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Theorem chtppilim

Description: The theta function is asymptotic to ppi ( x ) log ( x ) , so it is sufficient to prove theta ( x ) / x ~>r 1 to establish the PNT. (Contributed by Mario Carneiro, 22-Sep-2014)

Ref Expression
Assertion chtppilim x 2 +∞ θ x π _ x log x 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 halfre 1 2
2 1re 1
3 rpre y + y
4 resubcl 1 y 1 y
5 2 3 4 sylancr y + 1 y
6 ifcl 1 2 1 y if 1 y 1 2 1 2 1 y
7 1 5 6 sylancr y + if 1 y 1 2 1 2 1 y
8 0red y + 0
9 1 a1i y + 1 2
10 halfgt0 0 < 1 2
11 10 a1i y + 0 < 1 2
12 max2 1 y 1 2 1 2 if 1 y 1 2 1 2 1 y
13 5 1 12 sylancl y + 1 2 if 1 y 1 2 1 2 1 y
14 8 9 7 11 13 ltletrd y + 0 < if 1 y 1 2 1 2 1 y
15 7 14 elrpd y + if 1 y 1 2 1 2 1 y +
16 15 rpsqrtcld y + if 1 y 1 2 1 2 1 y +
17 halflt1 1 2 < 1
18 ltsubrp 1 y + 1 y < 1
19 2 18 mpan y + 1 y < 1
20 breq1 1 2 = if 1 y 1 2 1 2 1 y 1 2 < 1 if 1 y 1 2 1 2 1 y < 1
21 breq1 1 y = if 1 y 1 2 1 2 1 y 1 y < 1 if 1 y 1 2 1 2 1 y < 1
22 20 21 ifboth 1 2 < 1 1 y < 1 if 1 y 1 2 1 2 1 y < 1
23 17 19 22 sylancr y + if 1 y 1 2 1 2 1 y < 1
24 15 rpge0d y + 0 if 1 y 1 2 1 2 1 y
25 2 a1i y + 1
26 0le1 0 1
27 26 a1i y + 0 1
28 7 24 25 27 sqrtltd y + if 1 y 1 2 1 2 1 y < 1 if 1 y 1 2 1 2 1 y < 1
29 23 28 mpbid y + if 1 y 1 2 1 2 1 y < 1
30 sqrt1 1 = 1
31 29 30 breqtrdi y + if 1 y 1 2 1 2 1 y < 1
32 16 31 chtppilimlem2 y + z x 2 +∞ z x if 1 y 1 2 1 2 1 y 2 π _ x log x < θ x
33 5 adantr y + x 2 +∞ 1 y
34 max1 1 y 1 2 1 y if 1 y 1 2 1 2 1 y
35 33 1 34 sylancl y + x 2 +∞ 1 y if 1 y 1 2 1 2 1 y
36 7 adantr y + x 2 +∞ if 1 y 1 2 1 2 1 y
37 2re 2
38 elicopnf 2 x 2 +∞ x 2 x
39 37 38 ax-mp x 2 +∞ x 2 x
40 39 simplbi x 2 +∞ x
41 chtcl x θ x
42 40 41 syl x 2 +∞ θ x
43 ppinncl x 2 x π _ x
44 39 43 sylbi x 2 +∞ π _ x
45 44 nnrpd x 2 +∞ π _ x +
46 2 a1i x 2 +∞ 1
47 37 a1i x 2 +∞ 2
48 1lt2 1 < 2
49 48 a1i x 2 +∞ 1 < 2
50 39 simprbi x 2 +∞ 2 x
51 46 47 40 49 50 ltletrd x 2 +∞ 1 < x
52 40 51 rplogcld x 2 +∞ log x +
53 45 52 rpmulcld x 2 +∞ π _ x log x +
54 42 53 rerpdivcld x 2 +∞ θ x π _ x log x
55 54 adantl y + x 2 +∞ θ x π _ x log x
56 lelttr 1 y if 1 y 1 2 1 2 1 y θ x π _ x log x 1 y if 1 y 1 2 1 2 1 y if 1 y 1 2 1 2 1 y < θ x π _ x log x 1 y < θ x π _ x log x
57 33 36 55 56 syl3anc y + x 2 +∞ 1 y if 1 y 1 2 1 2 1 y if 1 y 1 2 1 2 1 y < θ x π _ x log x 1 y < θ x π _ x log x
58 35 57 mpand y + x 2 +∞ if 1 y 1 2 1 2 1 y < θ x π _ x log x 1 y < θ x π _ x log x
59 7 recnd y + if 1 y 1 2 1 2 1 y
