Metamath Proof Explorer


Theorem chtleppi

Description: Upper bound on the theta function. (Contributed by Mario Carneiro, 22-Sep-2014)

Ref Expression
Assertion chtleppi ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ฮธ โ€˜ ๐ด ) โ‰ค ( ( ฯ€ โ€˜ ๐ด ) ยท ( log โ€˜ ๐ด ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rpre โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
2 ppifi โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) โˆˆ Fin )
3 1 2 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) โˆˆ Fin )
4 simpr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) )
5 4 elin2d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„™ )
6 prmnn โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„™ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
7 5 6 syl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
8 7 nnrpd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„+ )
9 8 relogcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ( log โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„ )
10 relogcl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
11 10 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
12 4 elin1d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ ( 0 [,] ๐ด ) )
13 0re โŠข 0 โˆˆ โ„
14 elicc2 โŠข ( ( 0 โˆˆ โ„ โˆง ๐ด โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,] ๐ด ) โ†” ( ๐‘ โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐‘ โˆง ๐‘ โ‰ค ๐ด ) ) )
15 13 1 14 sylancr โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐‘ โˆˆ ( 0 [,] ๐ด ) โ†” ( ๐‘ โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐‘ โˆง ๐‘ โ‰ค ๐ด ) ) )
16 15 biimpa โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( 0 [,] ๐ด ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐‘ โˆง ๐‘ โ‰ค ๐ด ) )
17 12 16 syldan โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐‘ โˆง ๐‘ โ‰ค ๐ด ) )
18 17 simp3d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ๐‘ โ‰ค ๐ด )
19 8 reeflogd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘ ) ) = ๐‘ )
20 reeflog โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ๐ด )
21 20 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ๐ด )
22 18 19 21 3brtr4d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘ ) ) โ‰ค ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) )
23 efle โŠข ( ( ( log โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„ โˆง ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ( log โ€˜ ๐‘ ) โ‰ค ( log โ€˜ ๐ด ) โ†” ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘ ) ) โ‰ค ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) )
24 9 11 23 syl2anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ( ( log โ€˜ ๐‘ ) โ‰ค ( log โ€˜ ๐ด ) โ†” ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐‘ ) ) โ‰ค ( exp โ€˜ ( log โ€˜ ๐ด ) ) ) )
25 22 24 mpbird โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) โ†’ ( log โ€˜ ๐‘ ) โ‰ค ( log โ€˜ ๐ด ) )
26 3 9 11 25 fsumle โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ( log โ€˜ ๐‘ ) โ‰ค ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ( log โ€˜ ๐ด ) )
27 chtval โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ฮธ โ€˜ ๐ด ) = ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ( log โ€˜ ๐‘ ) )
28 1 27 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ฮธ โ€˜ ๐ด ) = ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ( log โ€˜ ๐‘ ) )
29 ppival โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( ฯ€ โ€˜ ๐ด ) = ( โ™ฏ โ€˜ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) )
30 1 29 syl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ฯ€ โ€˜ ๐ด ) = ( โ™ฏ โ€˜ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) )
31 30 oveq1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ฯ€ โ€˜ ๐ด ) ยท ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) ยท ( log โ€˜ ๐ด ) ) )
32 10 recnd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
33 fsumconst โŠข ( ( ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) โˆˆ Fin โˆง ( log โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ( log โ€˜ ๐ด ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) ยท ( log โ€˜ ๐ด ) ) )
34 3 32 33 syl2anc โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ( log โ€˜ ๐ด ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ) ยท ( log โ€˜ ๐ด ) ) )
35 31 34 eqtr4d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ฯ€ โ€˜ ๐ด ) ยท ( log โ€˜ ๐ด ) ) = ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( ( 0 [,] ๐ด ) โˆฉ โ„™ ) ( log โ€˜ ๐ด ) )
36 26 28 35 3brtr4d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ฮธ โ€˜ ๐ด ) โ‰ค ( ( ฯ€ โ€˜ ๐ด ) ยท ( log โ€˜ ๐ด ) ) )