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Theorem rpnnen2lem9 12749
Description: Lemma for rpnnen2 12752. (Contributed by Mario Carneiro, 13-May-2013.) (Revised by Mario Carneiro, 30-Apr-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
rpnnen2.1  |-  F  =  ( x  e.  ~P NN  |->  ( n  e.  NN  |->  if ( n  e.  x ,  ( ( 1  /  3
) ^ n ) ,  0 ) ) )
Assertion
Ref Expression
rpnnen2lem9  |-  ( M  e.  NN  ->  sum_ k  e.  ( ZZ>= `  M )
( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  k )  =  ( 0  +  ( ( ( 1  /  3
) ^ ( M  +  1 ) )  /  ( 1  -  ( 1  /  3
) ) ) ) )
Distinct variable groups:    x, n, k    k, F    k, M, n, x
Allowed substitution hints:    F( x, n)

Proof of Theorem rpnnen2lem9
StepHypRef Expression
1 eqid 2387 . . 3  |-  ( ZZ>= `  M )  =  (
ZZ>= `  M )
2 nnz 10235 . . 3  |-  ( M  e.  NN  ->  M  e.  ZZ )
3 eqidd 2388 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  M ) )  -> 
( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  k )  =  ( ( F `  ( NN  \  { M }
) ) `  k
) )
4 nnuz 10453 . . . . 5  |-  NN  =  ( ZZ>= `  1 )
54uztrn2 10435 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  M ) )  -> 
k  e.  NN )
6 difss 3417 . . . . . . 7  |-  ( NN 
\  { M }
)  C_  NN
7 rpnnen2.1 . . . . . . . 8  |-  F  =  ( x  e.  ~P NN  |->  ( n  e.  NN  |->  if ( n  e.  x ,  ( ( 1  /  3
) ^ n ) ,  0 ) ) )
87rpnnen2lem2 12742 . . . . . . 7  |-  ( ( NN  \  { M } )  C_  NN  ->  ( F `  ( NN  \  { M }
) ) : NN --> RR )
96, 8ax-mp 8 . . . . . 6  |-  ( F `
 ( NN  \  { M } ) ) : NN --> RR
109ffvelrni 5808 . . . . 5  |-  ( k  e.  NN  ->  (
( F `  ( NN  \  { M }
) ) `  k
)  e.  RR )
1110recnd 9047 . . . 4  |-  ( k  e.  NN  ->  (
( F `  ( NN  \  { M }
) ) `  k
)  e.  CC )
125, 11syl 16 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  M ) )  -> 
( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  k )  e.  CC )
137rpnnen2lem5 12745 . . . 4  |-  ( ( ( NN  \  { M } )  C_  NN  /\  M  e.  NN )  ->  seq  M (  +  ,  ( F `  ( NN  \  { M } ) ) )  e.  dom  ~~>  )
146, 13mpan 652 . . 3  |-  ( M  e.  NN  ->  seq  M (  +  ,  ( F `  ( NN 
\  { M }
) ) )  e. 
