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Theorem fsumrlim

Description: Limit of a finite sum of converging sequences. Note that C ( k ) is a collection of functions with implicit parameter k , each of which converges to D ( k ) as n ~> +oo . (Contributed by Mario Carneiro, 22-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses fsumrlim.1 φ A
fsumrlim.2 φ B Fin
fsumrlim.3 φ x A k B C V
fsumrlim.4 φ k B x A C D
Assertion fsumrlim φ x A k B C k B D

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fsumrlim.1 φ A
2 fsumrlim.2 φ B Fin
3 fsumrlim.3 φ x A k B C V
4 fsumrlim.4 φ k B x A C D
5 ssid B B
6 sseq1 w = w B B
7 sumeq1 w = k w C = k C
8 sum0 k C = 0
9 7 8 eqtrdi w = k w C = 0
10 9 mpteq2dv w = x A k w C = x A 0
11 sumeq1 w = k w D = k D
12 sum0 k D = 0
13 11 12 eqtrdi w = k w D = 0
14 10 13 breq12d w = x A k w C k w D x A 0 0
15 6 14 imbi12d w = w B x A k w C k w D B x A 0 0
16 15 imbi2d w = φ w B x A k w C k w D φ B x A 0 0
17 sseq1 w = y w B y B
18 sumeq1 w = y k w C = k y C
19 18 mpteq2dv w = y x A k w C = x A k y C
20 sumeq1 w = y k w D = k y D
21 19 20 breq12d w = y x A k w C k w D x A k y C k y D
22 17 21 imbi12d w = y w B x A k w C k w D y B x A k y C k y D
23 22 imbi2d w = y φ w B x A k w C k w D φ y B x A k y C k y D
24 sseq1 w = y z w B y z B
25 sumeq1 w = y z k w C = k y z C
26 25 mpteq2dv w = y z x A k w C = x A k y z C
27 sumeq1 w = y z k w D = k y z D
28 26 27 breq12d w = y z x A k w C k w D x A k y z C k y z D
29 24 28 imbi12d w = y z w B x A k w C k w D y z B x A k y z C k y z D
30 29 imbi2d w = y z φ w B x A k w C k w D φ y z B x A k y z C k y z D
31 sseq1 w = B w B B B
32 sumeq1 w = B k w C = k B C
33 32 mpteq2dv w = B x A k w C = x A k B C
34 sumeq1 w = B k w D = k B D
35 33 34 breq12d w = B x A k w C k w D x A k B C k B D
36 31 35 imbi12d w = B w B x A k w C k w D B B x A k B C k B D
37 36 imbi2d w = B φ w B x A k w C k w D φ B B x A k B C k B D
38 0cn 0
39 rlimconst A 0 x A 0 0
40 1 38 39 sylancl φ x A 0 0
41 40 a1d φ B x A 0 0
42 ssun1 y y z
43 sstr y y z y z B y B
44 42 43 mpan y z B y B
45 44 imim1i y B x A k y C k y D y z B x A k y C k y D
46 sumex k y w / x C V
47 46 a1i φ ¬ z y y z B x A k y C k y D w A k y w / x C V
48 simprr φ ¬ z y y z B y z B
49 48 unssbd φ ¬ z y y z B z B
50 vex z V
51 50 snss z B z B
52 49 51 sylibr φ ¬ z y y z B z B
53 52 adantr φ ¬ z y y z B x A z B
54 3 anass1rs φ k B x A C V
55 54 4 rlimmptrcl φ k B x A C
56 55 an32s φ x A k B C
57 56 adantllr φ ¬ z y y z B x A k B C
58 57 ralrimiva φ ¬ z y y z B x A k B C
59 nfcsb1v _ k z / k C
60 59 nfel1 k z / k C
61 csbeq1a k = z C = z / k C
62 61 eleq1d k = z C z / k C
63 60 62 rspc z B k B C z / k C
64 53 58 63 sylc φ ¬ z y y z B x A z / k C
65 64 ralrimiva φ ¬ z y y z B x A z / k C
66 65 adantr φ ¬ z y y z B x A k y C k y D x A z / k C
67 nfcsb1v _ x w / x z / k C
68 67 nfel1 x w / x z / k C
69 csbeq1a x = w z / k C = w / x z / k C
70 69 eleq1d x = w z / k C w / x z / k C
71 68 70 rspc w A x A z / k C w / x z / k C
72 66 71 mpan9 φ ¬ z y y z B x A k y C k y D w A w / x z / k C
73 72 elexd φ ¬ z y y z B x A k y C k y D w A w / x z / k C V
74 nfcv _ w k y C
75 nfcv _ x y
76 nfcsb1v _ x w / x C
77 75 76 nfsum _ x k y w / x C
78 csbeq1a x = w C = w / x C
79 78 sumeq2sdv x = w k y C = k y w / x C
80 74 77 79 cbvmpt x A k y C = w A k y w / x C
81 simpr φ ¬ z y y z B x A k y C k y D x A k y C k y D
82 80 81 eqbrtrrid φ ¬ z y y z B x A k y C k y D w A k y w / x C k y D
83 nfcv _ w z / k C
84 83 67 69 cbvmpt x A z / k C = w A w / x z / k C
85 4 ralrimiva φ k B x A C D
86 85 adantr φ ¬ z y y z B k B x A C D
