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Theorem pntrlog2bnd

Description: A bound on R ( x ) log ^ 2 ( x ) . Equation 10.6.15 of Shapiro, p. 431. (Contributed by Mario Carneiro, 1-Jun-2016)

Ref Expression
Hypothesis pntpbnd.r R = a + ψ a a
Assertion pntrlog2bnd A 1 A c + x 1 +∞ R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n x c

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pntpbnd.r R = a + ψ a a
2 ioossre 1 +∞
3 2 a1i A 1 A 1 +∞
4 1red A 1 A 1
5 3 sselda A 1 A x 1 +∞ x
6 1rp 1 +
7 6 a1i A 1 A x 1 +∞ 1 +
8 1red A 1 A x 1 +∞ 1
9 eliooord x 1 +∞ 1 < x x < +∞
10 9 adantl A 1 A x 1 +∞ 1 < x x < +∞
11 10 simpld A 1 A x 1 +∞ 1 < x
12 8 5 11 ltled A 1 A x 1 +∞ 1 x
13 5 7 12 rpgecld A 1 A x 1 +∞ x +
14 1 pntrf R : +
15 14 ffvelrni x + R x
16 13 15 syl A 1 A x 1 +∞ R x
17 16 recnd A 1 A x 1 +∞ R x
18 17 abscld A 1 A x 1 +∞ R x
19 13 relogcld A 1 A x 1 +∞ log x
20 18 19 remulcld A 1 A x 1 +∞ R x log x
21 2re 2
22 21 a1i A 1 A x 1 +∞ 2
23 5 11 rplogcld A 1 A x 1 +∞ log x +
24 22 23 rerpdivcld A 1 A x 1 +∞ 2 log x
25 fzfid A 1 A x 1 +∞ 1 x A Fin
26 13 adantr A 1 A x 1 +∞ n 1 x A x +
27 elfznn n 1 x A n
28 27 adantl A 1 A x 1 +∞ n 1 x A n
29 28 nnrpd A 1 A x 1 +∞ n 1 x A n +
30 26 29 rpdivcld A 1 A x 1 +∞ n 1 x A x n +
31 14 ffvelrni x n + R x n
32 30 31 syl A 1 A x 1 +∞ n 1 x A R x n
33 32 recnd A 1 A x 1 +∞ n 1 x A R x n
34 33 abscld A 1 A x 1 +∞ n 1 x A R x n
35 29 relogcld A 1 A x 1 +∞ n 1 x A log n
36 34 35 remulcld A 1 A x 1 +∞ n 1 x A R x n log n
37 25 36 fsumrecl A 1 A x 1 +∞ n = 1 x A R x n log n
38 24 37 remulcld A 1 A x 1 +∞ 2 log x n = 1 x A R x n log n
39 20 38 resubcld A 1 A x 1 +∞ R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n
40 39 13 rerpdivcld A 1 A x 1 +∞ R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n x
41 1 pntrmax c + y + R y y c
42 eqid a i = 1 a Λ i log i + ψ a i = a i = 1 a Λ i log i + ψ a i
43 eqid a if a + a log a 0 = a if a + a log a 0
44 simprl A 1 A c + y + R y y c c +
45 simprr A 1 A c + y + R y y c y + R y y c
46 simpll A 1 A c + y + R y y c A
47 simplr A 1 A c + y + R y y c 1 A
48 42 1 43 44 45 46 47 pntrlog2bndlem6 A 1 A c + y + R y y c x 1 +∞ R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n x 𝑂1
49 48 rexlimdvaa A 1 A c + y + R y y c x 1 +∞ R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n x 𝑂1
50 41 49 mpi A 1 A x 1 +∞ R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n x 𝑂1
51 simprl A 1 A y 1 y y
52 chpcl y ψ y
53 51 52 syl A 1 A y 1 y ψ y
54 53 51 readdcld A 1 A y 1 y ψ y + y
55 6 a1i A 1 A y 1 y 1 +
56 simprr A 1 A y 1 y 1 y
57 51 55 56 rpgecld A 1 A y 1 y y +
58 57 relogcld A 1 A y 1 y log y
59 54 58 remulcld A 1 A y 1 y ψ y + y log y
60 40 adantr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n x
61 53 ad2ant2r A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ y
62 simprll A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y y
63 61 62 readdcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ y + y
64 57 ad2ant2r A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y y +
65 64 relogcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y log y
66 63 65 remulcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ y + y log y
67 13 adantr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y x +
68 66 67 rerpdivcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ y + y log y x
69 16 adantr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x
70 69 recnd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x
71 70 abscld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x
72 67 relogcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y log x
73 71 72 remulcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x log x
74 24 adantr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 2 log x
75 37 adantr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n = 1 x A R x n log n
76 74 75 remulcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 2 log x n = 1 x A R x n log n
77 73 76 resubcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n
78 21 a1i A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 2
79 5 adantr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y x
80 11 adantr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 1 < x
81 79 80 rplogcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y log x +
82 2rp 2 +
83 82 a1i A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 2 +
84 83 rpge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 2
85 78 81 84 divge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 2 log x
86 fzfid A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 1 x A Fin
87 36 adantlr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A R x n log n
88 33 adantlr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A R x n
89 88 abscld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A R x n
