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Theorem dvfsumlem1

Description: Lemma for dvfsumrlim . (Contributed by Mario Carneiro, 17-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses dvfsum.s ⊢ S = T +∞
dvfsum.z ⊢ Z = ℤ ≥ M
dvfsum.m ⊢ φ → M ∈ ℤ
dvfsum.d ⊢ φ → D ∈ ℝ
dvfsum.md ⊢ φ → M ≤ D + 1
dvfsum.t ⊢ φ → T ∈ ℝ
dvfsum.a ⊢ φ ∧ x ∈ S → A ∈ ℝ
dvfsum.b1 ⊢ φ ∧ x ∈ S → B ∈ V
dvfsum.b2 ⊢ φ ∧ x ∈ Z → B ∈ ℝ
dvfsum.b3 ⊢ φ → dx ∈ S A d ℝ x = x ∈ S ⟼ B
dvfsum.c ⊢ x = k → B = C
dvfsum.u ⊢ φ → U ∈ ℝ *
dvfsum.l ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ k ∈ S ∧ D ≤ x ∧ x ≤ k ∧ k ≤ U → C ≤ B
dvfsum.h ⊢ H = x ∈ S ⟼ x − x ⁢ B + ∑ k = M x C - A
dvfsumlem1.1 ⊢ φ → X ∈ S
dvfsumlem1.2 ⊢ φ → Y ∈ S
dvfsumlem1.3 ⊢ φ → D ≤ X
dvfsumlem1.4 ⊢ φ → X ≤ Y
dvfsumlem1.5 ⊢ φ → Y ≤ U
dvfsumlem1.6 ⊢ φ → Y ≤ X + 1
Assertion dvfsumlem1 ⊢ φ → H ⁡ Y = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B - ⦋ Y / x⦌ A + ∑ k = M X C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvfsum.s ⊢ S = T +∞
2 dvfsum.z ⊢ Z = ℤ ≥ M
3 dvfsum.m ⊢ φ → M ∈ ℤ
4 dvfsum.d ⊢ φ → D ∈ ℝ
5 dvfsum.md ⊢ φ → M ≤ D + 1
6 dvfsum.t ⊢ φ → T ∈ ℝ
7 dvfsum.a ⊢ φ ∧ x ∈ S → A ∈ ℝ
8 dvfsum.b1 ⊢ φ ∧ x ∈ S → B ∈ V
9 dvfsum.b2 ⊢ φ ∧ x ∈ Z → B ∈ ℝ
10 dvfsum.b3 ⊢ φ → dx ∈ S A d ℝ x = x ∈ S ⟼ B
11 dvfsum.c ⊢ x = k → B = C
12 dvfsum.u ⊢ φ → U ∈ ℝ *
13 dvfsum.l ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ k ∈ S ∧ D ≤ x ∧ x ≤ k ∧ k ≤ U → C ≤ B
14 dvfsum.h ⊢ H = x ∈ S ⟼ x − x ⁢ B + ∑ k = M x C - A
15 dvfsumlem1.1 ⊢ φ → X ∈ S
16 dvfsumlem1.2 ⊢ φ → Y ∈ S
17 dvfsumlem1.3 ⊢ φ → D ≤ X
18 dvfsumlem1.4 ⊢ φ → X ≤ Y
19 dvfsumlem1.5 ⊢ φ → Y ≤ U
20 dvfsumlem1.6 ⊢ φ → Y ≤ X + 1
21 ioossre ⊢ T +∞ ⊆ ℝ
22 1 21 eqsstri ⊢ S ⊆ ℝ
23 22 16 sselid ⊢ φ → Y ∈ ℝ
24 22 15 sselid ⊢ φ → X ∈ ℝ
25 24 flcld ⊢ φ → X ∈ ℤ
26 reflcl ⊢ X ∈ ℝ → X ∈ ℝ
27 24 26 syl ⊢ φ → X ∈ ℝ
28 flle ⊢ X ∈ ℝ → X ≤ X
29 24 28 syl ⊢ φ → X ≤ X
30 27 24 23 29 18 letrd ⊢ φ → X ≤ Y
31 flbi ⊢ Y ∈ ℝ ∧ X ∈ ℤ → Y = X ↔ X ≤ Y ∧ Y < X + 1
32 31 baibd ⊢ Y ∈ ℝ ∧ X ∈ ℤ ∧ X ≤ Y → Y = X ↔ Y < X + 1
33 23 25 30 32 syl21anc ⊢ φ → Y = X ↔ Y < X + 1
34 33 biimpar ⊢ φ ∧ Y < X + 1 → Y = X
35 34 oveq2d ⊢ φ ∧ Y < X + 1 → Y − Y = Y − X
36 35 oveq1d ⊢ φ ∧ Y < X + 1 → Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B
37 34 oveq2d ⊢ φ ∧ Y < X + 1 → M … Y = M … X
38 37 sumeq1d ⊢ φ ∧ Y < X + 1 → ∑ k = M Y C = ∑ k = M X C
39 38 oveq1d ⊢ φ ∧ Y < X + 1 → ∑ k = M Y C − ⦋ Y / x⦌ A = ∑ k = M X C − ⦋ Y / x⦌ A
40 36 39 oveq12d ⊢ φ ∧ Y < X + 1 → Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M Y C - ⦋ Y / x⦌ A = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M X C - ⦋ Y / x⦌ A
41 simpr ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y = X + 1
42 24 adantr ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → X ∈ ℝ