60 59 sqsqrtd y + if 1 y 1 2 1 2 1 y 2 = if 1 y 1 2 1 2 1 y
61 60 adantr y + x 2 +∞ if 1 y 1 2 1 2 1 y 2 = if 1 y 1 2 1 2 1 y
62 61 oveq1d y + x 2 +∞ if 1 y 1 2 1 2 1 y 2 π _ x log x = if 1 y 1 2 1 2 1 y π _ x log x
63 62 breq1d y + x 2 +∞ if 1 y 1 2 1 2 1 y 2 π _ x log x < θ x if 1 y 1 2 1 2 1 y π _ x log x < θ x
64 42 adantl y + x 2 +∞ θ x
65 53 rpregt0d x 2 +∞ π _ x log x 0 < π _ x log x
66 65 adantl y + x 2 +∞ π _ x log x 0 < π _ x log x
67 ltmuldiv if 1 y 1 2 1 2 1 y θ x π _ x log x 0 < π _ x log x if 1 y 1 2 1 2 1 y π _ x log x < θ x if 1 y 1 2 1 2 1 y < θ x π _ x log x
68 36 64 66 67 syl3anc y + x 2 +∞ if 1 y 1 2 1 2 1 y π _ x log x < θ x if 1 y 1 2 1 2 1 y < θ x π _ x log x
69 63 68 bitrd y + x 2 +∞ if 1 y 1 2 1 2 1 y 2 π _ x log x < θ x if 1 y 1 2 1 2 1 y < θ x π _ x log x
70 0red x 2 +∞ 0
71 2pos 0 < 2
72 71 a1i x 2 +∞ 0 < 2
73 70 47 40 72 50 ltletrd x 2 +∞ 0 < x
74 40 73 elrpd x 2 +∞ x +
75 chtleppi x + θ x π _ x log x
76 74 75 syl x 2 +∞ θ x π _ x log x
77 53 rpcnd x 2 +∞ π _ x log x
78 77 mulid1d x 2 +∞ π _ x log x 1 = π _ x log x
79 76 78 breqtrrd x 2 +∞ θ x π _ x log x 1
80 42 46 53 ledivmuld x 2 +∞ θ x π _ x log x 1 θ x π _ x log x 1
81 79 80 mpbird x 2 +∞ θ x π _ x log x 1
82 54 46 81 abssuble0d x 2 +∞ θ x π _ x log x 1 = 1 θ x π _ x log x
83 82 breq1d x 2 +∞ θ x π _ x log x 1 < y 1 θ x π _ x log x < y
84 83 adantl y + x 2 +∞ θ x π _ x log x 1 < y 1 θ x π _ x log x < y
85 2 a1i y + x 2 +∞ 1
86 3 adantr y + x 2 +∞ y
87 ltsub23 1 θ x π _ x log x y 1 θ x π _ x log x < y 1 y < θ x π _ x log x
88 85 55 86 87 syl3anc y + x 2 +∞ 1 θ x π _ x log x < y 1 y < θ x π _ x log x
89 84 88 bitrd y + x 2 +∞ θ x π _ x log x 1 < y 1 y < θ x π _ x log x
90 58 69 89 3imtr4d y + x 2 +∞ if 1 y 1 2 1 2 1 y 2 π _ x log x < θ x θ x π _ x log x 1 < y
91 90 imim2d y + x 2 +∞ z x if 1 y 1 2 1 2 1 y 2 π _ x log x < θ x z x θ x π _ x log x 1 < y
92 91 ralimdva y + x 2 +∞ z x if 1 y 1 2 1 2 1 y 2 π _ x log x < θ x x 2 +∞ z x θ x π _ x log x 1 < y
93 92 reximdv y + z x 2 +∞ z x if 1 y 1 2 1 2 1 y 2 π _ x log x < θ x z x 2 +∞ z x θ x π _ x log x 1 < y
94 32 93 mpd y + z x 2 +∞ z x θ x π _ x log x 1 < y
95 94 rgen y + z x 2 +∞ z x θ x π _ x log x 1 < y
96 54 recnd x 2 +∞ θ x π _ x log x
97 96 adantl x 2 +∞ θ x π _ x log x
98 97 ralrimiva x 2 +∞ θ x π _ x log x
99 40 ssriv 2 +∞
100 99 a1i 2 +∞
101 1cnd 1
102 98 100 101 rlim2 x 2 +∞ θ x π _ x log x 1 y + z x 2 +∞ z x θ x π _ x log x 1 < y
103 95 102 mpbiri x 2 +∞ θ x π _ x log x 1
104 103 mptru x 2 +∞ θ x π _ x log x 1