Metamath Proof Explorer


Theorem scvxcvx

Description: A strictly convex function is convex. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Jun-2015)

Ref Expression
Hypotheses scvxcvx.1 φD
scvxcvx.2 φF:D
scvxcvx.3 φaDbDabD
scvxcvx.4 φxDyDx<yt01Ftx+1ty<tFx+1tFy
Assertion scvxcvx φXDYDT01FTX+1TYTFX+1TFY

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 scvxcvx.1 φD
2 scvxcvx.2 φF:D
3 scvxcvx.3 φaDbDabD
4 scvxcvx.4 φxDyDx<yt01Ftx+1ty<tFx+1tFy
5 1 adantr φXDYDT01D
6 simpr1 φXDYDT01XD
7 5 6 sseldd φXDYDT01X
8 7 adantr φXDYDT01T01X
9 simpr2 φXDYDT01YD
10 5 9 sseldd φXDYDT01Y
11 10 adantr φXDYDT01T01Y
12 8 11 lttri4d φXDYDT01T01X<YX=YY<X
13 oveq1 t=TtX=TX
14 oveq2 t=T1t=1T
15 14 oveq1d t=T1tY=1TY
16 13 15 oveq12d t=TtX+1tY=TX+1TY
17 16 fveq2d t=TFtX+1tY=FTX+1TY
18 oveq1 t=TtFX=TFX
19 14 oveq1d t=T1tFY=1TFY
20 18 19 oveq12d t=TtFX+1tFY=TFX+1TFY
21 17 20 breq12d t=TFtX+1tY<tFX+1tFYFTX+1TY<TFX+1TFY
22 6 adantr φXDYDT01T01X<YXD
23 9 adantr φXDYDT01T01X<YYD
24 22 23 jca φXDYDT01T01X<YXDYD
25 simprr φXDYDT01T01X<YX<Y
26 simpll φXDYDT01T01X<Yφ
27 breq1 x=Xx<yX<y
28 oveq2 x=Xtx=tX
29 28 fvoveq1d x=XFtx+1ty=FtX+1ty
30 fveq2 x=XFx=FX
31 30 oveq2d x=XtFx=tFX
32 31 oveq1d x=XtFx+1tFy=tFX+1tFy
33 29 32 breq12d x=XFtx+1ty<tFx+1tFyFtX+1ty<tFX+1tFy
34 33 ralbidv x=Xt01Ftx+1ty<tFx+1tFyt01FtX+1ty<tFX+1tFy
35 34 imbi2d x=Xφt01Ftx+1ty<tFx+1tFyφt01FtX+1ty<tFX+1tFy
36 27 35 imbi12d x=Xx<yφt01Ftx+1ty<tFx+1tFyX<yφt01FtX+1ty<tFX+1tFy
37 breq2 y=YX<yX<Y
38 oveq2 y=Y1ty=1tY
39 38 oveq2d y=YtX+1ty=tX+1tY
40 39 fveq2d y=YFtX+1ty=FtX+1tY
41 fveq2 y=YFy=FY
42 41 oveq2d y=Y1tFy=1tFY
43 42 oveq2d y=YtFX+1tFy=tFX+1tFY
44 40 43 breq12d y=YFtX+1ty<tFX+1tFyFtX+1tY<tFX+1tFY
45 44 ralbidv y=Yt01FtX+1ty<tFX+1tFyt01FtX+1tY<tFX+1tFY
46 45 imbi2d y=Yφt01FtX+1ty<tFX+1tFyφt01FtX+1tY<tFX+1tFY
47 37 46 imbi12d y=YX<yφt01FtX+1ty<tFX+1tFyX<Yφt01FtX+1tY<tFX+1tFY
48 4 3expia φxDyDx<yt01Ftx+1ty<tFx+1tFy
49 48 ralrimiv φxDyDx<yt01Ftx+1ty<tFx+1tFy
50 49 expcom xDyDx<yφt01Ftx+1ty<tFx+1tFy
51 50 3expia xDyDx<yφt01Ftx+1ty<tFx+1tFy
52 36 47 51 vtocl2ga XDYDX<Yφt01FtX+1tY<tFX+1tFY
53 24 25 26 52 syl3c φXDYDT01T01X<Yt01FtX+1tY<tFX+1tFY
54 simprl φXDYDT01T01X<YT01