43 42 flcld ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → X ∈ ℤ
44 43 peano2zd ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → X + 1 ∈ ℤ
45 41 44 eqeltrd ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y ∈ ℤ
46 flid ⊢ Y ∈ ℤ → Y = Y
47 45 46 syl ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y = Y
48 47 41 eqtrd ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y = X + 1
49 48 oveq2d ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y − Y = Y − X + 1
50 49 oveq1d ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B = Y − X + 1 ⁢ ⦋ Y / x⦌ B
51 23 recnd ⊢ φ → Y ∈ ℂ
52 27 recnd ⊢ φ → X ∈ ℂ
53 51 52 subcld ⊢ φ → Y − X ∈ ℂ
54 1cnd ⊢ φ → 1 ∈ ℂ
55 22 a1i ⊢ φ → S ⊆ ℝ
56 55 7 8 10 dvmptrecl ⊢ φ ∧ x ∈ S → B ∈ ℝ
57 56 recnd ⊢ φ ∧ x ∈ S → B ∈ ℂ
58 57 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ S B ∈ ℂ
59 nfcsb1v ⊢ Ⅎ _ x ⦋ Y / x⦌ B
60 59 nfel1 ⊢ Ⅎ x ⦋ Y / x⦌ B ∈ ℂ
61 csbeq1a ⊢ x = Y → B = ⦋ Y / x⦌ B
62 61 eleq1d ⊢ x = Y → B ∈ ℂ ↔ ⦋ Y / x⦌ B ∈ ℂ
63 60 62 rspc ⊢ Y ∈ S → ∀ x ∈ S B ∈ ℂ → ⦋ Y / x⦌ B ∈ ℂ
64 16 58 63 sylc ⊢ φ → ⦋ Y / x⦌ B ∈ ℂ
65 53 54 64 subdird ⊢ φ → Y - X - 1 ⁢ ⦋ Y / x⦌ B = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B − 1 ⁢ ⦋ Y / x⦌ B
66 51 52 54 subsub4d ⊢ φ → Y - X - 1 = Y − X + 1
67 66 oveq1d ⊢ φ → Y - X - 1 ⁢ ⦋ Y / x⦌ B = Y − X + 1 ⁢ ⦋ Y / x⦌ B
68 64 mullidd ⊢ φ → 1 ⁢ ⦋ Y / x⦌ B = ⦋ Y / x⦌ B
69 68 oveq2d ⊢ φ → Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B − 1 ⁢ ⦋ Y / x⦌ B = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B − ⦋ Y / x⦌ B
70 65 67 69 3eqtr3d ⊢ φ → Y − X + 1 ⁢ ⦋ Y / x⦌ B = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B − ⦋ Y / x⦌ B
71 70 adantr ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y − X + 1 ⁢ ⦋ Y / x⦌ B = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B − ⦋ Y / x⦌ B
72 50 71 eqtrd ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B − ⦋ Y / x⦌ B
73 25 peano2zd ⊢ φ → X + 1 ∈ ℤ
74 3 zred ⊢ φ → M ∈ ℝ
75 peano2rem ⊢ M ∈ ℝ → M − 1 ∈ ℝ
76 74 75 syl ⊢ φ → M − 1 ∈ ℝ
77 1red ⊢ φ → 1 ∈ ℝ
78 74 77 4 lesubaddd ⊢ φ → M − 1 ≤ D ↔ M ≤ D + 1
79 5 78 mpbird ⊢ φ → M − 1 ≤ D
80 76 4 24 79 17 letrd ⊢ φ → M − 1 ≤ X
81 peano2zm ⊢ M ∈ ℤ → M − 1 ∈ ℤ
82 3 81 syl ⊢ φ → M − 1 ∈ ℤ
83 flge ⊢ X ∈ ℝ ∧ M − 1 ∈ ℤ → M − 1 ≤ X ↔ M − 1 ≤ X
84 24 82 83 syl2anc ⊢ φ → M − 1 ≤ X ↔ M − 1 ≤ X
85 80 84 mpbid ⊢ φ → M − 1 ≤ X
86 74 77 27 lesubaddd ⊢ φ → M − 1 ≤ X ↔ M ≤ X + 1
87 85 86 mpbid ⊢ φ → M ≤ X + 1
88 eluz2 ⊢ X + 1 ∈ ℤ ≥ M ↔ M ∈ ℤ ∧ X + 1 ∈ ℤ ∧ M ≤ X + 1
89 3 73 87 88 syl3anbrc ⊢ φ → X + 1 ∈ ℤ ≥ M
90 9 recnd ⊢ φ ∧ x ∈ Z → B ∈ ℂ
91 90 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ Z B ∈ ℂ
92 elfzuz ⊢ k ∈ M … X + 1 → k ∈ ℤ ≥ M
93 92 2 eleqtrrdi ⊢ k ∈ M … X + 1 → k ∈ Z
94 11 eleq1d ⊢ x = k → B ∈ ℂ ↔ C ∈ ℂ
