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Theorem pntlemo

Description: Lemma for pnt . Combine all the estimates to establish a smaller eventual bound on R ( Z ) / Z . (Contributed by Mario Carneiro, 14-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses pntlem1.r R=a+ψaa
pntlem1.a φA+
pntlem1.b φB+
pntlem1.l φL01
pntlem1.d D=A+1
pntlem1.f F=11DL32BD2
pntlem1.u φU+
pntlem1.u2 φUA
pntlem1.e E=UD
pntlem1.k K=eBE
pntlem1.y φY+1Y
pntlem1.x φX+Y<X
pntlem1.c φC+
pntlem1.w W=Y+4LE2+XK24+e32BUELE2U3+C
pntlem1.z φZW+∞
pntlem1.m M=logXlogK+1
pntlem1.n N=logZlogK2
pntlem1.U φzY+∞RzzU
pntlem1.K φyX+∞z+y<z1+LEz<Kyuz1+LEzRuuE
pntlem1.C φz1+∞Rzlogz2logzi=1zYRzilogizC
Assertion pntlemo φRZZUFU3

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pntlem1.r R=a+ψaa
2 pntlem1.a φA+
3 pntlem1.b φB+
4 pntlem1.l φL01
5 pntlem1.d D=A+1
6 pntlem1.f F=11DL32BD2
7 pntlem1.u φU+
8 pntlem1.u2 φUA
9 pntlem1.e E=UD
10 pntlem1.k K=eBE
11 pntlem1.y φY+1Y
12 pntlem1.x φX+Y<X
13 pntlem1.c φC+
14 pntlem1.w W=Y+4LE2+XK24+e32BUELE2U3+C
15 pntlem1.z φZW+∞
16 pntlem1.m M=logXlogK+1
17 pntlem1.n N=logZlogK2
18 pntlem1.U φzY+∞RzzU
19 pntlem1.K φyX+∞z+y<z1+LEz<Kyuz1+LEzRuuE
20 pntlem1.C φz1+∞Rzlogz2logzi=1zYRzilogizC
21 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 pntlemb φZ+1<ZeZZZY4LEZlogXlogK+2logZlogK4U3+CUELE232BlogZ
22 21 simp1d φZ+
23 1 pntrf R:+
24 23 ffvelcdmi Z+RZ
25 22 24 syl φRZ
26 25 22 rerpdivcld φRZZ
27 26 recnd φRZZ
28 27 abscld φRZZ
29 22 relogcld φlogZ
30 28 29 remulcld φRZZlogZ
31 7 rpred φU
32 3re 3
33 32 a1i φ3
34 29 33 readdcld φlogZ+3
35 31 34 remulcld φUlogZ+3
36 2re 2
37 36 a1i φ2
38 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 pntlemc φE+K+E011<KUE+
39 38 simp3d φE011<KUE+
40 39 simp3d φUE+
41 40 rpred φUE
42 1 2 3 4 5 6 pntlemd φL+D+F+
43 42 simp1d φL+
44 38 simp1d φE+
45 2z 2
46 rpexpcl E+2E2+
47 44 45 46 sylancl φE2+
48 43 47 rpmulcld φLE2+
49 3nn0 30
50 2nn 2
51 49 50 decnncl 32
52 nnrp 3232+
53 51 52 ax-mp 32+
54 rpmulcl 32+B+32B+
55 53 3 54 sylancr φ32B+
56 48 55 rpdivcld φLE232B+
57 56 rpred φLE232B
58 41 57 remulcld φUELE232B
59 58 29 remulcld φUELE232BlogZ
60 37 59 remulcld φ2UELE232BlogZ
61 35 60 resubcld φUlogZ+32UELE232BlogZ
62 13 rpred φC
63 61 62 readdcld φUlogZ+3-2UELE232BlogZ+C
64 7 rpcnd φU
65 58 recnd φUELE232B
66 29 recnd φlogZ
67 64 65 66 subdird φUUELE232BlogZ=UlogZUELE232BlogZ
68 43 rpcnd φL
69 47 rpcnd φE2
70 55 rpcnne0d φ32B32B0
