Metamath Proof Explorer


Theorem imo72b2lem0

Description: Lemma for imo72b2 . (Contributed by Stanislas Polu, 9-Mar-2020)

Ref Expression
Hypotheses imo72b2lem0.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : โ„ โŸถ โ„ )
imo72b2lem0.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ : โ„ โŸถ โ„ )
imo72b2lem0.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
imo72b2lem0.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ )
imo72b2lem0.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) + ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) = ( 2 ยท ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
imo72b2lem0.6 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค 1 )
Assertion imo72b2lem0 ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( abs โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) โ‰ค sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 imo72b2lem0.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : โ„ โŸถ โ„ )
2 imo72b2lem0.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ : โ„ โŸถ โ„ )
3 imo72b2lem0.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
4 imo72b2lem0.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ )
5 imo72b2lem0.5 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) + ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) = ( 2 ยท ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
6 imo72b2lem0.6 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฆ โˆˆ โ„ ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐‘ฆ ) ) โ‰ค 1 )
7 1 3 ffvelcdmd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
8 7 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
9 8 idi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
10 2 4 ffvelcdmd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„ )
11 10 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
12 11 idi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
13 9 12 mulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) โˆˆ โ„‚ )
14 13 abscld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„ )
15 imaco โŠข ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ ) = ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) )
16 15 eqcomi โŠข ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) = ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ )
17 imassrn โŠข ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ ) โŠ† ran ( abs โˆ˜ ๐น )
18 17 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ ) โŠ† ran ( abs โˆ˜ ๐น ) )
19 absf โŠข abs : โ„‚ โŸถ โ„
20 19 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ abs : โ„‚ โŸถ โ„ )
21 ax-resscn โŠข โ„ โŠ† โ„‚
22 21 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โ„ โŠ† โ„‚ )
23 20 22 fssresd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ†พ โ„ ) : โ„ โŸถ โ„ )
24 1 23 fco2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โˆ˜ ๐น ) : โ„ โŸถ โ„ )
25 24 frnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ran ( abs โˆ˜ ๐น ) โŠ† โ„ )
26 18 25 sstrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ ) โŠ† โ„ )
27 16 26 eqsstrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) โŠ† โ„ )
28 0re โŠข 0 โˆˆ โ„
29 28 ne0ii โŠข โ„ โ‰  โˆ…
30 29 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โ„ โ‰  โˆ… )
31 30 24 wnefimgd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ ) โ‰  โˆ… )
32 31 necomd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ… โ‰  ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ ) )
33 16 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) = ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ ) )
34 32 33 neeqtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ… โ‰  ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) )
35 34 necomd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) โ‰  โˆ… )
36 1red โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
37 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ = 1 ) โ†’ ๐‘ = 1 )
38 37 breq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ = 1 ) โ†’ ( ๐‘ฅ โ‰ค ๐‘ โ†” ๐‘ฅ โ‰ค 1 ) )
39 38 ralbidv โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ = 1 ) โ†’ ( โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) ๐‘ฅ โ‰ค ๐‘ โ†” โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) ๐‘ฅ โ‰ค 1 ) )
40 1 6 extoimad โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) ๐‘ฅ โ‰ค 1 )
41 36 39 40 rspcedvd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘ โˆˆ โ„ โˆ€ ๐‘ฅ โˆˆ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) ๐‘ฅ โ‰ค ๐‘ )
42 27 35 41 suprcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) โˆˆ โ„ )
43 2re โŠข 2 โˆˆ โ„
44 43 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โˆˆ โ„ )
45 5 idi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) + ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) = ( 2 ยท ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
46 45 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) + ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) ) = ( abs โ€˜ ( 2 ยท ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) )
47 2cnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
48 47 13 mulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ยท ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
49 48 abscld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( 2 ยท ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) โˆˆ โ„ )
50 46 49 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) + ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) ) โˆˆ โ„ )
51 1 idi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : โ„ โŸถ โ„ )
52 3 idi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
53 4 idi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ )
54 52 53 readdcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด + ๐ต ) โˆˆ โ„ )
55 51 54 ffvelcdmd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) โˆˆ โ„ )
56 55 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) โˆˆ โ„‚ )
57 56 abscld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„ )
58 52 53 resubcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) โˆˆ โ„ )
59 51 58 ffvelcdmd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) โˆˆ โ„ )
60 59 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) โˆˆ โ„‚ )
61 60 abscld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„ )
62 57 61 readdcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) ) + ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) ) โˆˆ โ„ )
63 44 42 remulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ยท sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) โˆˆ โ„ )
64 56 60 abstrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) + ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) ) โ‰ค ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) ) + ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) ) )
65 1 54 fvco3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) ) )
66 54 24 wfximgfd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) โˆˆ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ ) )
67 33 idi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) = ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ ) )
68 66 67 eleqtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) โˆˆ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) )
69 65 68 eqeltrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) ) โˆˆ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) )
70 27 35 41 69 suprubd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) ) โ‰ค sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) )
71 1 58 fvco3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) = ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) )
72 58 24 wfximgfd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) โˆˆ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€œ โ„ ) )
73 72 33 eleqtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โˆ˜ ๐น ) โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) โˆˆ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) )
74 71 73 eqeltrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) โˆˆ ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) )
75 27 35 41 74 suprubd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) โ‰ค sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) )
76 57 61 42 42 70 75 le2addd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) ) + ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) ) โ‰ค ( sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) + sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) )
77 42 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) โˆˆ โ„‚ )
78 77 2timesd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ยท sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) = ( sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) + sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) )
79 78 eqcomd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) + sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) = ( 2 ยท sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) )
80 79 63 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) + sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) โˆˆ โ„ )
81 76 79 62 80 leeq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) ) + ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) ) โ‰ค ( 2 ยท sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) )
82 50 62 63 64 81 letrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ( ๐ด + ๐ต ) ) + ( ๐น โ€˜ ( ๐ด โˆ’ ๐ต ) ) ) ) โ‰ค ( 2 ยท sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) )
83 82 46 50 63 leeq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( 2 ยท ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) โ‰ค ( 2 ยท sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) )
84 0le2 โŠข 0 โ‰ค 2
85 84 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค 2 )
86 7 idi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
87 10 idi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) โˆˆ โ„ )
88 86 87 remulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) โˆˆ โ„ )
89 85 44 88 absmulrposd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( 2 ยท ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) = ( 2 ยท ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) )
90 83 89 49 63 leeq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ยท ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) ) โ‰ค ( 2 ยท sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) ) )
91 2pos โŠข 0 < 2
92 91 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < 2 )
93 14 42 44 90 92 wwlemuld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) โ‰ค sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) )
94 8 11 absmuld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( abs โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
95 94 idi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ยท ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( abs โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) )
96 93 95 14 42 leeq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐น โ€˜ ๐ด ) ) ยท ( abs โ€˜ ( ๐บ โ€˜ ๐ต ) ) ) โ‰ค sup ( ( abs โ€œ ( ๐น โ€œ โ„ ) ) , โ„ , < ) )