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Theorem chpdifbndlem1

Description: Lemma for chpdifbnd . (Contributed by Mario Carneiro, 25-May-2016)

Ref Expression
Hypotheses chpdifbnd.a φ A +
chpdifbnd.1 φ 1 A
chpdifbnd.b φ B +
chpdifbnd.2 φ z 1 +∞ ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m z 2 log z B
chpdifbnd.c C = B A + 1 + 2 A log A
chpdifbnd.x φ X 1 +∞
chpdifbnd.y φ Y X A X
Assertion chpdifbndlem1 φ ψ Y ψ X 2 Y X + C X log X

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 chpdifbnd.a φ A +
2 chpdifbnd.1 φ 1 A
3 chpdifbnd.b φ B +
4 chpdifbnd.2 φ z 1 +∞ ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m z 2 log z B
5 chpdifbnd.c C = B A + 1 + 2 A log A
6 chpdifbnd.x φ X 1 +∞
7 chpdifbnd.y φ Y X A X
8 ioossre 1 +∞
9 8 6 sselid φ X
10 1 rpred φ A
11 10 9 remulcld φ A X
12 elicc2 X A X Y X A X Y X Y Y A X
13 9 11 12 syl2anc φ Y X A X Y X Y Y A X
14 7 13 mpbid φ Y X Y Y A X
15 14 simp1d φ Y
16 chpcl Y ψ Y
17 15 16 syl φ ψ Y
18 chpcl X ψ X
19 9 18 syl φ ψ X
20 17 19 resubcld φ ψ Y ψ X
21 0red φ 0
22 1re 1
23 22 a1i φ 1
24 0lt1 0 < 1
25 24 a1i φ 0 < 1
26 eliooord X 1 +∞ 1 < X X < +∞
27 6 26 syl φ 1 < X X < +∞
28 27 simpld φ 1 < X
29 21 23 9 25 28 lttrd φ 0 < X
30 9 29 elrpd φ X +
31 30 relogcld φ log X
32 20 31 remulcld φ ψ Y ψ X log X
33 2re 2
34 15 9 resubcld φ Y X
35 remulcl 2 Y X 2 Y X
36 33 34 35 sylancr φ 2 Y X
37 36 31 remulcld φ 2 Y X log X
38 3 rpred φ B
39 15 9 readdcld φ Y + X
40 38 39 remulcld φ B Y + X
41 1 relogcld φ log A
42 remulcl 2 log A 2 log A
43 33 41 42 sylancr φ 2 log A
44 43 15 remulcld φ 2 log A Y
45 40 44 readdcld φ B Y + X + 2 log A Y
46 37 45 readdcld φ 2 Y X log X + B Y + X + 2 log A Y
47 peano2re A A + 1
48 10 47 syl φ A + 1
49 38 48 remulcld φ B A + 1
50 remulcl 2 A 2 A
51 33 10 50 sylancr φ 2 A
52 51 41 remulcld φ 2 A log A
53 49 52 readdcld φ B A + 1 + 2 A log A
54 5 53 eqeltrid φ C
55 54 9 remulcld φ C X
56 37 55 readdcld φ 2 Y X log X + C X
57 17 31 remulcld φ ψ Y log X
58 fzfid φ 1 X Fin
59 14 simp2d φ X Y
60 flword2 X Y X Y Y X
61 9 15 59 60 syl3anc φ Y X
62 fzss2 Y X 1 X 1 Y
63 61 62 syl φ 1 X 1 Y
64 63 sselda φ n 1 X n 1 Y
65 elfznn n 1 Y n
66 65 adantl φ n 1 Y n
67 vmacl n Λ n
68 66 67 syl φ n 1 Y Λ n
69 nndivre X n X n
70 9 65 69 syl2an φ n 1 Y X n
71 chpcl X n ψ X n
72 70 71 syl φ n 1 Y ψ X n
73 68 72 remulcld φ n 1 Y Λ n ψ X n
74 64 73 syldan φ n 1 X Λ n ψ X n
75 58 74 fsumrecl φ n = 1 X Λ n ψ X n
76 57 75 readdcld φ ψ Y log X + n = 1 X Λ n ψ X n
77 remulcl 2 log X 2 log X
78 33 31 77 sylancr φ 2 log X
79 78 38 resubcld φ 2 log X B
80 79 9 remulcld φ 2 log X B X
81 1 30 rpmulcld φ A X +
82 81 relogcld φ log A X
83 remulcl 2 log A X 2 log A X
84 33 82 83 sylancr φ 2 log A X
85 38 84 readdcld φ B + 2 log A X
86 85 15 remulcld φ B + 2 log A X Y
87 19 31 remulcld φ ψ X log X
88 87 75 readdcld φ ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n
89 21 9 15 29 59 ltletrd φ 0 < Y
90 15 89 elrpd φ Y +
91 90 relogcld φ log Y