71 div23 LE232B32B0LE232B=L32BE2
72 68 69 70 71 syl3anc φLE232B=L32BE2
73 9 oveq1i E2=UD2
74 42 simp2d φD+
75 74 rpcnd φD
76 74 rpne0d φD0
77 64 75 76 sqdivd φUD2=U2D2
78 73 77 eqtrid φE2=U2D2
79 78 oveq2d φL32BE2=L32BU2D2
80 43 55 rpdivcld φL32B+
81 80 rpcnd φL32B
82 64 sqcld φU2
83 rpexpcl D+2D2+
84 74 45 83 sylancl φD2+
85 84 rpcnne0d φD2D20
86 divass L32BU2D2D20L32BU2D2=L32BU2D2
87 div23 L32BU2D2D20L32BU2D2=L32BD2U2
88 86 87 eqtr3d L32BU2D2D20L32BU2D2=L32BD2U2
89 81 82 85 88 syl3anc φL32BU2D2=L32BD2U2
90 72 79 89 3eqtrd φLE232B=L32BD2U2
91 90 oveq2d φUELE232B=UEL32BD2U2
92 df-3 3=2+1
93 92 oveq2i U3=U2+1
94 2nn0 20
95 expp1 U20U2+1=U2U
96 64 94 95 sylancl φU2+1=U2U
97 93 96 eqtrid φU3=U2U
98 82 64 mulcomd φU2U=UU2
99 97 98 eqtrd φU3=UU2
100 99 oveq2d φFU3=FUU2
101 42 simp3d φF+
102 101 rpcnd φF
103 102 64 82 mulassd φFUU2=FUU2
104 1cnd φ1
105 74 rpreccld φ1D+
106 105 rpcnd φ1D
107 104 106 64 subdird φ11DU=1U1DU
108 64 mullidd φ1U=U
109 64 75 76 divrec2d φUD=1DU
110 9 109 eqtr2id φ1DU=E
111 108 110 oveq12d φ1U1DU=UE
112 107 111 eqtr2d φUE=11DU
113 112 oveq1d φUEL32BD2=11DUL32BD2
114 6 oveq1i FU=11DL32BD2U
115 104 106 subcld φ11D
116 80 84 rpdivcld φL32BD2+
117 116 rpcnd φL32BD2
118 115 117 64 mul32d φ11DL32BD2U=11DUL32BD2
119 114 118 eqtrid φFU=11DUL32BD2
120 113 119 eqtr4d φUEL32BD2=FU
121 120 oveq1d φUEL32BD2U2=FUU2
122 40 rpcnd φUE
123 122 117 82 mulassd φUEL32BD2U2=UEL32BD2U2
124 121 123 eqtr3d φFUU2=UEL32BD2U2
125 100 103 124 3eqtr2d φFU3=UEL32BD2U2
126 91 125 eqtr4d φUELE232B=FU3
127 126 oveq2d φUUELE232B=UFU3
128 127 oveq1d φUUELE232BlogZ=UFU3logZ
129 67 128 eqtr3d φUlogZUELE232BlogZ=UFU3logZ
130 31 29 remulcld φUlogZ
131 130 59 resubcld φUlogZUELE232BlogZ
132 129 131 eqeltrrd φUFU3logZ
133 22 rpred φZ
134 21 simp2d φ1<ZeZZZY
135 134 simp1d φ1<Z
136 133 135 rplogcld φlogZ+
137 37 136 rerpdivcld φ2logZ
138 fzfid φ1ZYFin
139 22 adantr φn1ZYZ+
140 elfznn n1ZYn
141 140 adantl φn1ZYn
142 141 nnrpd φn1ZYn+
143 139 142 rpdivcld φn1ZYZn+
144 23 ffvelcdmi Zn+RZn
145 143 144 syl φn1ZYRZn
146 145 139 rerpdivcld φn1ZYRZnZ
147 146 recnd φn1ZYRZnZ
148 147 abscld φn1ZYRZnZ
149 142 relogcld φn1ZYlogn
150 148 149 remulcld φn1ZYRZnZlogn
151 138 150 fsumrecl φn=1ZYRZnZlogn
152 137 151 remulcld φ2logZn=1ZYRZnZlogn
153 152 62 readdcld φ2logZn=1ZYRZnZlogn+C
154 25 recnd φRZ
155 154 abscld φRZ
156 155 recnd φRZ
157 156 66 mulcld φRZlogZ
158 137 recnd φ2logZ
159 145 recnd φn1ZYRZn
160 159 abscld φn1ZYRZn
