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