Metamath Proof Explorer


Theorem fldivexpfllog2

Description: The floor of a positive real number divided by 2 to the power of the floor of the logarithm to base 2 of the number is 1. (Contributed by AV, 26-May-2020)

Ref Expression
Assertion fldivexpfllog2 ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) ) = 1 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2z โŠข 2 โˆˆ โ„ค
2 uzid โŠข ( 2 โˆˆ โ„ค โ†’ 2 โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) )
3 1 2 mp1i โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ 2 โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) )
4 id โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„+ )
5 eqid โŠข ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) = ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) )
6 3 4 5 fllogbd โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โ‰ค ๐‘‹ โˆง ๐‘‹ < ( 2 โ†‘ ( ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) + 1 ) ) ) )
7 2re โŠข 2 โˆˆ โ„
8 7 a1i โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ 2 โˆˆ โ„ )
9 2ne0 โŠข 2 โ‰  0
10 9 a1i โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ 2 โ‰  0 )
11 relogbzcl โŠข ( ( 2 โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 2 ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„+ ) โ†’ ( 2 logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„ )
12 3 4 11 syl2anc โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( 2 logb ๐‘‹ ) โˆˆ โ„ )
13 12 flcld โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) โˆˆ โ„ค )
14 8 10 13 reexpclzd โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โˆˆ โ„ )
15 2pos โŠข 0 < 2
16 15 a1i โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ 0 < 2 )
17 expgt0 โŠข ( ( 2 โˆˆ โ„ โˆง ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) โˆˆ โ„ค โˆง 0 < 2 ) โ†’ 0 < ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) )
18 8 13 16 17 syl3anc โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ 0 < ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) )
19 14 18 elrpd โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โˆˆ โ„+ )
20 rpre โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„ )
21 divge1b โŠข ( ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โ‰ค ๐‘‹ โ†” 1 โ‰ค ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) ) )
22 21 bicomd โŠข ( ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( 1 โ‰ค ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) โ†” ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โ‰ค ๐‘‹ ) )
23 19 20 22 syl2anc โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( 1 โ‰ค ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) โ†” ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โ‰ค ๐‘‹ ) )
24 23 biimprd โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โ‰ค ๐‘‹ โ†’ 1 โ‰ค ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) ) )
25 2cnd โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
26 25 10 13 expp1zd โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( 2 โ†‘ ( ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) + 1 ) ) = ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ยท 2 ) )
27 26 breq2d โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐‘‹ < ( 2 โ†‘ ( ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) + 1 ) ) โ†” ๐‘‹ < ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ยท 2 ) ) )
28 ltdivmul โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ โ„ โˆง 2 โˆˆ โ„ โˆง ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โˆˆ โ„ โˆง 0 < ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) ) โ†’ ( ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < 2 โ†” ๐‘‹ < ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ยท 2 ) ) )
29 20 8 14 18 28 syl112anc โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < 2 โ†” ๐‘‹ < ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ยท 2 ) ) )
30 27 29 bitr4d โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐‘‹ < ( 2 โ†‘ ( ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) + 1 ) ) โ†” ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < 2 ) )
31 30 biimpd โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐‘‹ < ( 2 โ†‘ ( ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) + 1 ) ) โ†’ ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < 2 ) )
32 1p1e2 โŠข ( 1 + 1 ) = 2
33 32 breq2i โŠข ( ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < ( 1 + 1 ) โ†” ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < 2 )
34 31 33 imbitrrdi โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐‘‹ < ( 2 โ†‘ ( ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) + 1 ) ) โ†’ ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < ( 1 + 1 ) ) )
35 24 34 anim12d โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โ‰ค ๐‘‹ โˆง ๐‘‹ < ( 2 โ†‘ ( ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) + 1 ) ) ) โ†’ ( 1 โ‰ค ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) โˆง ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < ( 1 + 1 ) ) ) )
36 6 35 mpd โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( 1 โ‰ค ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) โˆง ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < ( 1 + 1 ) ) )
37 25 10 13 expne0d โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) โ‰  0 )
38 20 14 37 redivcld โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) โˆˆ โ„ )
39 1zzd โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ 1 โˆˆ โ„ค )
40 flbi โŠข ( ( ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) โˆˆ โ„ โˆง 1 โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( โŒŠ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) ) = 1 โ†” ( 1 โ‰ค ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) โˆง ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < ( 1 + 1 ) ) ) )
41 38 39 40 syl2anc โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( โŒŠ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) ) = 1 โ†” ( 1 โ‰ค ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) โˆง ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) < ( 1 + 1 ) ) ) )
42 36 41 mpbird โŠข ( ๐‘‹ โˆˆ โ„+ โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ( ๐‘‹ / ( 2 โ†‘ ( โŒŠ โ€˜ ( 2 logb ๐‘‹ ) ) ) ) ) = 1 )