161 160 149 remulcld φn1ZYRZnlogn
162 138 161 fsumrecl φn=1ZYRZnlogn
163 162 recnd φn=1ZYRZnlogn
164 158 163 mulcld φ2logZn=1ZYRZnlogn
165 22 rpcnd φZ
166 22 rpne0d φZ0
167 157 164 165 166 divsubdird φRZlogZ2logZn=1ZYRZnlognZ=RZlogZZ2logZn=1ZYRZnlognZ
168 156 66 165 166 div23d φRZlogZZ=RZZlogZ
169 154 165 166 absdivd φRZZ=RZZ
170 22 rprege0d φZ0Z
171 absid Z0ZZ=Z
172 170 171 syl φZ=Z
173 172 oveq2d φRZZ=RZZ
174 169 173 eqtrd φRZZ=RZZ
175 174 oveq1d φRZZlogZ=RZZlogZ
176 168 175 eqtr4d φRZlogZZ=RZZlogZ
177 158 163 165 166 divassd φ2logZn=1ZYRZnlognZ=2logZn=1ZYRZnlognZ
178 165 adantr φn1ZYZ
179 166 adantr φn1ZYZ0
180 159 178 179 absdivd φn1ZYRZnZ=RZnZ
181 172 adantr φn1ZYZ=Z
182 181 oveq2d φn1ZYRZnZ=RZnZ
183 180 182 eqtrd φn1ZYRZnZ=RZnZ
184 183 oveq1d φn1ZYRZnZlogn=RZnZlogn
185 160 recnd φn1ZYRZn
186 149 recnd φn1ZYlogn
187 22 rpcnne0d φZZ0
188 187 adantr φn1ZYZZ0
189 div23 RZnlognZZ0RZnlognZ=RZnZlogn
190 185 186 188 189 syl3anc φn1ZYRZnlognZ=RZnZlogn
191 184 190 eqtr4d φn1ZYRZnZlogn=RZnlognZ
192 191 sumeq2dv φn=1ZYRZnZlogn=n=1ZYRZnlognZ
193 161 recnd φn1ZYRZnlogn
194 138 165 193 166 fsumdivc φn=1ZYRZnlognZ=n=1ZYRZnlognZ
195 192 194 eqtr4d φn=1ZYRZnZlogn=n=1ZYRZnlognZ
196 195 oveq2d φ2logZn=1ZYRZnZlogn=2logZn=1ZYRZnlognZ
197 177 196 eqtr4d φ2logZn=1ZYRZnlognZ=2logZn=1ZYRZnZlogn
198 176 197 oveq12d φRZlogZZ2logZn=1ZYRZnlognZ=RZZlogZ2logZn=1ZYRZnZlogn
199 167 198 eqtrd φRZlogZ2logZn=1ZYRZnlognZ=RZZlogZ2logZn=1ZYRZnZlogn
200 2fveq3 z=ZRz=RZ
201 fveq2 z=Zlogz=logZ
202 200 201 oveq12d z=ZRzlogz=RZlogZ
203 201 oveq2d z=Z2logz=2logZ
204 oveq2 i=nzi=zn
205 204 fveq2d i=nRzi=Rzn
206 205 fveq2d i=nRzi=Rzn
207 fveq2 i=nlogi=logn
208 206 207 oveq12d i=nRzilogi=Rznlogn
209 208 cbvsumv i=1zYRzilogi=n=1zYRznlogn
210 fvoveq1 z=ZzY=ZY
211 210 oveq2d z=Z1zY=1ZY
212 simpl z=Zn1ZYz=Z
213 212 fvoveq1d z=Zn1ZYRzn=RZn
214 213 fveq2d z=Zn1ZYRzn=RZn
215 214 oveq1d z=Zn1ZYRznlogn=RZnlogn
216 211 215 sumeq12rdv z=Zn=1zYRznlogn=n=1ZYRZnlogn
217 209 216 eqtrid z=Zi=1zYRzilogi=n=1ZYRZnlogn
218 203 217 oveq12d z=Z2logzi=1zYRzilogi=2logZn=1ZYRZnlogn
219 202 218 oveq12d z=ZRzlogz2logzi=1zYRzilogi=RZlogZ2logZn=1ZYRZnlogn
220 id z=Zz=Z
221 219 220 oveq12d z=ZRzlogz2logzi=1zYRzilogiz=RZlogZ2logZn=1ZYRZnlognZ
222 221 breq1d z=ZRzlogz2logzi=1zYRzilogizCRZlogZ2logZn=1ZYRZnlognZC
223 1re 1
224 rexr 11*
225 elioopnf 1*Z1+∞Z1<Z
226 223 224 225 mp2b Z1+∞Z1<Z
227 133 135 226 sylanbrc φZ1+∞
228 222 20 227 rspcdva φRZlogZ2logZn=1ZYRZnlognZC