90 29 adantlr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A n +
91 90 relogcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A log n
92 88 absge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A 0 R x n
93 90 rpred A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A n
94 27 adantl A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A n
95 94 nnge1d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A 1 n
96 93 95 logge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A 0 log n
97 89 91 92 96 mulge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y n 1 x A 0 R x n log n
98 86 87 97 fsumge0 A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 n = 1 x A R x n log n
99 74 75 85 98 mulge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 2 log x n = 1 x A R x n log n
100 73 76 subge02d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 2 log x n = 1 x A R x n log n R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n R x log x
101 99 100 mpbid A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n R x log x
102 70 absge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 R x
103 81 rpge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 log x
104 chpcl x ψ x
105 79 104 syl A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ x
106 105 79 readdcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ x + x
107 1 pntrval x + R x = ψ x x
108 67 107 syl A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x = ψ x x
109 108 fveq2d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x = ψ x x
110 105 recnd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ x
111 79 recnd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y x
112 110 111 abs2dif2d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ x x ψ x + x
113 chpge0 x 0 ψ x
114 79 113 syl A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 ψ x
115 105 114 absidd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ x = ψ x
116 67 rpge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 x
117 79 116 absidd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y x = x
118 115 117 oveq12d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ x + x = ψ x + x
119 112 118 breqtrd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ x x ψ x + x
120 109 119 eqbrtrd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x ψ x + x
121 simprr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y x < y
122 79 62 121 ltled A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y x y
123 chpwordi x y x y ψ x ψ y
124 79 62 122 123 syl3anc A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ x ψ y
125 105 79 61 62 124 122 le2addd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ x + x ψ y + y
126 71 106 63 120 125 letrd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x ψ y + y
127 67 64 logled A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y x y log x log y
128 122 127 mpbid A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y log x log y
129 71 63 72 65 102 103 126 128 lemul12ad A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x log x ψ y + y log y
130 77 73 66 101 129 letrd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n ψ y + y log y
131 77 66 67 130 lediv1dd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n x ψ y + y log y x
132 6 a1i A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 1 +
133 chpge0 y 0 ψ y
134 62 133 syl A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 ψ y
135 64 rpge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 y
136 61 62 134 135 addge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 ψ y + y
137 simprlr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 1 y
138 62 137 logge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 log y
139 63 65 136 138 mulge0d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 0 ψ y + y log y
140 12 adantr A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y 1 x
141 132 67 66 139 140 lediv2ad A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ y + y log y x ψ y + y log y 1
142 61 recnd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ y
143 62 recnd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y y
144 142 143 addcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ y + y
145 65 recnd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y log y
146 144 145 mulcld A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ y + y log y
147 146 div1d A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ y + y log y 1 = ψ y + y log y
148 141 147 breqtrd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y ψ y + y log y x ψ y + y log y
149 60 68 66 131 148 letrd A 1 A x 1 +∞ y 1 y x < y R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n x ψ y + y log y
150 3 4 40 50 59 149 lo1bddrp A 1 A c + x 1 +∞ R x log x 2 log x n = 1 x A R x n log n x c