Metamath Proof Explorer


Theorem amgmw2d

Description: Weighted arithmetic-geometric mean inequality for n = 2 (compare amgm2d ). (Contributed by Kunhao Zheng, 20-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses amgmw2d.0 φ A +
amgmw2d.1 φ P +
amgmw2d.2 φ B +
amgmw2d.3 φ Q +
amgmw2d.4 φ P + Q = 1
Assertion amgmw2d φ A P B Q A P + B Q

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 amgmw2d.0 φ A +
2 amgmw2d.1 φ P +
3 amgmw2d.2 φ B +
4 amgmw2d.3 φ Q +
5 amgmw2d.4 φ P + Q = 1
6 eqid mulGrp fld = mulGrp fld
7 fzofi 0 ..^ 2 Fin
8 7 a1i φ 0 ..^ 2 Fin
9 2nn 2
10 lbfzo0 0 0 ..^ 2 2
11 9 10 mpbir 0 0 ..^ 2
12 ne0i 0 0 ..^ 2 0 ..^ 2
13 11 12 mp1i φ 0 ..^ 2
14 1 3 s2cld φ ⟨“ AB ”⟩ Word +
15 wrdf ⟨“ AB ”⟩ Word + ⟨“ AB ”⟩ : 0 ..^ ⟨“ AB ”⟩ +
16 14 15 syl φ ⟨“ AB ”⟩ : 0 ..^ ⟨“ AB ”⟩ +
17 s2len ⟨“ AB ”⟩ = 2
18 17 oveq2i 0 ..^ ⟨“ AB ”⟩ = 0 ..^ 2
19 18 feq2i ⟨“ AB ”⟩ : 0 ..^ ⟨“ AB ”⟩ + ⟨“ AB ”⟩ : 0 ..^ 2 +
20 16 19 sylib φ ⟨“ AB ”⟩ : 0 ..^ 2 +
21 2 4 s2cld φ ⟨“ PQ ”⟩ Word +
22 wrdf ⟨“ PQ ”⟩ Word + ⟨“ PQ ”⟩ : 0 ..^ ⟨“ PQ ”⟩ +
23 21 22 syl φ ⟨“ PQ ”⟩ : 0 ..^ ⟨“ PQ ”⟩ +
24 s2len ⟨“ PQ ”⟩ = 2
25 24 oveq2i 0 ..^ ⟨“ PQ ”⟩ = 0 ..^ 2
26 25 feq2i ⟨“ PQ ”⟩ : 0 ..^ ⟨“ PQ ”⟩ + ⟨“ PQ ”⟩ : 0 ..^ 2 +
27 23 26 sylib φ ⟨“ PQ ”⟩ : 0 ..^ 2 +
28 cnring fld Ring
29 ringmnd fld Ring fld Mnd
30 28 29 mp1i φ fld Mnd
31 2 rpcnd φ P
32 4 rpcnd φ Q
33 cnfldbas = Base fld
34 cnfldadd + = + fld
35 33 34 gsumws2 fld Mnd P Q fld ⟨“ PQ ”⟩ = P + Q
36 30 31 32 35 syl3anc φ fld ⟨“ PQ ”⟩ = P + Q
37 36 5 eqtrd φ fld ⟨“ PQ ”⟩ = 1
38 6 8 13 20 27 37 amgmwlem φ mulGrp fld ⟨“ AB ”⟩ c f ⟨“ PQ ”⟩ fld ⟨“ AB ”⟩ × f ⟨“ PQ ”⟩
39 1 3 jca φ A + B +
40 2 4 jca φ P + Q +
41 ofs2 A + B + P + Q + ⟨“ AB ”⟩ c f ⟨“ PQ ”⟩ = ⟨“ A P B Q ”⟩
42 39 40 41 syl2anc φ ⟨“ AB ”⟩ c f ⟨“ PQ ”⟩ = ⟨“ A P B Q ”⟩
43 42 oveq2d φ mulGrp fld ⟨“ AB ”⟩ c f ⟨“ PQ ”⟩ = mulGrp fld ⟨“ A P B Q ”⟩
44 6 ringmgp fld Ring mulGrp fld Mnd
45 28 44 mp1i φ mulGrp fld Mnd
46 2 rpred φ P
47 1 46 rpcxpcld φ A P +
48 47 rpcnd φ A P
49 4 rpred φ Q
50 3 49 rpcxpcld φ B Q +
51 50 rpcnd φ B Q
52 6 33 mgpbas = Base mulGrp fld
53 cnfldmul × = fld
54 6 53 mgpplusg × = + mulGrp fld
55 52 54 gsumws2 mulGrp fld Mnd A P B Q mulGrp fld ⟨“ A P B Q ”⟩ = A P B Q
56 45 48 51 55 syl3anc φ mulGrp fld ⟨“ A P B Q ”⟩ = A P B Q
57 43 56 eqtrd φ mulGrp fld ⟨“ AB ”⟩ c f ⟨“ PQ ”⟩ = A P B Q
58 ofs2 A + B + P + Q + ⟨“ AB ”⟩ × f ⟨“ PQ ”⟩ = ⟨“ A P B Q ”⟩
59 39 40 58 syl2anc φ ⟨“ AB ”⟩ × f ⟨“ PQ ”⟩ = ⟨“ A P B Q ”⟩
60 59 oveq2d φ fld ⟨“ AB ”⟩ × f ⟨“ PQ ”⟩ = fld ⟨“ A P B Q ”⟩
61 1 2 rpmulcld φ A P +
62 61 rpcnd φ A P
63 3 4 rpmulcld φ B Q +
64 63 rpcnd φ B Q
65 33 34 gsumws2 fld Mnd A P B Q fld ⟨“ A P B Q ”⟩ = A P + B Q
66 30 62 64 65 syl3anc φ fld ⟨“ A P B Q ”⟩ = A P + B Q
67 60 66 eqtrd φ fld ⟨“ AB ”⟩ × f ⟨“ PQ ”⟩ = A P + B Q
68 38 57 67 3brtr3d φ A P B Q A P + B Q