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Theorem divsqrtsumo1

Description: The sum sum_ n <_ x ( 1 / sqrt n ) has the asymptotic expansion 2 sqrt x + L + O ( 1 / sqrt x ) , for some L . (Contributed by Mario Carneiro, 10-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses divsqrtsum.2 ⊢ F = x ∈ ℝ + ⟼ ∑ n = 1 x 1 n − 2 ⁢ x
divsqrsum2.1 ⊢ φ → F ⇝ℝ L
Assertion divsqrtsumo1 ⊢ φ → y ∈ ℝ + ⟼ F ⁡ y − L ⁢ y ∈ 𝑂⁡1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 divsqrtsum.2 ⊢ F = x ∈ ℝ + ⟼ ∑ n = 1 x 1 n − 2 ⁢ x
2 divsqrsum2.1 ⊢ φ → F ⇝ℝ L
3 rpssre ⊢ ℝ + ⊆ ℝ
4 3 a1i ⊢ φ → ℝ + ⊆ ℝ
5 1 divsqrsumf ⊢ F : ℝ + ⟶ ℝ
6 5 ffvelcdmi ⊢ y ∈ ℝ + → F ⁡ y ∈ ℝ
7 rpsup ⊢ sup ℝ + ℝ * < = +∞
8 7 a1i ⊢ φ → sup ℝ + ℝ * < = +∞
9 5 a1i ⊢ φ → F : ℝ + ⟶ ℝ
10 9 feqmptd ⊢ φ → F = y ∈ ℝ + ⟼ F ⁡ y
11 10 2 eqbrtrrd ⊢ φ → y ∈ ℝ + ⟼ F ⁡ y ⇝ℝ L
12 6 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y ∈ ℝ
13 8 11 12 rlimrecl ⊢ φ → L ∈ ℝ
14 resubcl ⊢ F ⁡ y ∈ ℝ ∧ L ∈ ℝ → F ⁡ y − L ∈ ℝ
15 6 13 14 syl2anr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ∈ ℝ
16 15 recnd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ∈ ℂ
17 rpsqrtcl ⊢ y ∈ ℝ + → y ∈ ℝ +
18 17 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → y ∈ ℝ +
19 18 rpcnd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → y ∈ ℂ
20 16 19 mulcld ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ⁢ y ∈ ℂ
21 1red ⊢ φ → 1 ∈ ℝ
22 16 19 absmuld ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ⁢ y = F ⁡ y − L ⁢ y
23 18 rprege0d ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ y
24 absid ⊢ y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ y → y = y
25 23 24 syl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → y = y
26 25 oveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ⁢ y = F ⁡ y − L ⁢ y
27 22 26 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ⁢ y = F ⁡ y − L ⁢ y
28 1 2 divsqrtsum2 ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ≤ 1 y
29 16 abscld ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ∈ ℝ
30 1red ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → 1 ∈ ℝ
31 29 30 18 lemuldivd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ⁢ y ≤ 1 ↔ F ⁡ y − L ≤ 1 y
32 28 31 mpbird ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ⁢ y ≤ 1
33 27 32 eqbrtrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + → F ⁡ y − L ⁢ y ≤ 1
34 33 adantrr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ + ∧ 1 ≤ y → F ⁡ y − L ⁢ y ≤ 1
35 4 20 21 21 34 elo1d ⊢ φ → y ∈ ℝ + ⟼ F ⁡ y − L ⁢ y ∈ 𝑂⁡1