Metamath Proof Explorer


Theorem snmlflim

Description: If A is simply normal, then the function F of relative density of B in the digit string converges to 1 / R , i.e. the set of occurrences of B in the digit string has natural density 1 / R . (Contributed by Mario Carneiro, 6-Apr-2015)

Ref Expression
Hypotheses snml.s โŠข ๐‘† = ( ๐‘Ÿ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†ฆ { ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆฃ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ( 0 ... ( ๐‘Ÿ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐‘ฅ ยท ( ๐‘Ÿ โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘Ÿ ) ) = ๐‘ } ) / ๐‘› ) ) โ‡ ( 1 / ๐‘Ÿ ) } )
snml.f โŠข ๐น = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐ต } ) / ๐‘› ) )
Assertion snmlflim ( ( ๐ด โˆˆ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘… ) โˆง ๐ต โˆˆ ( 0 ... ( ๐‘… โˆ’ 1 ) ) ) โ†’ ๐น โ‡ ( 1 / ๐‘… ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 snml.s โŠข ๐‘† = ( ๐‘Ÿ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โ†ฆ { ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โˆฃ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ( 0 ... ( ๐‘Ÿ โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐‘ฅ ยท ( ๐‘Ÿ โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘Ÿ ) ) = ๐‘ } ) / ๐‘› ) ) โ‡ ( 1 / ๐‘Ÿ ) } )
2 snml.f โŠข ๐น = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐ต } ) / ๐‘› ) )
3 1 snmlval โŠข ( ๐ด โˆˆ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘… ) โ†” ( ๐‘… โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐ด โˆˆ โ„ โˆง โˆ€ ๐‘ โˆˆ ( 0 ... ( ๐‘… โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐‘ } ) / ๐‘› ) ) โ‡ ( 1 / ๐‘… ) ) )
4 3 simp3bi โŠข ( ๐ด โˆˆ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘… ) โ†’ โˆ€ ๐‘ โˆˆ ( 0 ... ( ๐‘… โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐‘ } ) / ๐‘› ) ) โ‡ ( 1 / ๐‘… ) )
5 eqeq2 โŠข ( ๐‘ = ๐ต โ†’ ( ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐‘ โ†” ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐ต ) )
6 5 rabbidv โŠข ( ๐‘ = ๐ต โ†’ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐‘ } = { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐ต } )
7 6 fveq2d โŠข ( ๐‘ = ๐ต โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐‘ } ) = ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐ต } ) )
8 7 oveq1d โŠข ( ๐‘ = ๐ต โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐‘ } ) / ๐‘› ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐ต } ) / ๐‘› ) )
9 8 mpteq2dv โŠข ( ๐‘ = ๐ต โ†’ ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐‘ } ) / ๐‘› ) ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐ต } ) / ๐‘› ) ) )
10 9 2 eqtr4di โŠข ( ๐‘ = ๐ต โ†’ ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐‘ } ) / ๐‘› ) ) = ๐น )
11 10 breq1d โŠข ( ๐‘ = ๐ต โ†’ ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐‘ } ) / ๐‘› ) ) โ‡ ( 1 / ๐‘… ) โ†” ๐น โ‡ ( 1 / ๐‘… ) ) )
12 11 rspccva โŠข ( ( โˆ€ ๐‘ โˆˆ ( 0 ... ( ๐‘… โˆ’ 1 ) ) ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†ฆ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ๐‘› ) โˆฃ ( โŒŠ โ€˜ ( ( ๐ด ยท ( ๐‘… โ†‘ ๐‘˜ ) ) mod ๐‘… ) ) = ๐‘ } ) / ๐‘› ) ) โ‡ ( 1 / ๐‘… ) โˆง ๐ต โˆˆ ( 0 ... ( ๐‘… โˆ’ 1 ) ) ) โ†’ ๐น โ‡ ( 1 / ๐‘… ) )
13 4 12 sylan โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ( ๐‘† โ€˜ ๐‘… ) โˆง ๐ต โˆˆ ( 0 ... ( ๐‘… โˆ’ 1 ) ) ) โ†’ ๐น โ‡ ( 1 / ๐‘… ) )