Metamath Proof Explorer


Theorem logdiflbnd

Description: Lower bound on the difference of logs. (Contributed by Mario Carneiro, 3-Jul-2017)

Ref Expression
Assertion logdiflbnd ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) โ‰ค ( ( log โ€˜ ( ๐ด + 1 ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ๐ด ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 rpre โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
2 rpge0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ 0 โ‰ค ๐ด )
3 1 2 ge0p1rpd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐ด + 1 ) โˆˆ โ„+ )
4 3 rprecred โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) โˆˆ โ„ )
5 1red โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
6 0le1 โŠข 0 โ‰ค 1
7 6 a1i โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ 0 โ‰ค 1 )
8 5 3 7 divge0d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ 0 โ‰ค ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) )
9 id โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„+ )
10 5 9 ltaddrp2d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ 1 < ( ๐ด + 1 ) )
11 1 5 readdcld โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐ด + 1 ) โˆˆ โ„ )
12 11 recnd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐ด + 1 ) โˆˆ โ„‚ )
13 12 mulridd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ๐ด + 1 ) ยท 1 ) = ( ๐ด + 1 ) )
14 10 13 breqtrrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ 1 < ( ( ๐ด + 1 ) ยท 1 ) )
15 5 5 3 ltdivmuld โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) < 1 โ†” 1 < ( ( ๐ด + 1 ) ยท 1 ) ) )
16 14 15 mpbird โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) < 1 )
17 4 8 16 eflegeo โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( exp โ€˜ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) โ‰ค ( 1 / ( 1 โˆ’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) ) )
18 5 recnd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ 1 โˆˆ โ„‚ )
19 3 rpne0d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ๐ด + 1 ) โ‰  0 )
20 12 18 12 19 divsubdird โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ( ๐ด + 1 ) โˆ’ 1 ) / ( ๐ด + 1 ) ) = ( ( ( ๐ด + 1 ) / ( ๐ด + 1 ) ) โˆ’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) )
21 1 recnd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚ )
22 21 18 pncand โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ๐ด + 1 ) โˆ’ 1 ) = ๐ด )
23 22 oveq1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ( ๐ด + 1 ) โˆ’ 1 ) / ( ๐ด + 1 ) ) = ( ๐ด / ( ๐ด + 1 ) ) )
24 12 19 dividd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ๐ด + 1 ) / ( ๐ด + 1 ) ) = 1 )
25 24 oveq1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ( ๐ด + 1 ) / ( ๐ด + 1 ) ) โˆ’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) = ( 1 โˆ’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) )
26 20 23 25 3eqtr3rd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( 1 โˆ’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) = ( ๐ด / ( ๐ด + 1 ) ) )
27 26 oveq2d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( 1 / ( 1 โˆ’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) ) = ( 1 / ( ๐ด / ( ๐ด + 1 ) ) ) )
28 rpne0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ๐ด โ‰  0 )
29 21 12 28 19 recdivd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( 1 / ( ๐ด / ( ๐ด + 1 ) ) ) = ( ( ๐ด + 1 ) / ๐ด ) )
30 27 29 eqtrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( 1 / ( 1 โˆ’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) ) = ( ( ๐ด + 1 ) / ๐ด ) )
31 17 30 breqtrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( exp โ€˜ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) โ‰ค ( ( ๐ด + 1 ) / ๐ด ) )
32 4 rpefcld โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( exp โ€˜ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) โˆˆ โ„+ )
33 3 9 rpdivcld โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( ๐ด + 1 ) / ๐ด ) โˆˆ โ„+ )
34 32 33 logled โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( ( exp โ€˜ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) โ‰ค ( ( ๐ด + 1 ) / ๐ด ) โ†” ( log โ€˜ ( exp โ€˜ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) ) โ‰ค ( log โ€˜ ( ( ๐ด + 1 ) / ๐ด ) ) ) )
35 31 34 mpbid โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ( exp โ€˜ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) ) โ‰ค ( log โ€˜ ( ( ๐ด + 1 ) / ๐ด ) ) )
36 4 relogefd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ( exp โ€˜ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) ) ) = ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) )
37 3 9 relogdivd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( log โ€˜ ( ( ๐ด + 1 ) / ๐ด ) ) = ( ( log โ€˜ ( ๐ด + 1 ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ๐ด ) ) )
38 35 36 37 3brtr3d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„+ โ†’ ( 1 / ( ๐ด + 1 ) ) โ‰ค ( ( log โ€˜ ( ๐ด + 1 ) ) โˆ’ ( log โ€˜ ๐ด ) ) )