Metamath Proof Explorer


Theorem dvrelog2b

Description: Derivative of the binary logarithm. (Contributed by metakunt, 11-Aug-2024)

Ref Expression
Hypotheses dvrelog2b.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„* )
dvrelog2b.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„* )
dvrelog2b.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ๐ด )
dvrelog2b.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โ‰ค ๐ต )
dvrelog2b.5 โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 2 logb ๐‘ฅ ) )
dvrelog2b.6 โŠข ๐บ = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘ฅ ยท ( log โ€˜ 2 ) ) ) )
Assertion dvrelog2b ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„ D ๐น ) = ๐บ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dvrelog2b.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„* )
2 dvrelog2b.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„* )
3 dvrelog2b.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ๐ด )
4 dvrelog2b.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โ‰ค ๐ต )
5 dvrelog2b.5 โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 2 logb ๐‘ฅ ) )
6 dvrelog2b.6 โŠข ๐บ = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘ฅ ยท ( log โ€˜ 2 ) ) ) )
7 5 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 2 logb ๐‘ฅ ) ) )
8 2cnd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
9 2ne0 โŠข 2 โ‰  0
10 9 a1i โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ 2 โ‰  0 )
11 1red โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
12 1lt2 โŠข 1 < 2
13 12 a1i โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ 1 < 2 )
14 11 13 ltned โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ 1 โ‰  2 )
15 14 necomd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ 2 โ‰  1 )
16 10 15 nelprd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ยฌ 2 โˆˆ { 0 , 1 } )
17 8 16 eldifd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ 2 โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) )
18 elioore โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ )
19 recn โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ )
20 18 19 syl โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ )
21 20 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„‚ )
22 elsni โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ { 0 } โ†’ ๐‘ฅ = 0 )
23 0xr โŠข 0 โˆˆ โ„*
24 23 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โˆˆ โ„* )
25 xrlenlt โŠข ( ( 0 โˆˆ โ„* โˆง ๐ด โˆˆ โ„* ) โ†’ ( 0 โ‰ค ๐ด โ†” ยฌ ๐ด < 0 ) )
26 24 1 25 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 โ‰ค ๐ด โ†” ยฌ ๐ด < 0 ) )
27 3 26 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ๐ด < 0 )
28 27 orcd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ยฌ ๐ด < 0 โˆจ ยฌ 0 < ๐ต ) )
29 ianor โŠข ( ยฌ ( ๐ด < 0 โˆง 0 < ๐ต ) โ†” ( ยฌ ๐ด < 0 โˆจ ยฌ 0 < ๐ต ) )
30 28 29 sylibr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ( ๐ด < 0 โˆง 0 < ๐ต ) )
31 elioo5 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„* โˆง ๐ต โˆˆ โ„* โˆง 0 โˆˆ โ„* ) โ†’ ( 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†” ( ๐ด < 0 โˆง 0 < ๐ต ) ) )
32 1 2 24 31 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†” ( ๐ด < 0 โˆง 0 < ๐ต ) ) )
33 32 notbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ยฌ 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†” ยฌ ( ๐ด < 0 โˆง 0 < ๐ต ) ) )
34 30 33 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) )
35 34 a1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†’ ยฌ 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) )
36 35 imp โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ยฌ 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) )
37 36 pm2.01da โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) )
38 37 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ = 0 ) โ†’ ยฌ 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) )
39 eleq1 โŠข ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†” 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) )
40 39 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ = 0 ) โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†” 0 โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) )
41 38 40 mtbird โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ = 0 ) โ†’ ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) )
42 22 41 sylan2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ { 0 } ) โ†’ ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) )
43 42 ex โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ { 0 } โ†’ ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) )
44 43 con2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†’ ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ { 0 } ) )
45 44 imp โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ { 0 } )
46 21 45 eldifd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) )
47 logbval โŠข ( ( 2 โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 , 1 } ) โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( โ„‚ โˆ– { 0 } ) ) โ†’ ( 2 logb ๐‘ฅ ) = ( ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) )
48 17 46 47 syl2anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ( 2 logb ๐‘ฅ ) = ( ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) )
49 48 mpteq2dva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 2 logb ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) ) )
50 7 49 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) ) )
51 50 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„ D ๐น ) = ( โ„ D ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) ) ) )
52 reelprrecn โŠข โ„ โˆˆ { โ„ , โ„‚ }
53 52 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โ„ โˆˆ { โ„ , โ„‚ } )
54 41 ex โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ = 0 โ†’ ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) )
55 54 con2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†’ ยฌ ๐‘ฅ = 0 ) )
56 biidd โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†’ ( ๐‘ฅ = 0 โ†” ๐‘ฅ = 0 ) )
57 56 necon3bbid โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†’ ( ยฌ ๐‘ฅ = 0 โ†” ๐‘ฅ โ‰  0 ) )
58 57 pm5.74i โŠข ( ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†’ ยฌ ๐‘ฅ = 0 ) โ†” ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†’ ๐‘ฅ โ‰  0 ) )
59 55 58 sylib โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†’ ๐‘ฅ โ‰  0 ) )
60 59 imp โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ๐‘ฅ โ‰  0 )
61 21 60 logcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„‚ )
62 18 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ๐‘ฅ โˆˆ โ„ )
63 11 62 60 redivcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ( 1 / ๐‘ฅ ) โˆˆ โ„ )
64 eqid โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) )
65 eqid โŠข ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฅ ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฅ ) )
66 1 2 3 4 64 65 dvrelog3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„ D ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 1 / ๐‘ฅ ) ) )
67 2cnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
68 9 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โ‰  0 )
69 67 68 logcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( log โ€˜ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
70 0red โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โˆˆ โ„ )
71 2rp โŠข 2 โˆˆ โ„+
72 loggt0b โŠข ( 2 โˆˆ โ„+ โ†’ ( 0 < ( log โ€˜ 2 ) โ†” 1 < 2 ) )
73 71 72 ax-mp โŠข ( 0 < ( log โ€˜ 2 ) โ†” 1 < 2 )
74 12 73 mpbir โŠข 0 < ( log โ€˜ 2 )
75 74 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( log โ€˜ 2 ) )
76 70 75 ltned โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰  ( log โ€˜ 2 ) )
77 76 necomd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( log โ€˜ 2 ) โ‰  0 )
78 53 61 63 66 69 77 dvmptdivc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„ D ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( ( 1 / ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) ) )
79 8 10 logcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ( log โ€˜ 2 ) โˆˆ โ„‚ )
80 77 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ( log โ€˜ 2 ) โ‰  0 )
81 21 79 60 80 recdiv2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) ) โ†’ ( ( 1 / ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) = ( 1 / ( ๐‘ฅ ยท ( log โ€˜ 2 ) ) ) )
82 81 mpteq2dva โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( ( 1 / ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) ) = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘ฅ ยท ( log โ€˜ 2 ) ) ) ) )
83 6 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ = ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘ฅ ยท ( log โ€˜ 2 ) ) ) ) )
84 83 eqcomd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( 1 / ( ๐‘ฅ ยท ( log โ€˜ 2 ) ) ) ) = ๐บ )
85 82 84 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( ( 1 / ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) ) = ๐บ )
86 78 85 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„ D ( ๐‘ฅ โˆˆ ( ๐ด (,) ๐ต ) โ†ฆ ( ( log โ€˜ ๐‘ฅ ) / ( log โ€˜ 2 ) ) ) ) = ๐บ )
87 51 86 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ„ D ๐น ) = ๐บ )