MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  vmadivsum Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem vmadivsum 25216
Description: The sum of the von Mangoldt function over 𝑛 is asymptotic to log𝑥 + 𝑂(1). Equation 9.2.13 of [Shapiro], p. 331. (Contributed by Mario Carneiro, 16-Apr-2016.)
Assertion
Ref Expression
vmadivsum (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥))) ∈ 𝑂(1)
Distinct variable group:   𝑥,𝑛

Proof of Theorem vmadivsum
StepHypRef Expression
1 reex 10065 . . . . . . 7 ℝ ∈ V
2 rpssre 11881 . . . . . . 7 + ⊆ ℝ
31, 2ssexi 4836 . . . . . 6 + ∈ V
43a1i 11 . . . . 5 (⊤ → ℝ+ ∈ V)
5 ovexd 6720 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ V)
6 ovexd 6720 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ V)
7 eqidd 2652 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))))
8 eqidd 2652 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))))
94, 5, 6, 7, 8offval2 6956 . . . 4 (⊤ → ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘𝑓 − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) − ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))))
109trud 1533 . . 3 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘𝑓 − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) − ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))))
11 fzfid 12812 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (1...(⌊‘𝑥)) ∈ Fin)
12 elfznn 12408 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥)) → 𝑛 ∈ ℕ)
1312adantl 481 . . . . . . . . 9 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑛 ∈ ℕ)
14 vmacl 24889 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
1513, 14syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℝ)
1615, 13nndivred 11107 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ)
1711, 16fsumrecl 14509 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ)
1817recnd 10106 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℂ)
19 relogcl 24367 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘𝑥) ∈ ℝ)
2019recnd 10106 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘𝑥) ∈ ℂ)
21 rprege0 11885 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥))
22 flge0nn0 12661 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥) → (⌊‘𝑥) ∈ ℕ0)
23 faccl 13110 . . . . . . . . . 10 ((⌊‘𝑥) ∈ ℕ0 → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℕ)
2421, 22, 233syl 18 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℕ)
2524nnrpd 11908 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (!‘(⌊‘𝑥)) ∈ ℝ+)
2625relogcld 24414 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℝ)
27 rerpdivcl 11899 . . . . . . 7 (((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℝ)
2826, 27mpancom 704 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℝ)
2928recnd 10106 . . . . 5 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥) ∈ ℂ)
3018, 20, 29nnncan2d 10465 . . . 4 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) − ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥)))
3130mpteq2ia 4773 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) − ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥)))
3210, 31eqtri 2673 . 2 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘𝑓 − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥)))
33 1red 10093 . . . . 5 (⊤ → 1 ∈ ℝ)
34 chpo1ub 25214 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ∈ 𝑂(1)
3534a1i 11 . . . . 5 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ∈ 𝑂(1))
36 rpre 11877 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℝ)
37 chpcl 24895 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ)
3836, 37syl 17 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ)
39 rerpdivcl 11899 . . . . . . . 8 (((ψ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
4038, 39mpancom 704 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
4140recnd 10106 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℂ)
4241adantl 481 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℂ)
4318, 29subcld 10430 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ ℂ)
4443adantl 481 . . . . 5 ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) ∈ ℂ)
4536adantr 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑥 ∈ ℝ)
4616, 45remulcld 10108 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℝ)
47 nndivre 11094 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ)
4836, 12, 47syl2an 493 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ)
49 reflcl 12637 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℝ)
5048, 49syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℝ)
5115, 50remulcld 10108 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℝ)
5246, 51resubcld 10496 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ∈ ℝ)
5348, 50resubcld 10496 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℝ)
54 1red 10093 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 1 ∈ ℝ)
55 vmage0 24892 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → 0 ≤ (Λ‘𝑛))
5613, 55syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ (Λ‘𝑛))
57 fracle1 12644 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ≤ 1)
5848, 57syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ≤ 1)
5953, 54, 15, 56, 58lemul2ad 11002 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ ((Λ‘𝑛) · 1))
6015recnd 10106 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (Λ‘𝑛) ∈ ℂ)
6148recnd 10106 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑥 / 𝑛) ∈ ℂ)
6250recnd 10106 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ∈ ℂ)
6360, 61, 62subdid 10524 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = (((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
64 rpcn 11879 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ∈ ℂ)
6564adantr 480 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑥 ∈ ℂ)
