Metamath Proof Explorer


Theorem abelthlem2

Description: Lemma for abelth . The peculiar region S , known as aStolz angle , is a teardrop-shaped subset of the closed unit ball containing 1 . Indeed, except for 1 itself, the rest of the Stolz angle is enclosed in the open unit ball. (Contributed by Mario Carneiro, 31-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses abelth.1 ⊢ φ → A : ℕ 0 ⟶ ℂ
abelth.2 ⊢ φ → seq 0 + A ∈ dom ⁡ ⇝
abelth.3 ⊢ φ → M ∈ ℝ
abelth.4 ⊢ φ → 0 ≤ M
abelth.5 ⊢ S = z ∈ ℂ | 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z
Assertion abelthlem2 ⊢ φ → 1 ∈ S ∧ S ∖ 1 ⊆ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 abelth.1 ⊢ φ → A : ℕ 0 ⟶ ℂ
2 abelth.2 ⊢ φ → seq 0 + A ∈ dom ⁡ ⇝
3 abelth.3 ⊢ φ → M ∈ ℝ
4 abelth.4 ⊢ φ → 0 ≤ M
5 abelth.5 ⊢ S = z ∈ ℂ | 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z
6 1cnd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M → 1 ∈ ℂ
7 0le0 ⊢ 0 ≤ 0
8 simpl ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M → M ∈ ℝ
9 8 recnd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M → M ∈ ℂ
10 9 mul01d ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M → M ⋅ 0 = 0
11 7 10 breqtrrid ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M → 0 ≤ M ⋅ 0
12 oveq2 ⊢ z = 1 → 1 − z = 1 − 1
13 1m1e0 ⊢ 1 − 1 = 0
14 12 13 eqtrdi ⊢ z = 1 → 1 − z = 0
15 14 abs00bd ⊢ z = 1 → 1 − z = 0
16 fveq2 ⊢ z = 1 → z = 1
17 abs1 ⊢ 1 = 1
18 16 17 eqtrdi ⊢ z = 1 → z = 1
19 18 oveq2d ⊢ z = 1 → 1 − z = 1 − 1
20 19 13 eqtrdi ⊢ z = 1 → 1 − z = 0
21 20 oveq2d ⊢ z = 1 → M ⁢ 1 − z = M ⋅ 0
22 15 21 breq12d ⊢ z = 1 → 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ↔ 0 ≤ M ⋅ 0
23 22 5 elrab2 ⊢ 1 ∈ S ↔ 1 ∈ ℂ ∧ 0 ≤ M ⋅ 0
24 6 11 23 sylanbrc ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M → 1 ∈ S
25 velsn ⊢ z ∈ 1 ↔ z = 1
26 25 necon3bbii ⊢ ¬ z ∈ 1 ↔ z ≠ 1
27 simprll ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z ∈ ℂ
28 0cn ⊢ 0 ∈ ℂ
29 eqid ⊢ abs ∘ − = abs ∘ −
30 29 cnmetdval ⊢ z ∈ ℂ ∧ 0 ∈ ℂ → z abs ∘ − 0 = z − 0
31 27 28 30 sylancl ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z abs ∘ − 0 = z − 0
32 27 subid1d ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z − 0 = z
33 32 fveq2d ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z − 0 = z
34 31 33 eqtrd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z abs ∘ − 0 = z
35 27 abscld ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z ∈ ℝ
36 1red ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 ∈ ℝ
37 1re ⊢ 1 ∈ ℝ
38 resubcl ⊢ z ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ → z − 1 ∈ ℝ
39 35 37 38 sylancl ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z − 1 ∈ ℝ
40 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
41 subcl ⊢ 1 ∈ ℂ ∧ z ∈ ℂ → 1 − z ∈ ℂ
42 40 27 41 sylancr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 − z ∈ ℂ
43 42 abscld ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 − z ∈ ℝ
44 simpll ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ∈ ℝ
45 resubcl ⊢ 1 ∈ ℝ ∧ z ∈ ℝ → 1 − z ∈ ℝ
46 37 35 45 sylancr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 − z ∈ ℝ
47 44 46 remulcld ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⁢ 1 − z ∈ ℝ
48 17 oveq2i ⊢ z − 1 = z − 1
49 abs2dif ⊢ z ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → z − 1 ≤ z − 1
50 27 40 49 sylancl ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z − 1 ≤ z − 1
51 48 50 eqbrtrrid ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z − 1 ≤ z − 1
52 abssub ⊢ z ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → z − 1 = 1 − z
53 27 40 52 sylancl ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z − 1 = 1 − z
54 51 53 breqtrd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z − 1 ≤ 1 − z
55 simprlr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z
56 39 43 47 54 55 letrd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z − 1 ≤ M ⁢ 1 − z
57 35 36 47 lesubaddd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z − 1 ≤ M ⁢ 1 − z ↔ z ≤ M ⁢ 1 − z + 1
58 56 57 mpbid ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z ≤ M ⁢ 1 − z + 1
59 9 adantr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ∈ ℂ
60 1cnd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 ∈ ℂ
61 44 35 remulcld ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⁢ z ∈ ℝ
62 61 recnd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⁢ z ∈ ℂ
63 59 60 62 addsubd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M + 1 - M ⁢ z = M - M ⁢ z + 1
64 35 recnd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z ∈ ℂ
65 59 60 64 subdid ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⁢ 1 − z = M ⋅ 1 − M ⁢ z
66 59 mulridd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⋅ 1 = M
67 66 oveq1d ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⋅ 1 − M ⁢ z = M − M ⁢ z
68 65 67 eqtrd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⁢ 1 − z = M − M ⁢ z
69 68 oveq1d ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⁢ 1 − z + 1 = M - M ⁢ z + 1
70 63 69 eqtr4d ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M + 1 - M ⁢ z = M ⁢ 1 − z + 1
