Metamath Proof Explorer


Theorem knoppndvlem10

Description: Lemma for knoppndv . (Contributed by Asger C. Ipsen, 15-Jun-2021) (Revised by Asger C. Ipsen, 5-Jul-2021)

Ref Expression
Hypotheses knoppndvlem10.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( abs โ€˜ ( ( โŒŠ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( 1 / 2 ) ) ) โˆ’ ๐‘ฅ ) ) )
knoppndvlem10.f โŠข ๐น = ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐‘› ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ ๐‘› ) ยท ๐‘ฆ ) ) ) ) )
knoppndvlem10.a โŠข ๐ด = ( ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ - ๐ฝ ) / 2 ) ยท ๐‘€ )
knoppndvlem10.b โŠข ๐ต = ( ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ - ๐ฝ ) / 2 ) ยท ( ๐‘€ + 1 ) )
knoppndvlem10.c โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) )
knoppndvlem10.j โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ฝ โˆˆ โ„•0 )
knoppndvlem10.m โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
knoppndvlem10.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
Assertion knoppndvlem10 ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐ถ ) โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 knoppndvlem10.t โŠข ๐‘‡ = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( abs โ€˜ ( ( โŒŠ โ€˜ ( ๐‘ฅ + ( 1 / 2 ) ) ) โˆ’ ๐‘ฅ ) ) )
2 knoppndvlem10.f โŠข ๐น = ( ๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐‘› ) ยท ( ๐‘‡ โ€˜ ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ ๐‘› ) ยท ๐‘ฆ ) ) ) ) )
3 knoppndvlem10.a โŠข ๐ด = ( ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ - ๐ฝ ) / 2 ) ยท ๐‘€ )
4 knoppndvlem10.b โŠข ๐ต = ( ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ - ๐ฝ ) / 2 ) ยท ( ๐‘€ + 1 ) )
5 knoppndvlem10.c โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) )
6 knoppndvlem10.j โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ฝ โˆˆ โ„•0 )
7 knoppndvlem10.m โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
8 knoppndvlem10.n โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
9 5 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ๐ถ โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) )
10 6 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ๐ฝ โˆˆ โ„•0 )
11 7 peano2zd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘€ + 1 ) โˆˆ โ„ค )
12 11 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ๐‘€ + 1 ) โˆˆ โ„ค )
13 8 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
14 notnot โŠข ( 2 โˆฅ ๐‘€ โ†’ ยฌ ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ )
15 14 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ยฌ ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ )
16 7 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
17 oddp1even โŠข ( ๐‘€ โˆˆ โ„ค โ†’ ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ โ†” 2 โˆฅ ( ๐‘€ + 1 ) ) )
18 16 17 syl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ โ†” 2 โˆฅ ( ๐‘€ + 1 ) ) )
19 15 18 mtbid โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ยฌ 2 โˆฅ ( ๐‘€ + 1 ) )
20 1 2 4 9 10 12 13 19 knoppndvlem9 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) = ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )
21 15 notnotrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ 2 โˆฅ ๐‘€ )
22 1 2 3 9 10 16 13 21 knoppndvlem8 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) = 0 )
23 20 22 oveq12d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) ) = ( ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) โˆ’ 0 ) )
24 5 knoppndvlem3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ถ โˆˆ โ„ โˆง ( abs โ€˜ ๐ถ ) < 1 ) )
25 24 simpld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„ )
26 25 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
27 26 6 expcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) โˆˆ โ„‚ )
28 2cnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โˆˆ โ„‚ )
29 2ne0 โŠข 2 โ‰  0
30 29 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โ‰  0 )
31 27 28 30 divcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) โˆˆ โ„‚ )
32 31 subid1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) โˆ’ 0 ) = ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )
33 32 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) โˆ’ 0 ) = ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )
34 23 33 eqtrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) ) = ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )
35 34 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) ) ) = ( abs โ€˜ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) ) )
36 4 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต = ( ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ - ๐ฝ ) / 2 ) ยท ( ๐‘€ + 1 ) ) )
37 6 nn0zd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ฝ โˆˆ โ„ค )
38 8 37 11 knoppndvlem1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ - ๐ฝ ) / 2 ) ยท ( ๐‘€ + 1 ) ) โˆˆ โ„ )
39 36 38 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โˆˆ โ„ )
40 1 2 8 25 39 6 knoppcnlem3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆˆ โ„ )
41 40 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆˆ โ„‚ )
42 3 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด = ( ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ - ๐ฝ ) / 2 ) ยท ๐‘€ ) )
43 8 37 7 knoppndvlem1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( 2 ยท ๐‘ ) โ†‘ - ๐ฝ ) / 2 ) ยท ๐‘€ ) โˆˆ โ„ )
44 42 43 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
45 1 2 8 25 44 6 knoppcnlem3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆˆ โ„ )
46 45 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆˆ โ„‚ )
47 41 46 abssubd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) ) ) = ( abs โ€˜ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) ) ) )
48 47 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) ) ) = ( abs โ€˜ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) ) ) )
49 5 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ๐ถ โˆˆ ( - 1 (,) 1 ) )
50 6 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ๐ฝ โˆˆ โ„•0 )
51 7 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
52 8 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
53 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ )
54 1 2 3 49 50 51 52 53 knoppndvlem9 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) = ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )
55 11 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ๐‘€ + 1 ) โˆˆ โ„ค )
56 51 17 syl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ โ†” 2 โˆฅ ( ๐‘€ + 1 ) ) )
57 53 56 mpbid โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ 2 โˆฅ ( ๐‘€ + 1 ) )
58 1 2 4 49 50 55 52 57 knoppndvlem8 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) = 0 )
59 54 58 oveq12d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) ) = ( ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) โˆ’ 0 ) )
60 32 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) โˆ’ 0 ) = ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )
61 59 60 eqtrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) ) = ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )
62 61 fveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) ) ) = ( abs โ€˜ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) ) )
63 48 62 eqtrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ยฌ 2 โˆฅ ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) ) ) = ( abs โ€˜ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) ) )
64 35 63 pm2.61dan โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) ) ) = ( abs โ€˜ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) ) )
65 27 28 30 absdivd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) ) = ( ( abs โ€˜ ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) ) / ( abs โ€˜ 2 ) ) )
66 26 6 absexpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) ) = ( ( abs โ€˜ ๐ถ ) โ†‘ ๐ฝ ) )
67 0le2 โŠข 0 โ‰ค 2
68 2re โŠข 2 โˆˆ โ„
69 68 absidi โŠข ( 0 โ‰ค 2 โ†’ ( abs โ€˜ 2 ) = 2 )
70 67 69 ax-mp โŠข ( abs โ€˜ 2 ) = 2
71 70 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ 2 ) = 2 )
72 66 71 oveq12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) ) / ( abs โ€˜ 2 ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐ถ ) โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )
73 65 72 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ๐ถ โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐ถ ) โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )
74 64 73 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ( ( ( ๐น โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐ฝ ) โˆ’ ( ( ๐น โ€˜ ๐ด ) โ€˜ ๐ฝ ) ) ) = ( ( ( abs โ€˜ ๐ถ ) โ†‘ ๐ฝ ) / 2 ) )