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Theorem abelthlem8

Description: Lemma for abelth . (Contributed by Mario Carneiro, 2-Apr-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
abelth.6 ⊢ F = x ∈ S ⟼ ∑ n ∈ ℕ 0 A ⁡ n ⁢ x n
abelth.7 ⊢ φ → seq 0 + A ⇝ 0
Assertion abelthlem8 ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → ∃ w ∈ ℝ + ∀ y ∈ S 1 − y < w → F ⁡ 1 − F ⁡ y < R

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 abelth.6 ⊢ F = x ∈ S ⟼ ∑ n ∈ ℕ 0 A ⁡ n ⁢ x n
7 abelth.7 ⊢ φ → seq 0 + A ⇝ 0
8 nn0uz ⊢ ℕ 0 = ℤ ≥ 0
9 0zd ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → 0 ∈ ℤ
10 id ⊢ R ∈ ℝ + → R ∈ ℝ +
11 3 4 ge0p1rpd ⊢ φ → M + 1 ∈ ℝ +
12 rpdivcl ⊢ R ∈ ℝ + ∧ M + 1 ∈ ℝ + → R M + 1 ∈ ℝ +
13 10 11 12 syl2anr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → R M + 1 ∈ ℝ +
14 eqidd ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ k ∈ ℕ 0 → seq 0 + A ⁡ k = seq 0 + A ⁡ k
15 7 adantr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → seq 0 + A ⇝ 0
16 8 9 13 14 15 climi0 ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → ∃ j ∈ ℕ 0 ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1
17 13 adantr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 → R M + 1 ∈ ℝ +
18 fzfid ⊢ φ → 0 … j − 1 ∈ Fin
19 0zd ⊢ φ → 0 ∈ ℤ
20 1 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ w ∈ ℕ 0 → A ⁡ w ∈ ℂ
21 8 19 20 serf ⊢ φ → seq 0 + A : ℕ 0 ⟶ ℂ
22 elfznn0 ⊢ i ∈ 0 … j − 1 → i ∈ ℕ 0
23 ffvelcdm ⊢ seq 0 + A : ℕ 0 ⟶ ℂ ∧ i ∈ ℕ 0 → seq 0 + A ⁡ i ∈ ℂ
24 21 22 23 syl2an ⊢ φ ∧ i ∈ 0 … j − 1 → seq 0 + A ⁡ i ∈ ℂ
25 24 abscld ⊢ φ ∧ i ∈ 0 … j − 1 → seq 0 + A ⁡ i ∈ ℝ
26 18 25 fsumrecl ⊢ φ → ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i ∈ ℝ
27 26 ad2antrr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 → ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i ∈ ℝ
28 24 absge0d ⊢ φ ∧ i ∈ 0 … j − 1 → 0 ≤ seq 0 + A ⁡ i
29 18 25 28 fsumge0 ⊢ φ → 0 ≤ ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i
30 29 ad2antrr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 → 0 ≤ ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i
31 27 30 ge0p1rpd ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 → ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∈ ℝ +
32 17 31 rpdivcld ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 → R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∈ ℝ +
33 1 2 3 4 5 abelthlem2 ⊢ φ → 1 ∈ S ∧ S ∖ 1 ⊆ 0 ball ⁡ abs ∘ − 1
34 33 simpld ⊢ φ → 1 ∈ S
35 oveq1 ⊢ x = 1 → x n = 1 n
36 nn0z ⊢ n ∈ ℕ 0 → n ∈ ℤ
37 1exp ⊢ n ∈ ℤ → 1 n = 1
38 36 37 syl ⊢ n ∈ ℕ 0 → 1 n = 1
39 35 38 sylan9eq ⊢ x = 1 ∧ n ∈ ℕ 0 → x n = 1
40 39 oveq2d ⊢ x = 1 ∧ n ∈ ℕ 0 → A ⁡ n ⁢ x n = A ⁡ n ⋅ 1
41 40 sumeq2dv ⊢ x = 1 → ∑ n ∈ ℕ 0 A ⁡ n ⁢ x n = ∑ n ∈ ℕ 0 A ⁡ n ⋅ 1
42 sumex ⊢ ∑ n ∈ ℕ 0 A ⁡ n ⋅ 1 ∈ V
43 41 6 42 fvmpt ⊢ 1 ∈ S → F ⁡ 1 = ∑ n ∈ ℕ 0 A ⁡ n ⋅ 1
44 34 43 syl ⊢ φ → F ⁡ 1 = ∑ n ∈ ℕ 0 A ⁡ n ⋅ 1
45 1 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ 0 → A ⁡ n ∈ ℂ
46 45 mulridd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ 0 → A ⁡ n ⋅ 1 = A ⁡ n
47 46 eqcomd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ 0 → A ⁡ n = A ⁡ n ⋅ 1
48 46 45 eqeltrd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ 0 → A ⁡ n ⋅ 1 ∈ ℂ
49 8 19 47 48 7 isumclim ⊢ φ → ∑ n ∈ ℕ 0 A ⁡ n ⋅ 1 = 0
50 44 49 eqtrd ⊢ φ → F ⁡ 1 = 0
51 50 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ S → F ⁡ 1 = 0
52 51 oveq1d ⊢ φ ∧ y ∈ S → F ⁡ 1 − F ⁡ y = 0 − F ⁡ y
53 df-neg ⊢ − F ⁡ y = 0 − F ⁡ y
54 52 53 eqtr4di ⊢ φ ∧ y ∈ S → F ⁡ 1 − F ⁡ y = − F ⁡ y
55 54 fveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ S → F ⁡ 1 − F ⁡ y = − F ⁡ y
56 1 2 3 4 5 6 abelthlem4 ⊢ φ → F : S ⟶ ℂ
57 56 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ y ∈ S → F ⁡ y ∈ ℂ
58 57 absnegd ⊢ φ ∧ y ∈ S → − F ⁡ y = F ⁡ y
59 55 58 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ S → F ⁡ 1 − F ⁡ y = F ⁡ y
60 59 adantlr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ y ∈ S → F ⁡ 1 − F ⁡ y = F ⁡ y
61 60 ad2ant2r ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 → F ⁡ 1 − F ⁡ y = F ⁡ y
62 fveq2 ⊢ y = 1 → F ⁡ y = F ⁡ 1
63 62 50 sylan9eqr ⊢ φ ∧ y = 1 → F ⁡ y = 0
64 63 abs00bd ⊢ φ ∧ y = 1 → F ⁡ y = 0
65 64 ad5ant15 ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y = 1 → F ⁡ y = 0
