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Theorem vmadivsumb

Description: Give a total bound on the von Mangoldt sum. (Contributed by Mario Carneiro, 30-May-2016)

Ref Expression
Assertion vmadivsumb ⊢ ∃ c ∈ ℝ + ∀ x ∈ 1 +∞ ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ≤ c

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 1re ⊢ 1 ∈ ℝ
2 elicopnf ⊢ 1 ∈ ℝ → x ∈ 1 +∞ ↔ x ∈ ℝ ∧ 1 ≤ x
3 1 2 mp1i ⊢ ⊤ → x ∈ 1 +∞ ↔ x ∈ ℝ ∧ 1 ≤ x
4 3 simprbda ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ → x ∈ ℝ
5 1rp ⊢ 1 ∈ ℝ +
6 5 a1i ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ → 1 ∈ ℝ +
7 3 simplbda ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ → 1 ≤ x
8 4 6 7 rpgecld ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ → x ∈ ℝ +
9 8 ex ⊢ ⊤ → x ∈ 1 +∞ → x ∈ ℝ +
10 9 ssrdv ⊢ ⊤ → 1 +∞ ⊆ ℝ +
11 rpssre ⊢ ℝ + ⊆ ℝ
12 10 11 sstrdi ⊢ ⊤ → 1 +∞ ⊆ ℝ
13 1 a1i ⊢ ⊤ → 1 ∈ ℝ
14 fzfid ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ → 1 … x ∈ Fin
15 elfznn ⊢ n ∈ 1 … x → n ∈ ℕ
16 15 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ n ∈ 1 … x → n ∈ ℕ
17 vmacl ⊢ n ∈ ℕ → Λ ⁡ n ∈ ℝ
18 16 17 syl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ n ∈ 1 … x → Λ ⁡ n ∈ ℝ
19 18 16 nndivred ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ n ∈ 1 … x → Λ ⁡ n n ∈ ℝ
20 14 19 fsumrecl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n ∈ ℝ
21 8 relogcld ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ → log ⁡ x ∈ ℝ
22 20 21 resubcld ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ∈ ℝ
23 22 recnd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ∈ ℂ
24 vmadivsum ⊢ x ∈ ℝ + ⟼ ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ∈ 𝑂⁡1
25 24 a1i ⊢ ⊤ → x ∈ ℝ + ⟼ ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ∈ 𝑂⁡1
26 10 25 o1res2 ⊢ ⊤ → x ∈ 1 +∞ ⟼ ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ∈ 𝑂⁡1
27 fzfid ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y → 1 … y ∈ Fin
28 elfznn ⊢ n ∈ 1 … y → n ∈ ℕ
29 28 adantl ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ n ∈ 1 … y → n ∈ ℕ
30 29 17 syl ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ n ∈ 1 … y → Λ ⁡ n ∈ ℝ
31 30 29 nndivred ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ n ∈ 1 … y → Λ ⁡ n n ∈ ℝ
32 27 31 fsumrecl ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y → ∑ n = 1 y Λ ⁡ n n ∈ ℝ
33 simprl ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y → y ∈ ℝ
34 5 a1i ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y → 1 ∈ ℝ +
35 simprr ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y → 1 ≤ y
36 33 34 35 rpgecld ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y → y ∈ ℝ +
37 36 relogcld ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y → log ⁡ y ∈ ℝ
38 32 37 readdcld ⊢ ⊤ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y → ∑ n = 1 y Λ ⁡ n n + log ⁡ y ∈ ℝ
39 22 adantr ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ∈ ℝ
40 39 recnd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ∈ ℂ
41 40 abscld ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ∈ ℝ
42 20 adantr ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n ∈ ℝ
43 8 adantr ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → x ∈ ℝ +
44 43 relogcld ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → log ⁡ x ∈ ℝ
45 42 44 readdcld ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n + log ⁡ x ∈ ℝ
46 38 ad2ant2r ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 y Λ ⁡ n n + log ⁡ y ∈ ℝ
47 42 recnd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n ∈ ℂ
48 44 recnd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → log ⁡ x ∈ ℂ
49 47 48 abs2dif2d ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ≤ ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n + log ⁡ x
50 16 nnrpd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ n ∈ 1 … x → n ∈ ℝ +
51 vmage0 ⊢ n ∈ ℕ → 0 ≤ Λ ⁡ n
52 16 51 syl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ n ∈ 1 … x → 0 ≤ Λ ⁡ n
53 18 50 52 divge0d ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ n ∈ 1 … x → 0 ≤ Λ ⁡ n n
54 14 19 53 fsumge0 ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ → 0 ≤ ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n
55 54 adantr ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → 0 ≤ ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n
56 42 55 absidd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n = ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n
57 21 adantr ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → log ⁡ x ∈ ℝ
58 4 adantr ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → x ∈ ℝ
59 7 adantr ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → 1 ≤ x
60 58 59 logge0d ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → 0 ≤ log ⁡ x
61 57 60 absidd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → log ⁡ x = log ⁡ x
62 56 61 oveq12d ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n + log ⁡ x = ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n + log ⁡ x
63 49 62 breqtrd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ≤ ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n + log ⁡ x
64 32 ad2ant2r ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 y Λ ⁡ n n ∈ ℝ
65 36 ad2ant2r ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → y ∈ ℝ +
66 65 relogcld ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → log ⁡ y ∈ ℝ
67 fzfid ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → 1 … y ∈ Fin
68 28 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y ∧ n ∈ 1 … y → n ∈ ℕ
69 68 17 syl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y ∧ n ∈ 1 … y → Λ ⁡ n ∈ ℝ
70 69 68 nndivred ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y ∧ n ∈ 1 … y → Λ ⁡ n n ∈ ℝ
71 68 nnrpd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y ∧ n ∈ 1 … y → n ∈ ℝ +
72 68 51 syl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y ∧ n ∈ 1 … y → 0 ≤ Λ ⁡ n
73 69 71 72 divge0d ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y ∧ n ∈ 1 … y → 0 ≤ Λ ⁡ n n
74 simprll ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → y ∈ ℝ
75 simprr ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → x < y
76 58 74 75 ltled ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → x ≤ y
77 flword2 ⊢ x ∈ ℝ ∧ y ∈ ℝ ∧ x ≤ y → y ∈ ℤ ≥ x
78 58 74 76 77 syl3anc ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → y ∈ ℤ ≥ x
79 fzss2 ⊢ y ∈ ℤ ≥ x → 1 … x ⊆ 1 … y
80 78 79 syl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → 1 … x ⊆ 1 … y
81 67 70 73 80 fsumless ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n ≤ ∑ n = 1 y Λ ⁡ n n
82 74 43 76 rpgecld ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → y ∈ ℝ +
83 43 82 logled ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → x ≤ y ↔ log ⁡ x ≤ log ⁡ y
84 76 83 mpbid ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → log ⁡ x ≤ log ⁡ y
85 42 44 64 66 81 84 le2addd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n + log ⁡ x ≤ ∑ n = 1 y Λ ⁡ n n + log ⁡ y
86 41 45 46 63 85 letrd ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 1 +∞ ∧ y ∈ ℝ ∧ 1 ≤ y ∧ x < y → ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ≤ ∑ n = 1 y Λ ⁡ n n + log ⁡ y
87 12 13 23 26 38 86 o1bddrp ⊢ ⊤ → ∃ c ∈ ℝ + ∀ x ∈ 1 +∞ ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ≤ c
88 87 mptru ⊢ ∃ c ∈ ℝ + ∀ x ∈ 1 +∞ ∑ n = 1 x Λ ⁡ n n − log ⁡ x ≤ c