ) )
7 pserdv.b 𝐵 = ( 0 ( ball ‘ ( abs ∘ − ) ) ( ( ( abs ‘ 𝑎 ) + 𝑀 ) / 2 ) )
8 1 2 3 4 5 6 7 pserdv ( 𝜑 → ( ℂ D 𝐹 ) = ( 𝑦𝑆 ↦ Σ 𝑚 ∈ ℕ0 ( ( ( 𝑚 + 1 ) · ( 𝐴 ‘ ( 𝑚 + 1 ) ) ) · ( 𝑦𝑚 ) ) ) )
9 nn0uz 0 = ( ℤ ‘ 0 )
10 nnuz ℕ = ( ℤ ‘ 1 )
11 1e0p1 1 = ( 0 + 1 )
12 11 fveq2i ( ℤ ‘ 1 ) = ( ℤ ‘ ( 0 + 1 ) )
13 10 12 eqtri ℕ = ( ℤ ‘ ( 0 + 1 ) )
14 id ( 𝑘 = ( 1 + 𝑚 ) → 𝑘 = ( 1 + 𝑚 ) )
15 fveq2 ( 𝑘 = ( 1 + 𝑚 ) → ( 𝐴𝑘 ) = ( 𝐴 ‘ ( 1 + 𝑚 ) ) )
16 14 15 oveq12d ( 𝑘 = ( 1 + 𝑚 ) → ( 𝑘 · ( 𝐴𝑘 ) ) = ( ( 1 + 𝑚 ) · ( 𝐴 ‘ ( 1 + 𝑚 ) ) ) )
17 oveq1 ( 𝑘 = ( 1 + 𝑚 ) → ( 𝑘 − 1 ) = ( ( 1 + 𝑚 ) − 1 ) )
18 17 oveq2d ( 𝑘 = ( 1 + 𝑚 ) → ( 𝑦 ↑ ( 𝑘 − 1 ) ) = ( 𝑦 ↑ ( ( 1 + 𝑚 ) − 1 ) ) )
19 16 18 oveq12d ( 𝑘 = ( 1 + 𝑚 ) → ( ( 𝑘 · ( 𝐴𝑘 ) ) · ( 𝑦 ↑ ( 𝑘 − 1 ) ) ) = ( ( ( 1 + 𝑚 ) · ( 𝐴 ‘ ( 1 + 𝑚 ) ) ) · ( 𝑦 ↑ ( ( 1 + 𝑚 ) − 1 ) ) ) )
20 1zzd ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) → 1 ∈ ℤ )
21 0zd ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) → 0 ∈ ℤ )
22 nncn ( 𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℂ )
23 22 adantl ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ ) → 𝑘 ∈ ℂ )
24 3 adantr ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) → 𝐴 : ℕ0 ⟶ ℂ )
25 nnnn0 ( 𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℕ0 )
26 ffvelrn ( ( 𝐴 : ℕ0 ⟶ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0 ) → ( 𝐴𝑘 ) ∈ ℂ )
27 24 25 26 syl2an ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ ) → ( 𝐴𝑘 ) ∈ ℂ )
28 23 27 mulcld ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ ) → ( 𝑘 · ( 𝐴𝑘 ) ) ∈ ℂ )
29 cnvimass ( abs “ ( 0 [,) 𝑅 ) ) ⊆ dom abs
30 absf abs : ℂ ⟶ ℝ
31 30 fdmi dom abs = ℂ
32 29 31 sseqtri ( abs “ ( 0 [,) 𝑅 ) ) ⊆ ℂ
33 5 32 eqsstri 𝑆 ⊆ ℂ
34 33 a1i ( 𝜑𝑆 ⊆ ℂ )
35 34 sselda ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) → 𝑦 ∈ ℂ )
36 nnm1nn0 ( 𝑘 ∈ ℕ → ( 𝑘 − 1 ) ∈ ℕ0 )
37 expcl ( ( 𝑦 ∈ ℂ ∧ ( 𝑘 − 1 ) ∈ ℕ0 ) → ( 𝑦 ↑ ( 𝑘 − 1 ) ) ∈ ℂ )
38 35 36 37 syl2an ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ ) → ( 𝑦 ↑ ( 𝑘 − 1 ) ) ∈ ℂ )