92 17 91 remulcld φ ψ Y log Y
93 fzfid φ 1 Y Fin
94 nndivre Y n Y n
95 15 65 94 syl2an φ n 1 Y Y n
96 chpcl Y n ψ Y n
97 95 96 syl φ n 1 Y ψ Y n
98 68 97 remulcld φ n 1 Y Λ n ψ Y n
99 93 98 fsumrecl φ n = 1 Y Λ n ψ Y n
100 92 99 readdcld φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n
101 chpge0 Y 0 ψ Y
102 15 101 syl φ 0 ψ Y
103 30 90 logled φ X Y log X log Y
104 59 103 mpbid φ log X log Y
105 31 91 17 102 104 lemul2ad φ ψ Y log X ψ Y log Y
106 93 73 fsumrecl φ n = 1 Y Λ n ψ X n
107 vmage0 n 0 Λ n
108 66 107 syl φ n 1 Y 0 Λ n
109 chpge0 X n 0 ψ X n
110 70 109 syl φ n 1 Y 0 ψ X n
111 68 72 108 110 mulge0d φ n 1 Y 0 Λ n ψ X n
112 93 73 111 63 fsumless φ n = 1 X Λ n ψ X n n = 1 Y Λ n ψ X n
113 9 adantr φ n 1 Y X
114 15 adantr φ n 1 Y Y
115 66 nnrpd φ n 1 Y n +
116 59 adantr φ n 1 Y X Y
117 113 114 115 116 lediv1dd φ n 1 Y X n Y n
118 chpwordi X n Y n X n Y n ψ X n ψ Y n
119 70 95 117 118 syl3anc φ n 1 Y ψ X n ψ Y n
120 72 97 68 108 119 lemul2ad φ n 1 Y Λ n ψ X n Λ n ψ Y n
121 93 73 98 120 fsumle φ n = 1 Y Λ n ψ X n n = 1 Y Λ n ψ Y n
122 75 106 99 112 121 letrd φ n = 1 X Λ n ψ X n n = 1 Y Λ n ψ Y n
123 57 75 92 99 105 122 le2addd φ ψ Y log X + n = 1 X Λ n ψ X n ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n
124 100 90 rerpdivcld φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y
125 remulcl 2 log Y 2 log Y
126 33 91 125 sylancr φ 2 log Y
127 38 126 readdcld φ B + 2 log Y
128 124 126 resubcld φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y
129 128 recnd φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y
130 129 abscld φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y
131 128 leabsd φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y
132 fveq2 z = Y ψ z = ψ Y
133 fveq2 z = Y log z = log Y
134 132 133 oveq12d z = Y ψ z log z = ψ Y log Y
135 fveq2 m = n Λ m = Λ n
136 oveq2 m = n z m = z n
137 136 fveq2d m = n ψ z m = ψ z n
138 135 137 oveq12d m = n Λ m ψ z m = Λ n ψ z n
139 138 cbvsumv m = 1 z Λ m ψ z m = n = 1 z Λ n ψ z n
140 fveq2 z = Y z = Y
141 140 oveq2d z = Y 1 z = 1 Y
142 simpl z = Y n 1 Y z = Y
143 142 fvoveq1d z = Y n 1 Y ψ z n = ψ Y n
144 143 oveq2d z = Y n 1 Y Λ n ψ z n = Λ n ψ Y n
145 141 144 sumeq12rdv z = Y n = 1 z Λ n ψ z n = n = 1 Y Λ n ψ Y n
146 139 145 eqtrid z = Y m = 1 z Λ m ψ z m = n = 1 Y Λ n ψ Y n
147 134 146 oveq12d z = Y ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m = ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n
148 id z = Y z = Y
149 147 148 oveq12d z = Y ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m z = ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y
150 133 oveq2d z = Y 2 log z = 2 log Y
151 149 150 oveq12d z = Y ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m z 2 log z = ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y
152 151 fveq2d z = Y ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m z 2 log z = ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y
