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Theorem radcnvlem1

Description: Lemma for radcnvlt1 , radcnvle . If X is a point closer to zero than Y and the power series converges at Y , then it converges absolutely at X , even if the terms in the sequence are multiplied by n . (Contributed by Mario Carneiro, 31-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses pser.g G = x n 0 A n x n
radcnv.a φ A : 0
psergf.x φ X
radcnvlem2.y φ Y
radcnvlem2.a φ X < Y
radcnvlem2.c φ seq 0 + G Y dom
radcnvlem1.h H = m 0 m G X m
Assertion radcnvlem1 φ seq 0 + H dom

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pser.g G = x n 0 A n x n
2 radcnv.a φ A : 0
3 psergf.x φ X
4 radcnvlem2.y φ Y
5 radcnvlem2.a φ X < Y
6 radcnvlem2.c φ seq 0 + G Y dom
7 radcnvlem1.h H = m 0 m G X m
8 nn0uz 0 = 0
9 0zd φ 0
10 1rp 1 +
11 10 a1i φ 1 +
12 1 pserval2 Y k 0 G Y k = A k Y k
13 4 12 sylan φ k 0 G Y k = A k Y k
14 fvexd φ G Y V
15 1 2 4 psergf φ G Y : 0
16 15 ffvelrnda φ k 0 G Y k
17 8 9 14 6 16 serf0 φ G Y 0
18 8 9 11 13 17 climi0 φ j 0 k j A k Y k < 1
19 simprl φ j 0 k j A k Y k < 1 j 0
20 nn0re i 0 i
21 20 adantl φ j 0 k j A k Y k < 1 i 0 i
22 3 adantr φ j 0 k j A k Y k < 1 X
23 22 abscld φ j 0 k j A k Y k < 1 X
24 4 adantr φ j 0 k j A k Y k < 1 Y
25 24 abscld φ j 0 k j A k Y k < 1 Y
26 0red φ 0
27 3 abscld φ X
28 4 abscld φ Y
29 3 absge0d φ 0 X
30 26 27 28 29 5 lelttrd φ 0 < Y
31 30 gt0ne0d φ Y 0
32 31 adantr φ j 0 k j A k Y k < 1 Y 0
33 23 25 32 redivcld φ j 0 k j A k Y k < 1 X Y
34 reexpcl X Y i 0 X Y i
35 33 34 sylan φ j 0 k j A k Y k < 1 i 0 X Y i
36 21 35 remulcld φ j 0 k j A k Y k < 1 i 0 i X Y i
37 eqid i 0 i X Y i = i 0 i X Y i
38 36 37 fmptd φ j 0 k j A k Y k < 1 i 0 i X Y i : 0
39 38 ffvelrnda φ j 0 k j A k Y k < 1 m 0 i 0 i X Y i m
40 nn0re m 0 m
41 40 adantl φ m 0 m
42 1 2 3 psergf φ G X : 0
43 42 ffvelrnda φ m 0 G X m
44 43 abscld φ m 0 G X m
45 41 44 remulcld φ m 0 m G X m
46 45 7 fmptd φ H : 0
47 46 adantr φ j 0 k j A k Y k < 1 H : 0
48 47 ffvelrnda φ j 0 k j A k Y k < 1 m 0 H m
49 48 recnd φ j 0 k j A k Y k < 1 m 0 H m
50 27 28 31 redivcld φ X Y
51 50 recnd φ X Y
52 divge0 X 0 X Y 0 < Y 0 X Y
53 27 29 28 30 52 syl22anc φ 0 X Y
54 50 53 absidd φ X Y = X Y
55 28 recnd φ Y
56 55 mulid1d φ Y 1 = Y
57 5 56 breqtrrd φ X < Y 1
58 1red φ 1
59 ltdivmul X 1 Y 0 < Y X Y < 1 X < Y 1
60 27 58 28 30 59 syl112anc φ X Y < 1 X < Y 1
61 57 60 mpbird φ X Y < 1
62 54 61 eqbrtrd φ X Y < 1
63 37 geomulcvg X Y X Y < 1 seq 0 + i 0 i X Y i dom
64 51 62 63 syl2anc φ seq 0 + i 0 i X Y i dom
65 64 adantr φ j 0 k j A k Y k < 1 seq 0 + i 0 i X Y i dom
66 1red φ j 0 k j A k Y k < 1 1
67 42 ad2antrr φ j 0 k j A k Y k < 1 m j G X : 0
68 eluznn0 j 0 m j m 0
69 19 68 sylan φ j 0 k j A k Y k < 1 m j m 0
70 67 69 ffvelrnd φ j 0 k j A k Y k < 1 m j G X m
71 70 abscld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j G X m
72 33 adantr φ j 0 k j A k Y k < 1 m j X Y
73 72 69 reexpcld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j X Y m
74 69 nn0red φ j 0 k j A k Y k < 1 m j m
75 69 nn0ge0d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 0 m
76 2 ad2antrr φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A : 0
77 76 69 ffvelrnd φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m
78 4 ad2antrr φ j 0 k j A k Y k < 1 m j Y
79 78 69 expcld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j Y m
80 77 79 mulcld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m
81 80 abscld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m
82 1red φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 1
83 3 ad2antrr φ j 0 k j A k Y k < 1 m j X
84 83 abscld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j X
85 84 69 reexpcld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j X m
86 83 absge0d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 0 X
87 84 69 86 expge0d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 0 X m
88 simprr φ j 0 k j A k Y k < 1 k j A k Y k < 1
89 fveq2 k = m A k = A m
90 oveq2 k = m Y k = Y m
91 89 90 oveq12d k = m A k Y k = A m Y m
92 91 fveq2d k = m A k Y k = A m Y m
93 92 breq1d k = m A k Y k < 1 A m Y m < 1
94 93 rspccva k j A k Y k < 1 m j A m Y m < 1