95 94 rspccva ⊢ ∀ x ∈ Z B ∈ ℂ ∧ k ∈ Z → C ∈ ℂ
96 91 93 95 syl2an ⊢ φ ∧ k ∈ M … X + 1 → C ∈ ℂ
97 eqvisset ⊢ k = X + 1 → X + 1 ∈ V
98 eqeq2 ⊢ k = X + 1 → x = k ↔ x = X + 1
99 98 biimpar ⊢ k = X + 1 ∧ x = X + 1 → x = k
100 99 11 syl ⊢ k = X + 1 ∧ x = X + 1 → B = C
101 97 100 csbied ⊢ k = X + 1 → ⦋ X + 1 / x⦌ B = C
102 101 eqcomd ⊢ k = X + 1 → C = ⦋ X + 1 / x⦌ B
103 89 96 102 fsumm1 ⊢ φ → ∑ k = M X + 1 C = ∑ k = M X + 1 - 1 C + ⦋ X + 1 / x⦌ B
104 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
105 pncan ⊢ X ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → X + 1 - 1 = X
106 52 104 105 sylancl ⊢ φ → X + 1 - 1 = X
107 106 oveq2d ⊢ φ → M … X + 1 - 1 = M … X
108 107 sumeq1d ⊢ φ → ∑ k = M X + 1 - 1 C = ∑ k = M X C
109 108 oveq1d ⊢ φ → ∑ k = M X + 1 - 1 C + ⦋ X + 1 / x⦌ B = ∑ k = M X C + ⦋ X + 1 / x⦌ B
110 103 109 eqtrd ⊢ φ → ∑ k = M X + 1 C = ∑ k = M X C + ⦋ X + 1 / x⦌ B
111 110 adantr ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → ∑ k = M X + 1 C = ∑ k = M X C + ⦋ X + 1 / x⦌ B
112 48 oveq2d ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → M … Y = M … X + 1
113 112 sumeq1d ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → ∑ k = M Y C = ∑ k = M X + 1 C
114 41 csbeq1d ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → ⦋ Y / x⦌ B = ⦋ X + 1 / x⦌ B
115 114 oveq2d ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → ∑ k = M X C + ⦋ Y / x⦌ B = ∑ k = M X C + ⦋ X + 1 / x⦌ B
116 111 113 115 3eqtr4d ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → ∑ k = M Y C = ∑ k = M X C + ⦋ Y / x⦌ B
117 116 oveq1d ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → ∑ k = M Y C − ⦋ Y / x⦌ A = ∑ k = M X C + ⦋ Y / x⦌ B - ⦋ Y / x⦌ A
118 fzfid ⊢ φ → M … X ∈ Fin
119 elfzuz ⊢ k ∈ M … X → k ∈ ℤ ≥ M
120 119 2 eleqtrrdi ⊢ k ∈ M … X → k ∈ Z
121 91 120 95 syl2an ⊢ φ ∧ k ∈ M … X → C ∈ ℂ
122 118 121 fsumcl ⊢ φ → ∑ k = M X C ∈ ℂ
123 7 recnd ⊢ φ ∧ x ∈ S → A ∈ ℂ
124 123 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ S A ∈ ℂ
125 nfcsb1v ⊢ Ⅎ _ x ⦋ Y / x⦌ A
126 125 nfel1 ⊢ Ⅎ x ⦋ Y / x⦌ A ∈ ℂ
127 csbeq1a ⊢ x = Y → A = ⦋ Y / x⦌ A
128 127 eleq1d ⊢ x = Y → A ∈ ℂ ↔ ⦋ Y / x⦌ A ∈ ℂ
129 126 128 rspc ⊢ Y ∈ S → ∀ x ∈ S A ∈ ℂ → ⦋ Y / x⦌ A ∈ ℂ
130 16 124 129 sylc ⊢ φ → ⦋ Y / x⦌ A ∈ ℂ
131 122 64 130 addsubd ⊢ φ → ∑ k = M X C + ⦋ Y / x⦌ B - ⦋ Y / x⦌ A = ∑ k = M X C - ⦋ Y / x⦌ A + ⦋ Y / x⦌ B
132 131 adantr ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → ∑ k = M X C + ⦋ Y / x⦌ B - ⦋ Y / x⦌ A = ∑ k = M X C - ⦋ Y / x⦌ A + ⦋ Y / x⦌ B
133 117 132 eqtrd ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → ∑ k = M Y C − ⦋ Y / x⦌ A = ∑ k = M X C - ⦋ Y / x⦌ A + ⦋ Y / x⦌ B
134 72 133 oveq12d ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M Y C - ⦋ Y / x⦌ A = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B − ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M X C − ⦋ Y / x⦌ A + ⦋ Y / x⦌ B