153 152 breq1d z = Y ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m z 2 log z B ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y B
154 23 9 28 ltled φ 1 X
155 23 9 15 154 59 letrd φ 1 Y
156 elicopnf 1 Y 1 +∞ Y 1 Y
157 22 156 ax-mp Y 1 +∞ Y 1 Y
158 15 155 157 sylanbrc φ Y 1 +∞
159 153 4 158 rspcdva φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y B
160 128 130 38 131 159 letrd φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y B
161 124 126 38 lesubaddd φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y 2 log Y B ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y B + 2 log Y
162 160 161 mpbid φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y B + 2 log Y
163 14 simp3d φ Y A X
164 90 81 logled φ Y A X log Y log A X
165 163 164 mpbid φ log Y log A X
166 2pos 0 < 2
167 33 166 pm3.2i 2 0 < 2
168 167 a1i φ 2 0 < 2
169 lemul2 log Y log A X 2 0 < 2 log Y log A X 2 log Y 2 log A X
170 91 82 168 169 syl3anc φ log Y log A X 2 log Y 2 log A X
171 165 170 mpbid φ 2 log Y 2 log A X
172 126 84 38 171 leadd2dd φ B + 2 log Y B + 2 log A X
173 124 127 85 162 172 letrd φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y B + 2 log A X
174 100 85 90 ledivmul2d φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n Y B + 2 log A X ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n B + 2 log A X Y
175 173 174 mpbid φ ψ Y log Y + n = 1 Y Λ n ψ Y n B + 2 log A X Y
176 76 100 86 123 175 letrd φ ψ Y log X + n = 1 X Λ n ψ X n B + 2 log A X Y
177 fveq2 z = X ψ z = ψ X
178 fveq2 z = X log z = log X
179 177 178 oveq12d z = X ψ z log z = ψ X log X
180 fveq2 z = X z = X
181 180 oveq2d z = X 1 z = 1 X
182 simpl z = X n 1 X z = X
183 182 fvoveq1d z = X n 1 X ψ z n = ψ X n
184 183 oveq2d z = X n 1 X Λ n ψ z n = Λ n ψ X n
185 181 184 sumeq12rdv z = X n = 1 z Λ n ψ z n = n = 1 X Λ n ψ X n
186 139 185 eqtrid z = X m = 1 z Λ m ψ z m = n = 1 X Λ n ψ X n
187 179 186 oveq12d z = X ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m = ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n
188 id z = X z = X
189 187 188 oveq12d z = X ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m z = ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X
190 178 oveq2d z = X 2 log z = 2 log X
191 189 190 oveq12d z = X ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m z 2 log z = ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X 2 log X
192 191 fveq2d z = X ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m z 2 log z = ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X 2 log X
193 192 breq1d z = X ψ z log z + m = 1 z Λ m ψ z m z 2 log z B ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X 2 log X B
194 elicopnf 1 X 1 +∞ X 1 X
195 22 194 ax-mp X 1 +∞ X 1 X
196 9 154 195 sylanbrc φ X 1 +∞
197 193 4 196 rspcdva φ ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X 2 log X B
198 88 30 rerpdivcld φ ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X