dom 
~~>  )
151, 2, 3, 12, 14isum1p 12548 . 2  |-  ( M  e.  NN  ->  sum_ k  e.  ( ZZ>= `  M )
( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  k )  =  ( ( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  M )  +  sum_ k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) ( ( F `  ( NN 
\  { M }
) ) `  k
) ) )
167rpnnen2lem1 12741 . . . . 5  |-  ( ( ( NN  \  { M } )  C_  NN  /\  M  e.  NN )  ->  ( ( F `
 ( NN  \  { M } ) ) `
 M )  =  if ( M  e.  ( NN  \  { M } ) ,  ( ( 1  /  3
) ^ M ) ,  0 ) )
176, 16mpan 652 . . . 4  |-  ( M  e.  NN  ->  (
( F `  ( NN  \  { M }
) ) `  M
)  =  if ( M  e.  ( NN 
\  { M }
) ,  ( ( 1  /  3 ) ^ M ) ,  0 ) )
18 neldifsnd 3873 . . . . 5  |-  ( M  e.  NN  ->  -.  M  e.  ( NN  \  { M } ) )
19 iffalse 3689 . . . . 5  |-  ( -.  M  e.  ( NN 
\  { M }
)  ->  if ( M  e.  ( NN  \  { M } ) ,  ( ( 1  /  3 ) ^ M ) ,  0 )  =  0 )
2018, 19syl 16 . . . 4  |-  ( M  e.  NN  ->  if ( M  e.  ( NN  \  { M }
) ,  ( ( 1  /  3 ) ^ M ) ,  0 )  =  0 )
2117, 20eqtrd 2419 . . 3  |-  ( M  e.  NN  ->  (
( F `  ( NN  \  { M }
) ) `  M
)  =  0 )
22 eqid 2387 . . . 4  |-  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) )  =  (
ZZ>= `  ( M  + 
1 ) )
23 peano2nn 9944 . . . . 5  |-  ( M  e.  NN  ->  ( M  +  1 )  e.  NN )
2423nnzd 10306 . . . 4  |-  ( M  e.  NN  ->  ( M  +  1 )  e.  ZZ )
25 eqidd 2388 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  -> 
( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  k )  =  ( ( F `  ( NN  \  { M }
) ) `  k
) )
264uztrn2 10435 . . . . . 6  |-  ( ( ( M  +  1 )  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  -> 
k  e.  NN )
2723, 26sylan 458 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  -> 
k  e.  NN )
2827, 11syl 16 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  -> 
( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  k )  e.  CC )
29 1re 9023 . . . . . . . 8  |-  1  e.  RR
30 3nn 10066 . . . . . . . 8  |-  3  e.  NN
31 nndivre 9967 . . . . . . . 8  |-  ( ( 1  e.  RR  /\  3  e.  NN )  ->  ( 1  /  3
)  e.  RR )
3229, 30, 31mp2an 654 . . . . . . 7  |-  ( 1  /  3 )  e.  RR
3332recni 9035 . . . . . 6  |-  ( 1  /  3 )  e.  CC
3433a1i 11 . . . . 5  |-  ( M  e.  NN  ->  (
1  /  3 )  e.  CC )
35 0re 9024 . . . . . . . . 9  |-  0  e.  RR
36 3re 10003 . . . . . . . . . 10  |-  3  e.  RR
37 3pos 10016 . . . . . . . . . 10  |-  0  <  3
3836, 37recgt0ii 9848 . . . . . . . . 9  |-  0  <  ( 1  /  3
)
3935, 32, 38ltleii 9127 . . . . . . . 8  |-  0  <_  ( 1  /  3
)
40 absid 12028 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( 1  /  3
)  e.  RR  /\  0  <_  ( 1  / 
3 ) )  -> 
( abs `  (
1  /  3 ) )  =  ( 1  /  3 ) )
4132, 39, 40mp2an 654 . . . . . . 7  |-  ( abs `  ( 1  /  3
) )  =  ( 1  /  3 )
42 1lt3 10076 . . . . . . . 8  |-  1  <  3
43 recgt1 9838 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 3  e.  RR  /\  0  <  3 )  -> 
( 1  <  3  <->  ( 1  /  3 )  <  1 ) )
4436, 37, 43mp2an 654 . . . . . . . 8  |-  ( 1  <  3  <->  ( 1  /  3 )  <  1 )
4542, 44mpbi 200 . . . . . . 7  |-  ( 1  /  3 )  <  1