55 21 53 54 rspcdva φXDYDT01T01X<YFTX+1TY<TFX+1TFY
56 55 orcd φXDYDT01T01X<YFTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
57 56 expr φXDYDT01T01X<YFTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
58 unitssre 01
59 simpr3 φXDYDT01T01
60 58 59 sselid φXDYDT01T
61 60 recnd φXDYDT01T
62 ax-1cn 1
63 pncan3 T1T+1-T=1
64 61 62 63 sylancl φXDYDT01T+1-T=1
65 64 oveq1d φXDYDT01T+1-TY=1Y
66 subcl 1T1T
67 62 61 66 sylancr φXDYDT011T
68 10 recnd φXDYDT01Y
69 61 67 68 adddird φXDYDT01T+1-TY=TY+1TY
70 68 mullidd φXDYDT011Y=Y
71 65 69 70 3eqtr3d φXDYDT01TY+1TY=Y
72 71 fveq2d φXDYDT01FTY+1TY=FY
73 64 oveq1d φXDYDT01T+1-TFY=1FY
74 2 adantr φXDYDT01F:D
75 74 9 ffvelcdmd φXDYDT01FY
76 75 recnd φXDYDT01FY
77 61 67 76 adddird φXDYDT01T+1-TFY=TFY+1TFY
78 76 mullidd φXDYDT011FY=FY
79 73 77 78 3eqtr3d φXDYDT01TFY+1TFY=FY
80 72 79 eqtr4d φXDYDT01FTY+1TY=TFY+1TFY
81 80 adantr φXDYDT01T01FTY+1TY=TFY+1TFY
82 oveq2 X=YTX=TY
83 82 fvoveq1d X=YFTX+1TY=FTY+1TY
84 fveq2 X=YFX=FY
85 84 oveq2d X=YTFX=TFY
86 85 oveq1d X=YTFX+1TFY=TFY+1TFY
87 83 86 eqeq12d X=YFTX+1TY=TFX+1TFYFTY+1TY=TFY+1TFY
88 81 87 syl5ibrcom φXDYDT01T01X=YFTX+1TY=TFX+1TFY
89 olc FTX+1TY=TFX+1TFYFTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
90 88 89 syl6 φXDYDT01T01X=YFTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
91 oveq1 t=1TtY=1TY
92 oveq2 t=1T1t=11T
93 92 oveq1d t=1T1tX=11TX
94 91 93 oveq12d t=1TtY+1tX=1TY+11TX
95 94 fveq2d t=1TFtY+1tX=F1TY+11TX
96 oveq1 t=1TtFY=1TFY
97 92 oveq1d t=1T1tFX=11TFX
98 96 97 oveq12d t=1TtFY+1tFX=1TFY+11TFX
99 95 98 breq12d t=1TFtY+1tX<tFY+1tFXF1TY+11TX<1TFY+11TFX
100 9 adantr φXDYDT01T01Y<XYD
101 6 adantr φXDYDT01T01Y<XXD
102 100 101 jca φXDYDT01T01Y<XYDXD
103 simprr φXDYDT01T01Y<XY<X
104 simpll φXDYDT01T01Y<Xφ
105 breq1 x=Yx<yY<y
106 oveq2 x=Ytx=tY
107 106 fvoveq1d x=YFtx+1ty=FtY+1ty
108 fveq2 x=YFx=FY
109 108 oveq2d x=YtFx=tFY
110 109 oveq1d x=YtFx+1tFy=tFY+1tFy
111 107 110 breq12d x=YFtx+1ty<tFx+1tFyFtY+1ty<tFY+1tFy
112 111 ralbidv x=Yt01Ftx+1ty<tFx+1tFyt01FtY+1ty<tFY+1tFy
113 112 imbi2d x=Yφt01Ftx+1ty<tFx+1tFyφt01FtY+1ty<tFY+1tFy
114 105 113 imbi12d x=Yx<yφt01Ftx+1ty<tFx+1tFyY<yφt01FtY+1ty<tFY+1tFy
115 breq2 y=XY<yY<X
116 oveq2 y=X1ty=1tX