87 nfcv _ k A
88 87 59 nfmpt _ k x A z / k C
89 nfcv _ k
90 nfcsb1v _ k z / k D
91 88 89 90 nfbr k x A z / k C z / k D
92 61 mpteq2dv k = z x A C = x A z / k C
93 csbeq1a k = z D = z / k D
94 92 93 breq12d k = z x A C D x A z / k C z / k D
95 91 94 rspc z B k B x A C D x A z / k C z / k D
96 52 86 95 sylc φ ¬ z y y z B x A z / k C z / k D
97 96 adantr φ ¬ z y y z B x A k y C k y D x A z / k C z / k D
98 84 97 eqbrtrrid φ ¬ z y y z B x A k y C k y D w A w / x z / k C z / k D
99 47 73 82 98 rlimadd φ ¬ z y y z B x A k y C k y D w A k y w / x C + w / x z / k C k y D + z / k D
100 simprl φ ¬ z y y z B ¬ z y
101 disjsn y z = ¬ z y
102 100 101 sylibr φ ¬ z y y z B y z =
103 102 adantr φ ¬ z y y z B x A y z =
104 eqidd φ ¬ z y y z B x A y z = y z
105 2 adantr φ ¬ z y y z B B Fin
106 105 48 ssfid φ ¬ z y y z B y z Fin
107 106 adantr φ ¬ z y y z B x A y z Fin
108 48 sselda φ ¬ z y y z B k y z k B
109 108 adantlr φ ¬ z y y z B x A k y z k B
110 109 57 syldan φ ¬ z y y z B x A k y z C
111 103 104 107 110 fsumsplit φ ¬ z y y z B x A k y z C = k y C + k z C
112 nfcv _ w C
113 nfcsb1v _ k w / k C
114 csbeq1a k = w C = w / k C
115 112 113 114 cbvsumi k z C = w z w / k C
116 csbeq1 w = z w / k C = z / k C
117 116 sumsn z B z / k C w z w / k C = z / k C
118 53 64 117 syl2anc φ ¬ z y y z B x A w z w / k C = z / k C
119 115 118 syl5eq φ ¬ z y y z B x A k z C = z / k C
120 119 oveq2d φ ¬ z y y z B x A k y C + k z C = k y C + z / k C
121 111 120 eqtrd φ ¬ z y y z B x A k y z C = k y C + z / k C
122 121 mpteq2dva φ ¬ z y y z B x A k y z C = x A k y C + z / k C
123 122 adantr φ ¬ z y y z B x A k y C k y D x A k y z C = x A k y C + z / k C
124 nfcv _ w k y C + z / k C
125 nfcv _ x +
126 77 125 67 nfov _ x k y w / x C + w / x z / k C
127 79 69 oveq12d x = w k y C + z / k C = k y w / x C + w / x z / k C
128 124 126 127 cbvmpt x A k y C + z / k C = w A k y w / x C + w / x z / k C
129 123 128 eqtrdi φ ¬ z y y z B x A k y C k y D x A k y z C = w A k y w / x C + w / x z / k C
130 eqidd φ ¬ z y y z B y z = y z
131 rlimcl x A C D D
132 4 131 syl φ k B D
133 132 adantlr φ ¬ z y y z B k B D
134 108 133 syldan φ ¬ z y y z B k y z D
135 102 130 106 134 fsumsplit φ ¬ z y y z B k y z D = k y D + k z D
136 nfcv _ w D
137 nfcsb1v _ k w / k D
138 csbeq1a k = w D = w / k D
139 136 137 138 cbvsumi k z D = w z w / k D
140 133 ralrimiva φ ¬ z y y z B k B D
141 90 nfel1 k z / k D
142 93 eleq1d k = z D z / k D
143 141 142 rspc z B k B D z / k D
144 52 140 143 sylc φ ¬ z y y z B z / k D
145 csbeq1 w = z w / k D = z / k D
146 145 sumsn z B z / k D w z w / k D = z / k D
147 52 144 146 syl2anc φ ¬ z y y z B w z w / k D = z / k D
148 139 147 syl5eq φ ¬ z y y z B k z D = z / k D
149 148 oveq2d φ ¬ z y y z B k y D + k z D = k y D + z / k D
150 135 149 eqtrd φ ¬ z y y z B k y z D = k y D + z / k D
151 150 adantr φ ¬ z y y z B x A k y C k y D k y z D = k y D + z / k D
152 99 129 151 3brtr4d φ ¬ z y y z B x A k y C k y D x A k y z C k y z D
153 152 ex φ ¬ z y y z B x A k y C k y D x A k y z C k y z D
154 153 expr φ ¬ z y y z B x A k y C k y D x A k y z C k y z D
155 154 a2d φ ¬ z y y z B x A k y C k y D y z B x A k y z C k y z D
156 45 155 syl5 φ ¬ z y y B x A k y C k y D y z B x A k y z C k y z D
157 156 expcom ¬ z y φ y B x A k y C k y D y z B x A k y z C k y z D
158 157 a2d ¬ z y φ y B x A k y C k y D φ y z B x A k y z C k y z D
159 158 adantl y Fin ¬ z y φ y B x A k y C k y D φ y z B x A k y z C k y z D
160 16 23 30 37 41 159 findcard2s B Fin φ B B x A k B C k B D
161 2 160 mpcom φ B B x A k B C k B D
162 5 161 mpi φ x A k B C k B D