39 28 38 mulcld ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ ) → ( ( 𝑘 · ( 𝐴𝑘 ) ) · ( 𝑦 ↑ ( 𝑘 − 1 ) ) ) ∈ ℂ )
40 9 13 19 20 21 39 isumshft ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) → Σ 𝑘 ∈ ℕ ( ( 𝑘 · ( 𝐴𝑘 ) ) · ( 𝑦 ↑ ( 𝑘 − 1 ) ) ) = Σ 𝑚 ∈ ℕ0 ( ( ( 1 + 𝑚 ) · ( 𝐴 ‘ ( 1 + 𝑚 ) ) ) · ( 𝑦 ↑ ( ( 1 + 𝑚 ) − 1 ) ) ) )
41 ax-1cn 1 ∈ ℂ
42 nn0cn ( 𝑚 ∈ ℕ0𝑚 ∈ ℂ )
43 42 adantl ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ) → 𝑚 ∈ ℂ )
44 addcom ( ( 1 ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℂ ) → ( 1 + 𝑚 ) = ( 𝑚 + 1 ) )
45 41 43 44 sylancr ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ) → ( 1 + 𝑚 ) = ( 𝑚 + 1 ) )
46 45 fveq2d ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ) → ( 𝐴 ‘ ( 1 + 𝑚 ) ) = ( 𝐴 ‘ ( 𝑚 + 1 ) ) )
47 45 46 oveq12d ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ) → ( ( 1 + 𝑚 ) · ( 𝐴 ‘ ( 1 + 𝑚 ) ) ) = ( ( 𝑚 + 1 ) · ( 𝐴 ‘ ( 𝑚 + 1 ) ) ) )
48 pncan2 ( ( 1 ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℂ ) → ( ( 1 + 𝑚 ) − 1 ) = 𝑚 )
49 41 43 48 sylancr ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ) → ( ( 1 + 𝑚 ) − 1 ) = 𝑚 )
50 49 oveq2d ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ) → ( 𝑦 ↑ ( ( 1 + 𝑚 ) − 1 ) ) = ( 𝑦𝑚 ) )
51 47 50 oveq12d ( ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ) → ( ( ( 1 + 𝑚 ) · ( 𝐴 ‘ ( 1 + 𝑚 ) ) ) · ( 𝑦 ↑ ( ( 1 + 𝑚 ) − 1 ) ) ) = ( ( ( 𝑚 + 1 ) · ( 𝐴 ‘ ( 𝑚 + 1 ) ) ) · ( 𝑦𝑚 ) ) )
52 51 sumeq2dv ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) → Σ 𝑚 ∈ ℕ0 ( ( ( 1 + 𝑚 ) · ( 𝐴 ‘ ( 1 + 𝑚 ) ) ) · ( 𝑦 ↑ ( ( 1 + 𝑚 ) − 1 ) ) ) = Σ 𝑚 ∈ ℕ0 ( ( ( 𝑚 + 1 ) · ( 𝐴 ‘ ( 𝑚 + 1 ) ) ) · ( 𝑦𝑚 ) ) )
53 40 52 eqtr2d ( ( 𝜑𝑦𝑆 ) → Σ 𝑚 ∈ ℕ0 ( ( ( 𝑚 + 1 ) · ( 𝐴 ‘ ( 𝑚 + 1 ) ) ) · ( 𝑦𝑚 ) ) = Σ 𝑘 ∈ ℕ ( ( 𝑘 · ( 𝐴𝑘 ) ) · ( 𝑦 ↑ ( 𝑘 − 1 ) ) ) )
54 53 mpteq2dva ( 𝜑 → ( 𝑦𝑆 ↦ Σ 𝑚 ∈ ℕ0 ( ( ( 𝑚 + 1 ) · ( 𝐴 ‘ ( 𝑚 + 1 ) ) ) · ( 𝑦𝑚 ) ) ) = ( 𝑦𝑆 ↦ Σ 𝑘 ∈ ℕ ( ( 𝑘 · ( 𝐴𝑘 ) ) · ( 𝑦 ↑ ( 𝑘 − 1 ) ) ) ) )
55 8 54 eqtrd ( 𝜑 → ( ℂ D 𝐹 ) = ( 𝑦𝑆 ↦ Σ 𝑘 ∈ ℕ ( ( 𝑘 · ( 𝐴𝑘 ) ) · ( 𝑦 ↑ ( 𝑘 − 1 ) ) ) ) )