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Theorem tanord1

Description: The tangent function is strictly increasing on the nonnegative part of its principal domain. (Lemma for tanord .) (Contributed by Mario Carneiro, 29-Jul-2014) Revised to replace an OLD theorem. (Revised by Wolf Lammen, 20-Sep-2020)

Ref Expression
Assertion tanord1 ⊢ A ∈ 0 π 2 ∧ B ∈ 0 π 2 → A < B ↔ tan ⁡ A < tan ⁡ B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 tru ⊢ ⊤
2 fveq2 ⊢ x = y → tan ⁡ x = tan ⁡ y
3 fveq2 ⊢ x = A → tan ⁡ x = tan ⁡ A
4 fveq2 ⊢ x = B → tan ⁡ x = tan ⁡ B
5 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
6 halfpire ⊢ π 2 ∈ ℝ
7 6 rexri ⊢ π 2 ∈ ℝ *
8 icossre ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ π 2 ∈ ℝ * → 0 π 2 ⊆ ℝ
9 5 7 8 mp2an ⊢ 0 π 2 ⊆ ℝ
10 9 sseli ⊢ x ∈ 0 π 2 → x ∈ ℝ
11 neghalfpirx ⊢ − π 2 ∈ ℝ *
12 pire ⊢ π ∈ ℝ
13 2re ⊢ 2 ∈ ℝ
14 pipos ⊢ 0 < π
15 2pos ⊢ 0 < 2
16 12 13 14 15 divgt0ii ⊢ 0 < π 2
17 lt0neg2 ⊢ π 2 ∈ ℝ → 0 < π 2 ↔ − π 2 < 0
18 6 17 ax-mp ⊢ 0 < π 2 ↔ − π 2 < 0
19 16 18 mpbi ⊢ − π 2 < 0
20 df-ioo ⊢ . = x ∈ ℝ * , y ∈ ℝ * ⟼ z ∈ ℝ * | x < z ∧ z < y
21 df-ico ⊢ . = x ∈ ℝ * , y ∈ ℝ * ⟼ z ∈ ℝ * | x ≤ z ∧ z < y
22 xrltletr ⊢ − π 2 ∈ ℝ * ∧ 0 ∈ ℝ * ∧ w ∈ ℝ * → − π 2 < 0 ∧ 0 ≤ w → − π 2 < w
23 20 21 22 ixxss1 ⊢ − π 2 ∈ ℝ * ∧ − π 2 < 0 → 0 π 2 ⊆ − π 2 π 2
24 11 19 23 mp2an ⊢ 0 π 2 ⊆ − π 2 π 2
25 24 sseli ⊢ x ∈ 0 π 2 → x ∈ − π 2 π 2
26 cosq14gt0 ⊢ x ∈ − π 2 π 2 → 0 < cos ⁡ x
27 25 26 syl ⊢ x ∈ 0 π 2 → 0 < cos ⁡ x
28 27 gt0ne0d ⊢ x ∈ 0 π 2 → cos ⁡ x ≠ 0
29 10 28 retancld ⊢ x ∈ 0 π 2 → tan ⁡ x ∈ ℝ
30 29 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 0 π 2 → tan ⁡ x ∈ ℝ
31 10 resincld ⊢ x ∈ 0 π 2 → sin ⁡ x ∈ ℝ
32 10 recoscld ⊢ x ∈ 0 π 2 → cos ⁡ x ∈ ℝ
33 31 32 28 redivcld ⊢ x ∈ 0 π 2 → sin ⁡ x cos ⁡ x ∈ ℝ
34 33 3ad2ant1 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → sin ⁡ x cos ⁡ x ∈ ℝ
35 9 sseli ⊢ y ∈ 0 π 2 → y ∈ ℝ
36 35 3ad2ant2 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → y ∈ ℝ
37 36 resincld ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → sin ⁡ y ∈ ℝ
38 32 3ad2ant1 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → cos ⁡ x ∈ ℝ
39 28 3ad2ant1 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → cos ⁡ x ≠ 0
40 37 38 39 redivcld ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → sin ⁡ y cos ⁡ x ∈ ℝ
41 36 recoscld ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → cos ⁡ y ∈ ℝ
42 24 sseli ⊢ y ∈ 0 π 2 → y ∈ − π 2 π 2
43 cosq14gt0 ⊢ y ∈ − π 2 π 2 → 0 < cos ⁡ y
44 42 43 syl ⊢ y ∈ 0 π 2 → 0 < cos ⁡ y
45 44 gt0ne0d ⊢ y ∈ 0 π 2 → cos ⁡ y ≠ 0