6613nnrpd 11908 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 𝑛 ∈ ℝ+)
67 rpcnne0 11888 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℝ+ → (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0))
6866, 67syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0))
69 div23 10742 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) · 𝑥) / 𝑛) = (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥))
70 divass 10741 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) · 𝑥) / 𝑛) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7169, 70eqtr3d 2687 . . . . . . . . . . . . . 14 (((Λ‘𝑛) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ≠ 0)) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7260, 65, 68, 71syl3anc 1366 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = ((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)))
7372oveq1d 6705 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = (((Λ‘𝑛) · (𝑥 / 𝑛)) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
7463, 73eqtr4d 2688 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
7560mulid1d 10095 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · 1) = (Λ‘𝑛))
7659, 74, 753brtr3d 4716 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ (Λ‘𝑛))
7711, 52, 15, 76fsumle 14575 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) ≤ Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Λ‘𝑛))
7816recnd 10106 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) / 𝑛) ∈ ℂ)
7911, 64, 78fsummulc1 14561 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥))
80 logfac2 24987 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝑥) → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))))
8121, 80syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))))
8279, 81oveq12d 6708 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
8346recnd 10106 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℂ)
8451recnd 10106 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ∈ ℂ)
8511, 83, 84fsumsub 14564 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
8682, 85eqtr4d 2688 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
87 chpval 24893 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ → (ψ‘𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Λ‘𝑛))
8836, 87syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (ψ‘𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))(Λ‘𝑛))
8977, 86, 883brtr4d 4717 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ≤ (ψ‘𝑥))
9017, 36remulcld 10108 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℝ)
9190, 26resubcld 10496 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ)
92 rpregt0 11884 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥))
93 lediv1 10926 . . . . . . . . 9 ((((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ ∧ (ψ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥)) → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ≤ (ψ‘𝑥) ↔ (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
9491, 38, 92, 93syl3anc 1366 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ≤ (ψ‘𝑥) ↔ (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
9589, 94mpbid 222 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
9690recnd 10106 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℂ)
9726recnd 10106 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℂ)
98 rpcnne0 11888 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ≠ 0))
99 divsubdir 10759 . . . . . . . . . . 11 (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) ∈ ℂ ∧ (log‘(!‘(⌊‘𝑥))) ∈ ℂ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ≠ 0)) → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))
10096, 97, 98, 99syl3anc 1366 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))
101 rpne0 11886 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 ∈ ℝ+𝑥 ≠ 0)
10218, 64, 101divcan4d 10845 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) = Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛))
103102oveq1d 6705 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) / 𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) = (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))
104100, 103eqtr2d 2686 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
105104fveq2d 6233 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (abs‘(((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥)))
106 rerpdivcl 11899 . . . . . . . . . 10 ((((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ∈ ℝ)
10791, 106mpancom 704 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥) ∈ ℝ)
108 flle 12640 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑥 / 𝑛) ∈ ℝ → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛))
10948, 108syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛))
11048, 50subge0d 10655 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → (0 ≤ ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))) ↔ (⌊‘(𝑥 / 𝑛)) ≤ (𝑥 / 𝑛)))
111109, 110mpbird 247 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛))))
11215, 53, 56, 111mulge0d 10642 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((Λ‘𝑛) · ((𝑥 / 𝑛) − (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
113112, 74breqtrd 4711 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ℝ+𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))) → 0 ≤ ((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
11411, 52, 113fsumge0 14571 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − ((Λ‘𝑛) · (⌊‘(𝑥 / 𝑛)))))
115114, 86breqtrrd 4713 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))))
116 divge0 10930 . . . . . . . . . 10 (((((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥))))) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥)) → 0 ≤ (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