71 58 70 breqtrrd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z ≤ M + 1 - M ⁢ z
72 peano2re ⊢ M ∈ ℝ → M + 1 ∈ ℝ
73 44 72 syl ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M + 1 ∈ ℝ
74 61 35 73 leaddsub2d ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⁢ z + z ≤ M + 1 ↔ z ≤ M + 1 - M ⁢ z
75 71 74 mpbird ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⁢ z + z ≤ M + 1
76 59 64 adddirp1d ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M + 1 ⁢ z = M ⁢ z + z
77 73 recnd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M + 1 ∈ ℂ
78 77 mulridd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M + 1 ⋅ 1 = M + 1
79 75 76 78 3brtr4d ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M + 1 ⁢ z ≤ M + 1 ⋅ 1
80 0red ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 0 ∈ ℝ
81 simplr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 0 ≤ M
82 44 ltp1d ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M < M + 1
83 80 44 73 81 82 lelttrd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 0 < M + 1
84 lemul2 ⊢ z ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℝ ∧ M + 1 ∈ ℝ ∧ 0 < M + 1 → z ≤ 1 ↔ M + 1 ⁢ z ≤ M + 1 ⋅ 1
85 35 36 73 83 84 syl112anc ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z ≤ 1 ↔ M + 1 ⁢ z ≤ M + 1 ⋅ 1
86 79 85 mpbird ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z ≤ 1
87 43 47 55 lensymd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → ¬ M ⁢ 1 − z < 1 − z
88 10 adantr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⋅ 0 = 0
89 simprr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z ≠ 1
90 89 necomd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 ≠ z
91 subeq0 ⊢ 1 ∈ ℂ ∧ z ∈ ℂ → 1 − z = 0 ↔ 1 = z
92 91 necon3bid ⊢ 1 ∈ ℂ ∧ z ∈ ℂ → 1 − z ≠ 0 ↔ 1 ≠ z
93 40 27 92 sylancr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 − z ≠ 0 ↔ 1 ≠ z
94 90 93 mpbird ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 − z ≠ 0
95 absgt0 ⊢ 1 − z ∈ ℂ → 1 − z ≠ 0 ↔ 0 < 1 − z
96 42 95 syl ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 − z ≠ 0 ↔ 0 < 1 − z
97 94 96 mpbid ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 0 < 1 − z
98 88 97 eqbrtrd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → M ⋅ 0 < 1 − z
99 oveq2 ⊢ 1 = z → 1 − 1 = 1 − z
100 13 99 eqtr3id ⊢ 1 = z → 0 = 1 − z
101 100 oveq2d ⊢ 1 = z → M ⋅ 0 = M ⁢ 1 − z
102 101 breq1d ⊢ 1 = z → M ⋅ 0 < 1 − z ↔ M ⁢ 1 − z < 1 − z
103 98 102 syl5ibcom ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 = z → M ⁢ 1 − z < 1 − z
104 103 necon3bd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → ¬ M ⁢ 1 − z < 1 − z → 1 ≠ z
105 87 104 mpd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → 1 ≠ z
106 35 36 86 105 leneltd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z < 1
107 34 106 eqbrtrd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z abs ∘ − 0 < 1
108 cnxmet ⊢ abs ∘ − ∈ ∞Met ⁡ ℂ
109 1xr ⊢ 1 ∈ ℝ *
110 elbl3 ⊢ abs ∘ − ∈ ∞Met ⁡ ℂ ∧ 1 ∈ ℝ * ∧ 0 ∈ ℂ ∧ z ∈ ℂ → z ∈ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1 ↔ z abs ∘ − 0 < 1
111 108 109 110 mpanl12 ⊢ 0 ∈ ℂ ∧ z ∈ ℂ → z ∈ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1 ↔ z abs ∘ − 0 < 1
112 28 27 111 sylancr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z ∈ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1 ↔ z abs ∘ − 0 < 1
113 107 112 mpbird ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ∧ z ≠ 1 → z ∈ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
114 113 expr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z → z ≠ 1 → z ∈ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
115 114 3impb ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z → z ≠ 1 → z ∈ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
116 26 115 biimtrid ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z → ¬ z ∈ 1 → z ∈ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
117 116 orrd ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z → z ∈ 1 ∨ z ∈ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
118 elun ⊢ z ∈ 1 ∪ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1 ↔ z ∈ 1 ∨ z ∈ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
119 117 118 sylibr ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M ∧ z ∈ ℂ ∧ 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z → z ∈ 1 ∪ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
120 119 rabssdv ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M → z ∈ ℂ | 1 − z ≤ M ⁢ 1 − z ⊆ 1 ∪ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
121 5 120 eqsstrid ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M → S ⊆ 1 ∪ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
122 ssundif ⊢ S ⊆ 1 ∪ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1 ↔ S ∖ 1 ⊆ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
123 121 122 sylib ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M → S ∖ 1 ⊆ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
124 24 123 jca ⊢ M ∈ ℝ ∧ 0 ≤ M → 1 ∈ S ∧ S ∖ 1 ⊆ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
125 3 4 124 syl2anc ⊢ φ → 1 ∈ S ∧ S ∖ 1 ⊆ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1