199 198 78 38 absdifled φ ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X 2 log X B 2 log X B ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X 2 log X + B
200 197 199 mpbid φ 2 log X B ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X 2 log X + B
201 200 simpld φ 2 log X B ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X
202 79 88 30 lemuldivd φ 2 log X B X ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n 2 log X B ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n X
203 201 202 mpbird φ 2 log X B X ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n
204 76 80 86 88 176 203 le2subd φ ψ Y log X + n = 1 X Λ n ψ X n - ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n B + 2 log A X Y 2 log X B X
205 57 recnd φ ψ Y log X
206 87 recnd φ ψ X log X
207 75 recnd φ n = 1 X Λ n ψ X n
208 205 206 207 pnpcan2d φ ψ Y log X + n = 1 X Λ n ψ X n - ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n = ψ Y log X ψ X log X
209 17 recnd φ ψ Y
210 19 recnd φ ψ X
211 31 recnd φ log X
212 209 210 211 subdird φ ψ Y ψ X log X = ψ Y log X ψ X log X
213 208 212 eqtr4d φ ψ Y log X + n = 1 X Λ n ψ X n - ψ X log X + n = 1 X Λ n ψ X n = ψ Y ψ X log X
214 78 15 remulcld φ 2 log X Y
215 214 recnd φ 2 log X Y
216 38 43 readdcld φ B + 2 log A
217 216 15 remulcld φ B + 2 log A Y
218 217 recnd φ B + 2 log A Y
219 78 9 remulcld φ 2 log X X
220 219 recnd φ 2 log X X
221 38 9 remulcld φ B X
222 221 recnd φ B X
223 222 negcld φ B X
224 215 218 220 223 addsub4d φ 2 log X Y + B + 2 log A Y - 2 log X X + B X = 2 log X Y 2 log X X + B + 2 log A Y - B X
225 41 recnd φ log A
226 1 30 relogmuld φ log A X = log A + log X
227 225 211 226 comraddd φ log A X = log X + log A
228 227 oveq2d φ 2 log A X = 2 log X + log A
229 2cnd φ 2
230 229 211 225 adddid φ 2 log X + log A = 2 log X + 2 log A
231 228 230 eqtrd φ 2 log A X = 2 log X + 2 log A
232 231 oveq2d φ B + 2 log A X = B + 2 log X + 2 log A
233 38 recnd φ B
234 78 recnd φ 2 log X
235 43 recnd φ 2 log A
236 233 234 235 add12d φ B + 2 log X + 2 log A = 2 log X + B + 2 log A
237 232 236 eqtrd φ B + 2 log A X = 2 log X + B + 2 log A
238 237 oveq1d φ B + 2 log A X Y = 2 log X + B + 2 log A Y
239 216 recnd φ B + 2 log A
240 15 recnd φ Y
241 234 239 240 adddird φ 2 log X + B + 2 log A Y = 2 log X Y + B + 2 log A Y
242 238 241 eqtrd φ B + 2 log A X Y = 2 log X Y + B + 2 log A Y
243 9 recnd φ X
244 234 233 243 subdird φ 2 log X B X = 2 log X X B X
245 220 222 negsubd φ 2 log X X + B X = 2 log X X B X
246 244 245 eqtr4d φ 2 log X B X = 2 log X X + B X
247 242 246 oveq12d φ B + 2 log A X Y 2 log X B X = 2 log X Y + B + 2 log A Y - 2 log X X + B X
248 34 recnd φ Y X
249 229 248 211 mul32d φ 2 Y X log X = 2 log X Y X
250 234 240 243 subdid φ 2 log X Y X = 2 log X Y 2 log X X
251 249 250 eqtrd φ 2 Y X log X = 2 log X Y 2 log X X
252 38 15 remulcld φ B Y
253 252 recnd φ B Y
254 44 recnd φ 2 log A Y
255 253 222 254 add32d φ B Y + B X + 2 log A Y = B Y + 2 log A Y + B X