117 116 oveq2d y=XtY+1ty=tY+1tX
118 117 fveq2d y=XFtY+1ty=FtY+1tX
119 fveq2 y=XFy=FX
120 119 oveq2d y=X1tFy=1tFX
121 120 oveq2d y=XtFY+1tFy=tFY+1tFX
122 118 121 breq12d y=XFtY+1ty<tFY+1tFyFtY+1tX<tFY+1tFX
123 122 ralbidv y=Xt01FtY+1ty<tFY+1tFyt01FtY+1tX<tFY+1tFX
124 123 imbi2d y=Xφt01FtY+1ty<tFY+1tFyφt01FtY+1tX<tFY+1tFX
125 115 124 imbi12d y=XY<yφt01FtY+1ty<tFY+1tFyY<Xφt01FtY+1tX<tFY+1tFX
126 114 125 51 vtocl2ga YDXDY<Xφt01FtY+1tX<tFY+1tFX
127 102 103 104 126 syl3c φXDYDT01T01Y<Xt01FtY+1tX<tFY+1tFX
128 1re 1
129 elioore T01T
130 resubcl 1T1T
131 128 129 130 sylancr T011T
132 eliooord T010<TT<1
133 132 simprd T01T<1
134 posdif T1T<10<1T
135 129 128 134 sylancl T01T<10<1T
136 133 135 mpbid T010<1T
137 132 simpld T010<T
138 ltsubpos T10<T1T<1
139 129 128 138 sylancl T010<T1T<1
140 137 139 mpbid T011T<1
141 0xr 0*
142 1xr 1*
143 elioo2 0*1*1T011T0<1T1T<1
144 141 142 143 mp2an 1T011T0<1T1T<1
145 131 136 140 144 syl3anbrc T011T01
146 145 ad2antrl φXDYDT01T01Y<X1T01
147 99 127 146 rspcdva φXDYDT01T01Y<XF1TY+11TX<1TFY+11TFX
148 128 60 130 sylancr φXDYDT011T
149 148 10 remulcld φXDYDT011TY
150 149 recnd φXDYDT011TY
151 60 7 remulcld φXDYDT01TX
152 151 recnd φXDYDT01TX
153 nncan 1T11T=T
154 62 61 153 sylancr φXDYDT0111T=T
155 154 oveq1d φXDYDT0111TX=TX
156 155 oveq2d φXDYDT011TY+11TX=1TY+TX
157 150 152 156 comraddd φXDYDT011TY+11TX=TX+1TY
158 157 adantr φXDYDT01T01Y<X1TY+11TX=TX+1TY
159 158 fveq2d φXDYDT01T01Y<XF1TY+11TX=FTX+1TY
160 148 75 remulcld φXDYDT011TFY
161 160 recnd φXDYDT011TFY
162 74 6 ffvelcdmd φXDYDT01FX
163 60 162 remulcld φXDYDT01TFX
164 163 recnd φXDYDT01TFX
165 154 oveq1d φXDYDT0111TFX=TFX
166 165 oveq2d φXDYDT011TFY+11TFX=1TFY+TFX
167 161 164 166 comraddd φXDYDT011TFY+11TFX=TFX+1TFY
168 167 adantr φXDYDT01T01Y<X1TFY+11TFX=TFX+1TFY
169 147 159 168 3brtr3d φXDYDT01T01Y<XFTX+1TY<TFX+1TFY
170 169 orcd φXDYDT01T01Y<XFTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
171 170 expr φXDYDT01T01Y<XFTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
172 57 90 171 3jaod φXDYDT01T01X<YX=YY<XFTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
173 12 172 mpd φXDYDT01T01FTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