46 45 3ad2ant2 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → cos ⁡ y ≠ 0
47 37 41 46 redivcld ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → sin ⁡ y cos ⁡ y ∈ ℝ
48 ioossicc ⊢ − π 2 π 2 ⊆ − π 2 π 2
49 24 48 sstri ⊢ 0 π 2 ⊆ − π 2 π 2
50 49 sseli ⊢ x ∈ 0 π 2 → x ∈ − π 2 π 2
51 49 sseli ⊢ y ∈ 0 π 2 → y ∈ − π 2 π 2
52 sinord ⊢ x ∈ − π 2 π 2 ∧ y ∈ − π 2 π 2 → x < y ↔ sin ⁡ x < sin ⁡ y
53 50 51 52 syl2an ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 → x < y ↔ sin ⁡ x < sin ⁡ y
54 53 biimp3a ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → sin ⁡ x < sin ⁡ y
55 10 3ad2ant1 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → x ∈ ℝ
56 55 resincld ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → sin ⁡ x ∈ ℝ
57 27 3ad2ant1 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → 0 < cos ⁡ x
58 ltdiv1 ⊢ sin ⁡ x ∈ ℝ ∧ sin ⁡ y ∈ ℝ ∧ cos ⁡ x ∈ ℝ ∧ 0 < cos ⁡ x → sin ⁡ x < sin ⁡ y ↔ sin ⁡ x cos ⁡ x < sin ⁡ y cos ⁡ x
59 56 37 38 57 58 syl112anc ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → sin ⁡ x < sin ⁡ y ↔ sin ⁡ x cos ⁡ x < sin ⁡ y cos ⁡ x
60 54 59 mpbid ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → sin ⁡ x cos ⁡ x < sin ⁡ y cos ⁡ x
61 12 rexri ⊢ π ∈ ℝ *
62 pirp ⊢ π ∈ ℝ +
63 rphalflt ⊢ π ∈ ℝ + → π 2 < π
64 62 63 ax-mp ⊢ π 2 < π
65 df-icc ⊢ . = x ∈ ℝ * , y ∈ ℝ * ⟼ z ∈ ℝ * | x ≤ z ∧ z ≤ y
66 xrlttr ⊢ w ∈ ℝ * ∧ π 2 ∈ ℝ * ∧ π ∈ ℝ * → w < π 2 ∧ π 2 < π → w < π
67 xrltle ⊢ w ∈ ℝ * ∧ π ∈ ℝ * → w < π → w ≤ π
68 67 3adant2 ⊢ w ∈ ℝ * ∧ π 2 ∈ ℝ * ∧ π ∈ ℝ * → w < π → w ≤ π
69 66 68 syld ⊢ w ∈ ℝ * ∧ π 2 ∈ ℝ * ∧ π ∈ ℝ * → w < π 2 ∧ π 2 < π → w ≤ π
70 65 21 69 ixxss2 ⊢ π ∈ ℝ * ∧ π 2 < π → 0 π 2 ⊆ 0 π
71 61 64 70 mp2an ⊢ 0 π 2 ⊆ 0 π
72 71 sseli ⊢ x ∈ 0 π 2 → x ∈ 0 π
73 71 sseli ⊢ y ∈ 0 π 2 → y ∈ 0 π
74 cosord ⊢ x ∈ 0 π ∧ y ∈ 0 π → x < y ↔ cos ⁡ y < cos ⁡ x
75 72 73 74 syl2an ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 → x < y ↔ cos ⁡ y < cos ⁡ x
76 75 biimp3a ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → cos ⁡ y < cos ⁡ x
77 0red ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → 0 ∈ ℝ
78 simp1 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → x ∈ 0 π 2
79 elico2 ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ π 2 ∈ ℝ * → x ∈ 0 π 2 ↔ x ∈ ℝ ∧ 0 ≤ x ∧ x < π 2
80 5 7 79 mp2an ⊢ x ∈ 0 π 2 ↔ x ∈ ℝ ∧ 0 ≤ x ∧ x < π 2
81 78 80 sylib ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → x ∈ ℝ ∧ 0 ≤ x ∧ x < π 2
82 81 simp2d ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → 0 ≤ x
83 simp3 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → x < y