256 233 240 243 adddid φ B Y + X = B Y + B X
257 256 oveq1d φ B Y + X + 2 log A Y = B Y + B X + 2 log A Y
258 233 235 240 adddird φ B + 2 log A Y = B Y + 2 log A Y
259 258 oveq1d φ B + 2 log A Y + B X = B Y + 2 log A Y + B X
260 255 257 259 3eqtr4d φ B Y + X + 2 log A Y = B + 2 log A Y + B X
261 218 222 subnegd φ B + 2 log A Y B X = B + 2 log A Y + B X
262 260 261 eqtr4d φ B Y + X + 2 log A Y = B + 2 log A Y B X
263 251 262 oveq12d φ 2 Y X log X + B Y + X + 2 log A Y = 2 log X Y 2 log X X + B + 2 log A Y - B X
264 224 247 263 3eqtr4d φ B + 2 log A X Y 2 log X B X = 2 Y X log X + B Y + X + 2 log A Y
265 204 213 264 3brtr3d φ ψ Y ψ X log X 2 Y X log X + B Y + X + 2 log A Y
266 49 9 remulcld φ B A + 1 X
267 52 9 remulcld φ 2 A log A X
268 15 11 9 163 leadd1dd φ Y + X A X + X
269 10 recnd φ A
270 269 243 adddirp1d φ A + 1 X = A X + X
271 268 270 breqtrrd φ Y + X A + 1 X
272 48 9 remulcld φ A + 1 X
273 39 272 3 lemul2d φ Y + X A + 1 X B Y + X B A + 1 X
274 271 273 mpbid φ B Y + X B A + 1 X
275 48 recnd φ A + 1
276 233 275 243 mulassd φ B A + 1 X = B A + 1 X
277 274 276 breqtrrd φ B Y + X B A + 1 X
278 33 a1i φ 2
279 0le2 0 2
280 279 a1i φ 0 2
281 log1 log 1 = 0
282 1rp 1 +
283 logleb 1 + A + 1 A log 1 log A
284 282 1 283 sylancr φ 1 A log 1 log A
285 2 284 mpbid φ log 1 log A
286 281 285 eqbrtrrid φ 0 log A
287 278 41 280 286 mulge0d φ 0 2 log A
288 15 11 43 287 163 lemul2ad φ 2 log A Y 2 log A A X
289 51 recnd φ 2 A
290 289 225 243 mulassd φ 2 A log A X = 2 A log A X
291 229 269 225 243 mul4d φ 2 A log A X = 2 log A A X
292 290 291 eqtrd φ 2 A log A X = 2 log A A X
293 288 292 breqtrrd φ 2 log A Y 2 A log A X
294 40 44 266 267 277 293 le2addd φ B Y + X + 2 log A Y B A + 1 X + 2 A log A X
295 5 oveq1i C X = B A + 1 + 2 A log A X
296 49 recnd φ B A + 1
297 52 recnd φ 2 A log A
298 296 297 243 adddird φ B A + 1 + 2 A log A X = B A + 1 X + 2 A log A X
299 295 298 eqtrid φ C X = B A + 1 X + 2 A log A X
300 294 299 breqtrrd φ B Y + X + 2 log A Y C X
301 45 55 37 300 leadd2dd φ 2 Y X log X + B Y + X + 2 log A Y 2 Y X log X + C X
302 32 46 56 265 301 letrd φ ψ Y ψ X log X 2 Y X log X + C X
303 36 recnd φ 2 Y X
304 9 28 rplogcld φ log X +
305 9 304 rerpdivcld φ X log X
306 54 305 remulcld φ C X log X
307 306 recnd φ C X log X
308 303 307 211 adddird φ 2 Y X + C X log X log X = 2 Y X log X + C X log X log X
309 54 recnd φ C
310 305 recnd φ X log X
311 309 310 211 mulassd φ C X log X log X = C X log X log X
312 304 rpne0d φ log X 0
313 243 211 312 divcan1d φ X log X log X = X
314 313 oveq2d φ C X log X log X = C X
315 311 314 eqtrd φ C X log X log X = C X
316 315 oveq2d φ 2 Y X log X + C X log X log X = 2 Y X log X + C X
317 308 316 eqtrd φ 2 Y X + C X log X log X = 2 Y X log X + C X
318 302 317 breqtrrd φ ψ Y ψ X log X 2 Y X + C X log X log X
319 36 306 readdcld φ 2 Y X + C X log X
320 20 319 304 lemul1d φ ψ Y ψ X 2 Y X + C X log X ψ Y ψ X log X 2 Y X + C X log X log X
321 318 320 mpbird φ ψ Y ψ X 2 Y X + C X log X