135 53 64 mulcld ⊢ φ → Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B ∈ ℂ
136 135 adantr ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B ∈ ℂ
137 64 adantr ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → ⦋ Y / x⦌ B ∈ ℂ
138 122 130 subcld ⊢ φ → ∑ k = M X C − ⦋ Y / x⦌ A ∈ ℂ
139 138 adantr ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → ∑ k = M X C − ⦋ Y / x⦌ A ∈ ℂ
140 136 137 139 nppcan3d ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B − ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M X C − ⦋ Y / x⦌ A + ⦋ Y / x⦌ B = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M X C - ⦋ Y / x⦌ A
141 134 140 eqtrd ⊢ φ ∧ Y = X + 1 → Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M Y C - ⦋ Y / x⦌ A = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M X C - ⦋ Y / x⦌ A
142 peano2re ⊢ X ∈ ℝ → X + 1 ∈ ℝ
143 27 142 syl ⊢ φ → X + 1 ∈ ℝ
144 23 143 leloed ⊢ φ → Y ≤ X + 1 ↔ Y < X + 1 ∨ Y = X + 1
145 20 144 mpbid ⊢ φ → Y < X + 1 ∨ Y = X + 1
146 40 141 145 mpjaodan ⊢ φ → Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M Y C - ⦋ Y / x⦌ A = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M X C - ⦋ Y / x⦌ A
147 ovex ⊢ Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M Y C - ⦋ Y / x⦌ A ∈ V
148 nfcv ⊢ Ⅎ _ x Y
149 nfcv ⊢ Ⅎ _ x Y − Y
150 nfcv ⊢ Ⅎ _ x ×
151 149 150 59 nfov ⊢ Ⅎ _ x Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B
152 nfcv ⊢ Ⅎ _ x +
153 nfcv ⊢ Ⅎ _ x ∑ k = M Y C
154 nfcv ⊢ Ⅎ _ x −
155 153 154 125 nfov ⊢ Ⅎ _ x ∑ k = M Y C − ⦋ Y / x⦌ A
156 151 152 155 nfov ⊢ Ⅎ _ x Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M Y C - ⦋ Y / x⦌ A
157 id ⊢ x = Y → x = Y
158 fveq2 ⊢ x = Y → x = Y
159 157 158 oveq12d ⊢ x = Y → x − x = Y − Y
160 159 61 oveq12d ⊢ x = Y → x − x ⁢ B = Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B
161 158 oveq2d ⊢ x = Y → M … x = M … Y
162 161 sumeq1d ⊢ x = Y → ∑ k = M x C = ∑ k = M Y C
163 162 127 oveq12d ⊢ x = Y → ∑ k = M x C − A = ∑ k = M Y C − ⦋ Y / x⦌ A
164 160 163 oveq12d ⊢ x = Y → x − x ⁢ B + ∑ k = M x C - A = Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M Y C - ⦋ Y / x⦌ A
165 148 156 164 14 fvmptf ⊢ Y ∈ S ∧ Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M Y C - ⦋ Y / x⦌ A ∈ V → H ⁡ Y = Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M Y C - ⦋ Y / x⦌ A
166 16 147 165 sylancl ⊢ φ → H ⁡ Y = Y − Y ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M Y C - ⦋ Y / x⦌ A
167 135 130 122 subadd23d ⊢ φ → Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B - ⦋ Y / x⦌ A + ∑ k = M X C = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B + ∑ k = M X C - ⦋ Y / x⦌ A
168 146 166 167 3eqtr4d ⊢ φ → H ⁡ Y = Y − X ⁢ ⦋ Y / x⦌ B - ⦋ Y / x⦌ A + ∑ k = M X C