95 88 94 sylan φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m < 1
96 1re 1
97 ltle A m Y m 1 A m Y m < 1 A m Y m 1
98 81 96 97 sylancl φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m < 1 A m Y m 1
99 95 98 mpd φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m 1
100 81 82 85 87 99 lemul1ad φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m X m 1 X m
101 83 69 expcld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j X m
102 77 101 mulcld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m X m
103 102 79 absmuld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m X m Y m = A m X m Y m
104 80 101 absmuld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m X m = A m Y m X m
105 77 79 101 mul32d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m X m = A m X m Y m
106 105 fveq2d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m X m = A m X m Y m
107 83 69 absexpd φ j 0 k j A k Y k < 1 m j X m = X m
108 107 oveq2d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m X m = A m Y m X m
109 104 106 108 3eqtr3d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m X m Y m = A m Y m X m
110 78 69 absexpd φ j 0 k j A k Y k < 1 m j Y m = Y m
111 110 oveq2d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m X m Y m = A m X m Y m
112 103 109 111 3eqtr3d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m Y m X m = A m X m Y m
113 85 recnd φ j 0 k j A k Y k < 1 m j X m
114 113 mulid2d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 1 X m = X m
115 100 112 114 3brtr3d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m X m Y m X m
116 102 abscld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m X m
117 25 adantr φ j 0 k j A k Y k < 1 m j Y
118 117 69 reexpcld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j Y m
119 eluzelz m j m
120 119 adantl φ j 0 k j A k Y k < 1 m j m
121 30 ad2antrr φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 0 < Y
122 expgt0 Y m 0 < Y 0 < Y m
123 117 120 121 122 syl3anc φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 0 < Y m
124 lemuldiv A m X m X m Y m 0 < Y m A m X m Y m X m A m X m X m Y m
125 116 85 118 123 124 syl112anc φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m X m Y m X m A m X m X m Y m
126 115 125 mpbid φ j 0 k j A k Y k < 1 m j A m X m X m Y m
127 1 pserval2 X m 0 G X m = A m X m
128 83 69 127 syl2anc φ j 0 k j A k Y k < 1 m j G X m = A m X m
129 128 fveq2d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j G X m = A m X m
130 23 recnd φ j 0 k j A k Y k < 1 X
131 130 adantr φ j 0 k j A k Y k < 1 m j X
132 25 recnd φ j 0 k j A k Y k < 1 Y
133 132 adantr φ j 0 k j A k Y k < 1 m j Y
134 31 ad2antrr φ j 0 k j A k Y k < 1 m j Y 0
135 131 133 134 69 expdivd φ j 0 k j A k Y k < 1 m j X Y m = X m Y m
136 126 129 135 3brtr4d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j G X m X Y m
137 71 73 74 75 136 lemul2ad φ j 0 k j A k Y k < 1 m j m G X m m X Y m
138 74 71 remulcld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j m G X m
139 70 absge0d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 0 G X m
140 74 71 75 139 mulge0d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 0 m G X m
141 138 140 absidd φ j 0 k j A k Y k < 1 m j m G X m = m G X m
142 74 73 remulcld φ j 0 k j A k Y k < 1 m j m X Y m
143 142 recnd φ j 0 k j A k Y k < 1 m j m X Y m
144 143 mulid2d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 1 m X Y m = m X Y m
145 137 141 144 3brtr4d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j m G X m 1 m X Y m
146 ovex m G X m V
147 7 fvmpt2 m 0 m G X m V H m = m G X m
148 69 146 147 sylancl φ j 0 k j A k Y k < 1 m j H m = m G X m
149 148 fveq2d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j H m = m G X m
150 id i = m i = m
151 oveq2 i = m X Y i = X Y m
152 150 151 oveq12d i = m i X Y i = m X Y m
153 ovex m X Y m V
154 152 37 153 fvmpt m 0 i 0 i X Y i m = m X Y m
155 69 154 syl φ j 0 k j A k Y k < 1 m j i 0 i X Y i m = m X Y m
156 155 oveq2d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j 1 i 0 i X Y i m = 1 m X Y m
157 145 149 156 3brtr4d φ j 0 k j A k Y k < 1 m j H m 1 i 0 i X Y i m
158 8 19 39 49 65 66 157 cvgcmpce φ j 0 k j A k Y k < 1 seq 0 + H dom
159 18 158 rexlimddv φ seq 0 + H dom