66 simpllr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 → R ∈ ℝ +
67 66 rpgt0d ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 → 0 < R
68 67 adantr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y = 1 → 0 < R
69 65 68 eqbrtrd ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y = 1 → F ⁡ y < R
70 1 ad3antrrr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → A : ℕ 0 ⟶ ℂ
71 2 ad3antrrr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → seq 0 + A ∈ dom ⁡ ⇝
72 3 ad3antrrr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → M ∈ ℝ
73 4 ad3antrrr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → 0 ≤ M
74 7 ad3antrrr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → seq 0 + A ⇝ 0
75 simprll ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → y ∈ S
76 simprr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → y ≠ 1
77 eldifsn ⊢ y ∈ S ∖ 1 ↔ y ∈ S ∧ y ≠ 1
78 75 76 77 sylanbrc ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → y ∈ S ∖ 1
79 13 ad2antrr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → R M + 1 ∈ ℝ +
80 simplrl ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → j ∈ ℕ 0
81 simplrr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1
82 2fveq3 ⊢ k = m → seq 0 + A ⁡ k = seq 0 + A ⁡ m
83 82 breq1d ⊢ k = m → seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ↔ seq 0 + A ⁡ m < R M + 1
84 83 cbvralvw ⊢ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ↔ ∀ m ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ m < R M + 1
85 81 84 sylib ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → ∀ m ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ m < R M + 1
86 simprlr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1
87 2fveq3 ⊢ i = n → seq 0 + A ⁡ i = seq 0 + A ⁡ n
88 87 cbvsumv ⊢ ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i = ∑ n = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ n
89 88 oveq1i ⊢ ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 = ∑ n = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ n + 1
90 89 oveq2i ⊢ R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 = R M + 1 ∑ n = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ n + 1
91 86 90 breqtrdi ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → 1 − y < R M + 1 ∑ n = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ n + 1
92 70 71 72 73 5 6 74 78 79 80 85 91 abelthlem7 ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → F ⁡ y < M + 1 ⁢ R M + 1
93 rpcn ⊢ R ∈ ℝ + → R ∈ ℂ
94 93 adantl ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → R ∈ ℂ
95 11 adantr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → M + 1 ∈ ℝ +
96 95 rpcnd ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → M + 1 ∈ ℂ
97 95 rpne0d ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → M + 1 ≠ 0
98 94 96 97 divcan2d ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → M + 1 ⁢ R M + 1 = R
99 98 ad2antrr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → M + 1 ⁢ R M + 1 = R
100 92 99 breqtrd ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → F ⁡ y < R
101 100 anassrs ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∧ y ≠ 1 → F ⁡ y < R
102 69 101 pm2.61dane ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 → F ⁡ y < R
103 61 102 eqbrtrd ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S ∧ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 → F ⁡ 1 − F ⁡ y < R
104 103 expr ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 ∧ y ∈ S → 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 → F ⁡ 1 − F ⁡ y < R
105 104 ralrimiva ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 → ∀ y ∈ S 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 → F ⁡ 1 − F ⁡ y < R
106 breq2 ⊢ w = R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 → 1 − y < w ↔ 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1
107 106 rspceaimv ⊢ R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 ∈ ℝ + ∧ ∀ y ∈ S 1 − y < R M + 1 ∑ i = 0 j − 1 seq 0 + A ⁡ i + 1 → F ⁡ 1 − F ⁡ y < R → ∃ w ∈ ℝ + ∀ y ∈ S 1 − y < w → F ⁡ 1 − F ⁡ y < R
108 32 105 107 syl2anc ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + ∧ j ∈ ℕ 0 ∧ ∀ k ∈ ℤ ≥ j seq 0 + A ⁡ k < R M + 1 → ∃ w ∈ ℝ + ∀ y ∈ S 1 − y < w → F ⁡ 1 − F ⁡ y < R
109 16 108 rexlimddv ⊢ φ ∧ R ∈ ℝ + → ∃ w ∈ ℝ + ∀ y ∈ S 1 − y < w → F ⁡ 1 − F ⁡ y < R