84 77 55 36 82 83 lelttrd ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → 0 < y
85 simp2 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → y ∈ 0 π 2
86 elico2 ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ π 2 ∈ ℝ * → y ∈ 0 π 2 ↔ y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ y ∧ y < π 2
87 5 7 86 mp2an ⊢ y ∈ 0 π 2 ↔ y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ y ∧ y < π 2
88 85 87 sylib ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → y ∈ ℝ ∧ 0 ≤ y ∧ y < π 2
89 88 simp3d ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → y < π 2
90 0xr ⊢ 0 ∈ ℝ *
91 elioo2 ⊢ 0 ∈ ℝ * ∧ π 2 ∈ ℝ * → y ∈ 0 π 2 ↔ y ∈ ℝ ∧ 0 < y ∧ y < π 2
92 90 7 91 mp2an ⊢ y ∈ 0 π 2 ↔ y ∈ ℝ ∧ 0 < y ∧ y < π 2
93 36 84 89 92 syl3anbrc ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → y ∈ 0 π 2
94 sincosq1sgn ⊢ y ∈ 0 π 2 → 0 < sin ⁡ y ∧ 0 < cos ⁡ y
95 93 94 syl ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → 0 < sin ⁡ y ∧ 0 < cos ⁡ y
96 95 simprd ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → 0 < cos ⁡ y
97 95 simpld ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → 0 < sin ⁡ y
98 ltdiv2 ⊢ cos ⁡ y ∈ ℝ ∧ 0 < cos ⁡ y ∧ cos ⁡ x ∈ ℝ ∧ 0 < cos ⁡ x ∧ sin ⁡ y ∈ ℝ ∧ 0 < sin ⁡ y → cos ⁡ y < cos ⁡ x ↔ sin ⁡ y cos ⁡ x < sin ⁡ y cos ⁡ y
99 41 96 38 57 37 97 98 syl222anc ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → cos ⁡ y < cos ⁡ x ↔ sin ⁡ y cos ⁡ x < sin ⁡ y cos ⁡ y
100 76 99 mpbid ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → sin ⁡ y cos ⁡ x < sin ⁡ y cos ⁡ y
101 34 40 47 60 100 lttrd ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → sin ⁡ x cos ⁡ x < sin ⁡ y cos ⁡ y
102 10 recnd ⊢ x ∈ 0 π 2 → x ∈ ℂ
103 tanval ⊢ x ∈ ℂ ∧ cos ⁡ x ≠ 0 → tan ⁡ x = sin ⁡ x cos ⁡ x
104 102 28 103 syl2anc ⊢ x ∈ 0 π 2 → tan ⁡ x = sin ⁡ x cos ⁡ x
105 104 3ad2ant1 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → tan ⁡ x = sin ⁡ x cos ⁡ x
106 35 recnd ⊢ y ∈ 0 π 2 → y ∈ ℂ
107 106 3ad2ant2 ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → y ∈ ℂ
108 tanval ⊢ y ∈ ℂ ∧ cos ⁡ y ≠ 0 → tan ⁡ y = sin ⁡ y cos ⁡ y
109 107 46 108 syl2anc ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → tan ⁡ y = sin ⁡ y cos ⁡ y
110 101 105 109 3brtr4d ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 ∧ x < y → tan ⁡ x < tan ⁡ y
111 110 3expia ⊢ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 → x < y → tan ⁡ x < tan ⁡ y
112 111 adantl ⊢ ⊤ ∧ x ∈ 0 π 2 ∧ y ∈ 0 π 2 → x < y → tan ⁡ x < tan ⁡ y
113 2 3 4 9 30 112 ltord1 ⊢ ⊤ ∧ A ∈ 0 π 2 ∧ B ∈ 0 π 2 → A < B ↔ tan ⁡ A < tan ⁡ B
114 1 113 mpan ⊢ A ∈ 0 π 2 ∧ B ∈ 0 π 2 → A < B ↔ tan ⁡ A < tan ⁡ B