Metamath Proof Explorer


Theorem taylth

Description: Taylor's theorem. The Taylor polynomial of a N -times differentiable function is such that the error term goes to zero faster than ( x - B ) ^ N . This is Metamath 100 proof #35. (Contributed by Mario Carneiro, 1-Jan-2017)

Ref Expression
Hypotheses taylth.f ⊢ φ → F : A ⟶ ℝ
taylth.a ⊢ φ → A ⊆ ℝ
taylth.d ⊢ φ → dom ⁡ ℝ D n F ⁡ N = A
taylth.n ⊢ φ → N ∈ ℕ
taylth.b ⊢ φ → B ∈ A
taylth.t ⊢ T = N ℝ Tayl F B
taylth.r ⊢ R = x ∈ A ∖ B ⟼ F ⁡ x − T ⁡ x x − B N
Assertion taylth ⊢ φ → 0 ∈ R lim ℂ B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 taylth.f ⊢ φ → F : A ⟶ ℝ
2 taylth.a ⊢ φ → A ⊆ ℝ
3 taylth.d ⊢ φ → dom ⁡ ℝ D n F ⁡ N = A
4 taylth.n ⊢ φ → N ∈ ℕ
5 taylth.b ⊢ φ → B ∈ A
6 taylth.t ⊢ T = N ℝ Tayl F B
7 taylth.r ⊢ R = x ∈ A ∖ B ⟼ F ⁡ x − T ⁡ x x − B N
8 reelprrecn ⊢ ℝ ∈ ℝ ℂ
9 8 a1i ⊢ φ → ℝ ∈ ℝ ℂ
10 ax-resscn ⊢ ℝ ⊆ ℂ
11 fss ⊢ F : A ⟶ ℝ ∧ ℝ ⊆ ℂ → F : A ⟶ ℂ
12 1 10 11 sylancl ⊢ φ → F : A ⟶ ℂ
13 1 adantr ⊢ φ ∧ m ∈ 1 ..^ N ∧ 0 ∈ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B → F : A ⟶ ℝ
14 2 adantr ⊢ φ ∧ m ∈ 1 ..^ N ∧ 0 ∈ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B → A ⊆ ℝ
15 3 adantr ⊢ φ ∧ m ∈ 1 ..^ N ∧ 0 ∈ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B → dom ⁡ ℝ D n F ⁡ N = A
16 4 adantr ⊢ φ ∧ m ∈ 1 ..^ N ∧ 0 ∈ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B → N ∈ ℕ
17 5 adantr ⊢ φ ∧ m ∈ 1 ..^ N ∧ 0 ∈ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B → B ∈ A
18 simprl ⊢ φ ∧ m ∈ 1 ..^ N ∧ 0 ∈ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B → m ∈ 1 ..^ N
19 simprr ⊢ φ ∧ m ∈ 1 ..^ N ∧ 0 ∈ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B → 0 ∈ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B
20 fveq2 ⊢ y = x → ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y = ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ x
21 fveq2 ⊢ y = x → ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y = ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ x
22 20 21 oveq12d ⊢ y = x → ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y = ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ x − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ x
23 oveq1 ⊢ y = x → y − B = x − B
24 23 oveq1d ⊢ y = x → y − B m = x − B m
25 22 24 oveq12d ⊢ y = x → ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m = ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ x − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ x x − B m
26 25 cbvmptv ⊢ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m = x ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ x − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ x x − B m
27 26 oveq1i ⊢ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B = x ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ x − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ x x − B m lim ℂ B
28 19 27 eleqtrdi ⊢ φ ∧ m ∈ 1 ..^ N ∧ 0 ∈ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B → 0 ∈ x ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ x − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ x x − B m lim ℂ B
29 13 14 15 16 17 6 18 28 taylthlem2 ⊢ φ ∧ m ∈ 1 ..^ N ∧ 0 ∈ y ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m ⁡ y − ℂ D n T ⁡ N − m ⁡ y y − B m lim ℂ B → 0 ∈ x ∈ A ∖ B ⟼ ℝ D n F ⁡ N − m + 1 ⁡ x − ℂ D n T ⁡ N − m + 1 ⁡ x x − B m + 1 lim ℂ B
30 9 12 2 3 4 5 6 7 29 taylthlem1 ⊢ φ → 0 ∈ R lim ℂ B