4641, 45eqbrtri 4172 . . . . . 6  |-  ( abs `  ( 1  /  3
) )  <  1
4746a1i 11 . . . . 5  |-  ( M  e.  NN  ->  ( abs `  ( 1  / 
3 ) )  <  1 )
4823nnnn0d 10206 . . . . 5  |-  ( M  e.  NN  ->  ( M  +  1 )  e.  NN0 )
497rpnnen2lem1 12741 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( NN  \  { M } )  C_  NN  /\  k  e.  NN )  ->  ( ( F `
 ( NN  \  { M } ) ) `
 k )  =  if ( k  e.  ( NN  \  { M } ) ,  ( ( 1  /  3
) ^ k ) ,  0 ) )
506, 49mpan 652 . . . . . . 7  |-  ( k  e.  NN  ->  (
( F `  ( NN  \  { M }
) ) `  k
)  =  if ( k  e.  ( NN 
\  { M }
) ,  ( ( 1  /  3 ) ^ k ) ,  0 ) )
5127, 50syl 16 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  -> 
( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  k )  =  if ( k  e.  ( NN  \  { M } ) ,  ( ( 1  /  3
) ^ k ) ,  0 ) )
52 nnre 9939 . . . . . . . . . 10  |-  ( M  e.  NN  ->  M  e.  RR )
5352adantr 452 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  ->  M  e.  RR )
54 eluzle 10430 . . . . . . . . . . 11  |-  ( k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1 ) )  ->  ( M  +  1 )  <_ 
k )
5554adantl 453 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  -> 
( M  +  1 )  <_  k )
56 nnltp1le 10262 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  NN )  ->  ( M  <  k  <->  ( M  +  1 )  <_  k ) )
5727, 56syldan 457 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  -> 
( M  <  k  <->  ( M  +  1 )  <_  k ) )
5855, 57mpbird 224 . . . . . . . . 9  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  ->  M  <  k )
5953, 58gtned 9140 . . . . . . . 8  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  -> 
k  =/=  M )
60 eldifsn 3870 . . . . . . . 8  |-  ( k  e.  ( NN  \  { M } )  <->  ( k  e.  NN  /\  k  =/= 
M ) )
6127, 59, 60sylanbrc 646 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  -> 
k  e.  ( NN 
\  { M }
) )
62 iftrue 3688 . . . . . . 7  |-  ( k  e.  ( NN  \  { M } )  ->  if ( k  e.  ( NN  \  { M } ) ,  ( ( 1  /  3
) ^ k ) ,  0 )  =  ( ( 1  / 
3 ) ^ k
) )
6361, 62syl 16 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  ->  if ( k  e.  ( NN  \  { M } ) ,  ( ( 1  /  3
) ^ k ) ,  0 )  =  ( ( 1  / 
3 ) ^ k
) )
6451, 63eqtrd 2419 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN  /\  k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) )  -> 
( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  k )  =  ( ( 1  /  3
) ^ k ) )
6534, 47, 48, 64geolim2 12575 . . . 4  |-  ( M  e.  NN  ->  seq  ( M  +  1
) (  +  , 
( F `  ( NN  \  { M }
) ) )  ~~>  ( ( ( 1  /  3
) ^ ( M  +  1 ) )  /  ( 1  -  ( 1  /  3
) ) ) )
6622, 24, 25, 28, 65isumclim 12468 . . 3  |-  ( M  e.  NN  ->  sum_ k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1 ) ) ( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  k )  =  ( ( ( 1  / 
3 ) ^ ( M  +  1 ) )  /  ( 1  -  ( 1  / 
3 ) ) ) )
6721, 66oveq12d 6038 . 2  |-  ( M  e.  NN  ->  (
( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  M )  +  sum_ k  e.  ( ZZ>= `  ( M  +  1
) ) ( ( F `  ( NN 
\  { M }
) ) `  k
) )  =  ( 0  +  ( ( ( 1  /  3