11791, 115, 92, 116syl21anc 1365 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
118107, 117absidd 14205 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥)) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
119105, 118eqtrd 2685 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) = (((Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) · 𝑥) − (log‘(!‘(⌊‘𝑥)))) / 𝑥))
120 chpge0 24897 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ ℝ → 0 ≤ (ψ‘𝑥))
12136, 120syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ (ψ‘𝑥))
122 divge0 10930 . . . . . . . . 9 ((((ψ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ 0 ≤ (ψ‘𝑥)) ∧ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑥)) → 0 ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12338, 121, 92, 122syl21anc 1365 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ ℝ+ → 0 ≤ ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12440, 123absidd 14205 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)) = ((ψ‘𝑥) / 𝑥))
12595, 119, 1243brtr4d 4717 . . . . . 6 (𝑥 ∈ ℝ+ → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ≤ (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
126125ad2antrl 764 . . . . 5 ((⊤ ∧ (𝑥 ∈ ℝ+ ∧ 1 ≤ 𝑥)) → (abs‘(Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ≤ (abs‘((ψ‘𝑥) / 𝑥)))
12733, 35, 42, 44, 126o1le 14427 . . . 4 (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1))
128127trud 1533 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1)
129 logfacrlim 24994 . . . 4 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ⇝𝑟 1
130 rlimo1 14391 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ⇝𝑟 1 → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1))
131129, 130ax-mp 5 . . 3 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1)
132 o1sub 14390 . . 3 (((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1) ∧ (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∈ 𝑂(1)) → ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘𝑓 − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) ∈ 𝑂(1))
133128, 131, 132mp2an 708 . 2 ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥))) ∘𝑓 − (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((log‘𝑥) − ((log‘(!‘(⌊‘𝑥))) / 𝑥)))) ∈ 𝑂(1)
13432, 133eqeltrri 2727 1 (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ (Σ𝑛 ∈ (1...(⌊‘𝑥))((Λ‘𝑛) / 𝑛) − (log‘𝑥))) ∈ 𝑂(1)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wb 196  wa 383  w3a 1054   = wceq 1523  wtru 1524  wcel 2030  wne 2823  Vcvv 3231   class class class wbr 4685  cmpt 4762  cfv 5926  (class class class)co 6690  𝑓 cof 6937  cc 9972  cr 9973  0cc0 9974  1c1 9975   · cmul 9979   < clt 10112  cle 10113  cmin 10304   / cdiv 10722  cn 11058  0cn0 11330  +crp 11870  ...cfz 12364  cfl 12631  !cfa 13100  abscabs 14018  𝑟 crli 14260  𝑂(1)co1 14261  Σcsu 14460  logclog 24346  Λcvma 24863  ψcchp 24864
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-inf2 8576  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052  ax-addf 10053  ax-mulf 10054
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-fal 1529  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-iin 4555  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-se 5103  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-isom 5935  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-of 6939  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-supp 7341  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-2o 7606  df-oadd 7609  df-er 7787  df-map 7901  df-pm 7902  df-ixp 7951  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-fsupp 8317  df-fi 8358  df-sup 8389  df-inf 8390  df-oi 8456  df-card 8803  df-cda 9028  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-4 11119  df-5 11120  df-6 11121  df-7 11122  df-8 11123  df-9 11124  df-n0 11331  df-xnn0 11402  df-z 11416  df-dec 11532  df-uz 11726  df-q 11827  df-rp 11871  df-xneg 11984  df-xadd 11985  df-xmul 11986  df-ioo 12217  df-ioc 12218  df-ico 12219  df-icc 12220  df-fz 12365  df-fzo 12505  df-fl 12633  df-mod 12709  df-seq 12842  df-exp 12901  df-fac 13101  df-bc 13130  df-hash 13158  df-shft 13851  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-limsup 14246  df-clim 14263  df-rlim 14264  df-o1 14265  df-lo1 14266  df-sum 14461  df-ef 14842  df-e 14843  df-sin 14844  df-cos 14845  df-pi 14847  df-dvds 15028  df-gcd 15264  df-prm 15433  df-pc 15589  df-struct 15906  df-ndx 15907  df-slot 15908  df-base 15910  df-sets 15911  df-ress 15912  df-plusg 16001  df-mulr 16002  df-starv 16003  df-sca 16004  df-vsca 16005  df-ip 16006  df-tset 16007  df-ple 16008  df-ds 16011  df-unif 16012  df-hom 16013  df-cco 16014  df-rest 16130  df-topn 16131  df-0g 16149  df-gsum 16150  df-topgen 16151  df-pt 16152  df-prds 16155  df-xrs 16209  df-qtop 16214  df-imas 16215  df-xps 16217  df-mre 16293  df-mrc 16294  df-acs 16296  df-mgm 17289  df-sgrp 17331  df-mnd 17342  df-submnd 17383  df-mulg 17588  df-cntz 17796  df-cmn 18241  df-psmet 19786  df-xmet 19787  df-met 19788  df-bl 19789  df-mopn 19790  df-fbas 19791  df-fg 19792  df-cnfld 19795  df-top 20747  df-topon 20764  df-topsp 20785  df-bases 20798  df-cld 20871  df-ntr 20872  df-cls 20873  df-nei 20950  df-lp 20988  df-perf 20989  df-cn 21079  df-cnp 21080  df-haus 21167  df-cmp 21238  df-tx 21413  df-hmeo 21606  df-fil 21697  df-fm 21789  df-flim 21790  df-flf 21791  df-xms 22172  df-ms 22173  df-tms 22174  df-cncf 22728  df-limc 23675  df-dv 23676  df-log 24348  df-cxp 24349  df-cht 24868  df-vma 24869  df-chp 24870  df-ppi 24871
This theorem is referenced by:  vmadivsumb  25217  rpvmasumlem  25221  vmalogdivsum2  25272  vmalogdivsum  25273  2vmadivsumlem  25274  selberg3lem1  25291  selberg4lem1  25294  pntrsumo1  25299  selbergr  25302
  Copyright terms: Public domain W3C validator