174 173 ex φXDYDT01T01FTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
175 elpri T01T=0T=1
176 76 addlidd φXDYDT010+FY=FY
177 162 recnd φXDYDT01FX
178 177 mul02d φXDYDT010FX=0
179 178 78 oveq12d φXDYDT010FX+1FY=0+FY
180 7 recnd φXDYDT01X
181 180 mul02d φXDYDT010X=0
182 181 70 oveq12d φXDYDT010X+1Y=0+Y
183 68 addlidd φXDYDT010+Y=Y
184 182 183 eqtrd φXDYDT010X+1Y=Y
185 184 fveq2d φXDYDT01F0X+1Y=FY
186 176 179 185 3eqtr4rd φXDYDT01F0X+1Y=0FX+1FY
187 oveq1 T=0TX=0X
188 oveq2 T=01T=10
189 1m0e1 10=1
190 188 189 eqtrdi T=01T=1
191 190 oveq1d T=01TY=1Y
192 187 191 oveq12d T=0TX+1TY=0X+1Y
193 192 fveq2d T=0FTX+1TY=F0X+1Y
194 oveq1 T=0TFX=0FX
195 190 oveq1d T=01TFY=1FY
196 194 195 oveq12d T=0TFX+1TFY=0FX+1FY
197 193 196 eqeq12d T=0FTX+1TY=TFX+1TFYF0X+1Y=0FX+1FY
198 186 197 syl5ibrcom φXDYDT01T=0FTX+1TY=TFX+1TFY
199 177 addridd φXDYDT01FX+0=FX
200 177 mullidd φXDYDT011FX=FX
201 76 mul02d φXDYDT010FY=0
202 200 201 oveq12d φXDYDT011FX+0FY=FX+0
203 180 mullidd φXDYDT011X=X
204 68 mul02d φXDYDT010Y=0
205 203 204 oveq12d φXDYDT011X+0Y=X+0
206 180 addridd φXDYDT01X+0=X
207 205 206 eqtrd φXDYDT011X+0Y=X
208 207 fveq2d φXDYDT01F1X+0Y=FX
209 199 202 208 3eqtr4rd φXDYDT01F1X+0Y=1FX+0FY
210 oveq1 T=1TX=1X
211 oveq2 T=11T=11
212 1m1e0 11=0
213 211 212 eqtrdi T=11T=0
214 213 oveq1d T=11TY=0Y
215 210 214 oveq12d T=1TX+1TY=1X+0Y
216 215 fveq2d T=1FTX+1TY=F1X+0Y
217 oveq1 T=1TFX=1FX
218 213 oveq1d T=11TFY=0FY
219 217 218 oveq12d T=1TFX+1TFY=1FX+0FY
220 216 219 eqeq12d T=1FTX+1TY=TFX+1TFYF1X+0Y=1FX+0FY
221 209 220 syl5ibrcom φXDYDT01T=1FTX+1TY=TFX+1TFY
222 198 221 jaod φXDYDT01T=0T=1FTX+1TY=TFX+1TFY
223 175 222 89 syl56 φXDYDT01T01FTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
224 0le1 01
225 prunioo 0*1*010101=01
226 141 142 224 225 mp3an 0101=01
227 59 226 eleqtrrdi φXDYDT01T0101
228 elun T0101T01T01
229 227 228 sylib φXDYDT01T01T01
230 174 223 229 mpjaod φXDYDT01FTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
231 1 3 cvxcl φXDYDT01TX+1TYD
232 74 231 ffvelcdmd φXDYDT01FTX+1TY
233 163 160 readdcld φXDYDT01TFX+1TFY
234 232 233 leloed φXDYDT01FTX+1TYTFX+1TFYFTX+1TY<TFX+1TFYFTX+1TY=TFX+1TFY
235 230 234 mpbird φXDYDT01FTX+1TYTFX+1TFY