229 199 228 eqbrtrrd φRZZlogZ2logZn=1ZYRZnZlognC
230 30 152 62 lesubadd2d φRZZlogZ2logZn=1ZYRZnZlognCRZZlogZ2logZn=1ZYRZnZlogn+C
231 229 230 mpbid φRZZlogZ2logZn=1ZYRZnZlogn+C
232 2cnd φ2
233 148 recnd φn1ZYRZnZ
234 233 186 mulcld φn1ZYRZnZlogn
235 138 234 fsumcl φn=1ZYRZnZlogn
236 136 rpne0d φlogZ0
237 232 235 66 236 div23d φ2n=1ZYRZnZlognlogZ=2logZn=1ZYRZnZlogn
238 29 resqcld φlogZ2
239 57 238 remulcld φLE232BlogZ2
240 41 239 remulcld φUELE232BlogZ2
241 remulcl 2UELE232BlogZ22UELE232BlogZ2
242 36 240 241 sylancr φ2UELE232BlogZ2
243 35 29 remulcld φUlogZ+3logZ
244 remulcl 2n=1ZYRZnZlogn2n=1ZYRZnZlogn
245 36 151 244 sylancr φ2n=1ZYRZnZlogn
246 31 adantr φn1ZYU
247 246 141 nndivred φn1ZYUn
248 247 148 resubcld φn1ZYUnRZnZ
249 248 149 remulcld φn1ZYUnRZnZlogn
250 138 249 fsumrecl φn=1ZYUnRZnZlogn
251 37 250 remulcld φ2n=1ZYUnRZnZlogn
252 243 245 resubcld φUlogZ+3logZ2n=1ZYRZnZlogn
253 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 pntlemf φUELE232BlogZ2n=1ZYUnRZnZlogn
254 2pos 0<2
255 254 a1i φ0<2
256 lemul2 UELE232BlogZ2n=1ZYUnRZnZlogn20<2UELE232BlogZ2n=1ZYUnRZnZlogn2UELE232BlogZ22n=1ZYUnRZnZlogn
257 240 250 37 255 256 syl112anc φUELE232BlogZ2n=1ZYUnRZnZlogn2UELE232BlogZ22n=1ZYUnRZnZlogn
258 253 257 mpbid φ2UELE232BlogZ22n=1ZYUnRZnZlogn
259 247 recnd φn1ZYUn
260 259 233 186 subdird φn1ZYUnRZnZlogn=UnlognRZnZlogn
261 260 sumeq2dv φn=1ZYUnRZnZlogn=n=1ZYUnlognRZnZlogn
262 247 149 remulcld φn1ZYUnlogn
263 262 recnd φn1ZYUnlogn
264 138 263 234 fsumsub φn=1ZYUnlognRZnZlogn=n=1ZYUnlognn=1ZYRZnZlogn
265 261 264 eqtrd φn=1ZYUnRZnZlogn=n=1ZYUnlognn=1ZYRZnZlogn
266 265 oveq2d φ2n=1ZYUnRZnZlogn=2n=1ZYUnlognn=1ZYRZnZlogn
267 138 262 fsumrecl φn=1ZYUnlogn
268 267 recnd φn=1ZYUnlogn
269 232 268 235 subdid φ2n=1ZYUnlognn=1ZYRZnZlogn=2n=1ZYUnlogn2n=1ZYRZnZlogn
270 266 269 eqtrd φ2n=1ZYUnRZnZlogn=2n=1ZYUnlogn2n=1ZYRZnZlogn
271 remulcl 2n=1ZYUnlogn2n=1ZYUnlogn
272 36 267 271 sylancr φ2n=1ZYUnlogn
273 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 pntlemk φ2n=1ZYUnlognUlogZ+3logZ
274 272 243 245 273 lesub1dd φ2n=1ZYUnlogn2n=1ZYRZnZlognUlogZ+3logZ2n=1ZYRZnZlogn
275 270 274 eqbrtrd φ2n=1ZYUnRZnZlognUlogZ+3logZ2n=1ZYRZnZlogn
276 242 251 252 258 275 letrd φ2UELE232BlogZ2UlogZ+3logZ2n=1ZYRZnZlogn
277 242 243 245 276 lesubd φ2n=1ZYRZnZlognUlogZ+3logZ2UELE232BlogZ2
278 35 recnd φUlogZ+3
279 60 recnd φ2UELE232BlogZ
280 278 279 66 subdird φUlogZ+32UELE232BlogZlogZ=UlogZ+3logZ2UELE232BlogZlogZ