) ^ ( M  +  1 ) )  /  ( 1  -  ( 1  /  3
) ) ) ) )
6815, 67eqtrd 2419 1  |-  ( M  e.  NN  ->  sum_ k  e.  ( ZZ>= `  M )
( ( F `  ( NN  \  { M } ) ) `  k )  =  ( 0  +  ( ( ( 1  /  3
) ^ ( M  +  1 ) )  /  ( 1  -  ( 1  /  3
) ) ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    <-> wb 177    /\ wa 359    = wceq 1649    e. wcel 1717    =/= wne 2550    \ cdif 3260    C_ wss 3263   ifcif 3682   ~Pcpw 3742   {csn 3757   class class class wbr 4153    e. cmpt 4207   dom cdm 4818   -->wf 5390   ` cfv 5394  (class class class)co 6020   CCcc 8921   RRcr 8922   0cc0 8923   1c1 8924    + caddc 8926    < clt 9053    <_ cle 9054    - cmin 9223    / cdiv 9609   NNcn 9932   3c3 9982   ZZ>=cuz 10420    seq cseq 11250   ^cexp 11309   abscabs 11966    ~~> cli 12205   sum_csu 12406
This theorem is referenced by:  rpnnen2lem11  12751
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1661  ax-8 1682  ax-13 1719  ax-14 1721  ax-6 1736  ax-7 1741  ax-11 1753  ax-12 1939  ax-ext 2368  ax-rep 4261  ax-sep 4271  ax-nul 4279  ax-pow 4318  ax-pr 4344  ax-un 4641  ax-inf2 7529  ax-cnex 8979  ax-resscn 8980  ax-1cn 8981  ax-icn 8982  ax-addcl 8983  ax-addrcl 8984  ax-mulcl 8985  ax-mulrcl 8986  ax-mulcom 8987  ax-addass 8988  ax-mulass 8989  ax-distr 8990  ax-i2m1 8991  ax-1ne0 8992  ax-1rid 8993  ax-rnegex 8994  ax-rrecex 8995  ax-cnre 8996  ax-pre-lttri 8997  ax-pre-lttrn 8998  ax-pre-ltadd 8999  ax-pre-mulgt0 9000  ax-pre-sup 9001
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2242  df-mo 2243  df-clab 2374  df-cleq 2380  df-clel 2383  df-nfc 2512  df-ne 2552  df-nel 2553  df-ral 2654  df-rex 2655  df-reu 2656  df-rmo 2657  df-rab 2658  df-v 2901  df-sbc 3105  df-csb 3195  df-dif 3266  df-un 3268  df-in 3270  df-ss 3277  df-pss 3279  df-nul 3572  df-if 3683  df-pw 3744  df-sn 3763  df-pr 3764  df-tp 3765  df-op 3766  df-uni 3958  df-int 3993  df-iun 4037  df-br 4154  df-opab 4208  df-mpt 4209  df-tr 4244  df-eprel 4435  df-id 4439  df-po 4444  df-so 4445  df-fr 4482  df-se 4483  df-we 4484  df-ord 4525  df-on 4526  df-lim 4527  df-suc 4528  df-om 4786  df-xp 4824  df-rel 4825  df-cnv 4826  df-co 4827  df-dm 4828  df-rn 4829  df-res 4830  df-ima 4831  df-iota 5358  df-fun 5396  df-fn 5397  df-f 5398  df-f1 5399  df-fo 5400  df-f1o 5401  df-fv 5402  df-isom 5403  df-ov 6023  df-oprab 6024  df-mpt2 6025  df-1st 6288  df-2nd 6289  df-riota 6485  df-recs 6569  df-rdg 6604  df-1o 6660  df-oadd 6664  df-er 6841  df-pm 6957  df-en 7046  df-dom 7047  df-sdom 7048  df-fin 7049  df-sup 7381  df-oi 7412  df-card 7759  df-pnf 9055  df-mnf 9056  df-xr 9057  df-ltxr 9058  df-le 9059  df-sub 9225  df-neg 9226  df-div 9610  df-nn 9933  df-2 9990  df-3 9991  df-n0 10154  df-z 10215  df-uz 10421  df-rp 10545  df-ico 10854  df-fz 10976  df-fzo 11066  df-fl 11129  df-seq 11251  df-exp 11310  df-hash 11546  df-cj 11831  df-re 11832  df-im 11833  df-sqr 11967  df-abs 11968  df-limsup 12192  df-clim 12209  df-rlim 12210  df-sum 12407
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