281 59 recnd φUELE232BlogZ
282 232 281 66 mulassd φ2UELE232BlogZlogZ=2UELE232BlogZlogZ
283 65 66 66 mulassd φUELE232BlogZlogZ=UELE232BlogZlogZ
284 66 sqvald φlogZ2=logZlogZ
285 284 oveq2d φUELE232BlogZ2=UELE232BlogZlogZ
286 56 rpcnd φLE232B
287 238 recnd φlogZ2
288 122 286 287 mulassd φUELE232BlogZ2=UELE232BlogZ2
289 283 285 288 3eqtr2d φUELE232BlogZlogZ=UELE232BlogZ2
290 289 oveq2d φ2UELE232BlogZlogZ=2UELE232BlogZ2
291 282 290 eqtrd φ2UELE232BlogZlogZ=2UELE232BlogZ2
292 291 oveq2d φUlogZ+3logZ2UELE232BlogZlogZ=UlogZ+3logZ2UELE232BlogZ2
293 280 292 eqtrd φUlogZ+32UELE232BlogZlogZ=UlogZ+3logZ2UELE232BlogZ2
294 277 293 breqtrrd φ2n=1ZYRZnZlognUlogZ+32UELE232BlogZlogZ
295 245 61 136 ledivmul2d φ2n=1ZYRZnZlognlogZUlogZ+32UELE232BlogZ2n=1ZYRZnZlognUlogZ+32UELE232BlogZlogZ
296 294 295 mpbird φ2n=1ZYRZnZlognlogZUlogZ+32UELE232BlogZ
297 237 296 eqbrtrrd φ2logZn=1ZYRZnZlognUlogZ+32UELE232BlogZ
298 152 61 62 297 leadd1dd φ2logZn=1ZYRZnZlogn+CUlogZ+3-2UELE232BlogZ+C
299 30 153 63 231 298 letrd φRZZlogZUlogZ+3-2UELE232BlogZ+C
300 remulcl U3U3
301 31 32 300 sylancl φU3
302 301 62 readdcld φU3+C
303 21 simp3d φ4LEZlogXlogK+2logZlogK4U3+CUELE232BlogZ
304 303 simp3d φU3+CUELE232BlogZ
305 302 59 130 304 leadd2dd φUlogZ+U3+CUlogZ+UELE232BlogZ
306 33 recnd φ3
307 64 66 306 adddid φUlogZ+3=UlogZ+U3
308 307 oveq1d φUlogZ+3+C=UlogZ+U3+C
309 130 recnd φUlogZ
310 64 306 mulcld φU3
311 13 rpcnd φC
312 309 310 311 addassd φUlogZ+U3+C=UlogZ+U3+C
313 308 312 eqtrd φUlogZ+3+C=UlogZ+U3+C
314 281 2timesd φ2UELE232BlogZ=UELE232BlogZ+UELE232BlogZ
315 314 oveq2d φUlogZ-UELE232BlogZ+2UELE232BlogZ=UlogZUELE232BlogZ+UELE232BlogZ+UELE232BlogZ
316 309 281 281 nppcan3d φUlogZUELE232BlogZ+UELE232BlogZ+UELE232BlogZ=UlogZ+UELE232BlogZ
317 315 316 eqtrd φUlogZ-UELE232BlogZ+2UELE232BlogZ=UlogZ+UELE232BlogZ
318 305 313 317 3brtr4d φUlogZ+3+CUlogZ-UELE232BlogZ+2UELE232BlogZ
319 35 62 readdcld φUlogZ+3+C
320 319 60 131 lesubaddd φUlogZ+3+C-2UELE232BlogZUlogZUELE232BlogZUlogZ+3+CUlogZ-UELE232BlogZ+2UELE232BlogZ
321 318 320 mpbird φUlogZ+3+C-2UELE232BlogZUlogZUELE232BlogZ
322 278 311 279 addsubd φUlogZ+3+C-2UELE232BlogZ=UlogZ+3-2UELE232BlogZ+C
323 321 322 129 3brtr3d φUlogZ+3-2UELE232BlogZ+CUFU3logZ
324 30 63 132 299 323 letrd φRZZlogZUFU3logZ
325 3z 3
326 rpexpcl U+3U3+
327 7 325 326 sylancl φU3+
328 101 327 rpmulcld φFU3+
329 328 rpred φFU3
330 31 329 resubcld φUFU3
331 28 330 136 lemul1d φRZZUFU3RZZlogZUFU3logZ
332 324 331 mpbird φRZZUFU3