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Theorem logdivsqrle

Description: Conditions for ( ( log x ) / ( sqrt x ) ) to be decreasing. (Contributed by Thierry Arnoux, 20-Dec-2021)

Ref Expression
Hypotheses logdivsqrle.a φ A +
logdivsqrle.b φ B +
logdivsqrle.1 φ e 2 A
logdivsqrle.2 φ A B
Assertion logdivsqrle φ log B B log A A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 logdivsqrle.a φ A +
2 logdivsqrle.b φ B +
3 logdivsqrle.1 φ e 2 A
4 logdivsqrle.2 φ A B
5 ioorp 0 +∞ = +
6 5 eqcomi + = 0 +∞
7 simpr φ x + x +
8 7 relogcld φ x + log x
9 7 rpsqrtcld φ x + x +
10 9 rpred φ x + x
11 rpsqrtcl x + x +
12 rpne0 x + x 0
13 11 12 syl x + x 0
14 13 adantl φ x + x 0
15 8 10 14 redivcld φ x + log x x
16 15 fmpttd φ x + log x x : +
17 rpcn x + x
18 17 adantl φ x + x
19 rpne0 x + x 0
20 19 adantl φ x + x 0
21 18 20 logcld φ x + log x
22 18 sqrtcld φ x + x
23 21 22 14 divrecd φ x + log x x = log x 1 x
24 2cnd φ 2
25 24 adantr φ x + 2
26 2ne0 2 0
27 26 a1i φ x + 2 0
28 25 27 reccld φ x + 1 2
29 18 20 28 cxpnegd φ x + x 1 2 = 1 x 1 2
30 cxpsqrt x x 1 2 = x
31 18 30 syl φ x + x 1 2 = x
32 31 oveq2d φ x + 1 x 1 2 = 1 x
33 29 32 eqtrd φ x + x 1 2 = 1 x
34 33 oveq2d φ x + log x x 1 2 = log x 1 x
35 23 34 eqtr4d φ x + log x x = log x x 1 2
36 35 mpteq2dva φ x + log x x = x + log x x 1 2
37 36 oveq2d φ dx + log x x d x = dx + log x x 1 2 d x
38 reelprrecn
39 38 a1i φ
40 7 rpreccld φ x + 1 x +
41 logf1o log : 0 1-1 onto ran log
42 f1of log : 0 1-1 onto ran log log : 0 ran log
43 41 42 ax-mp log : 0 ran log
44 43 a1i φ log : 0 ran log
45 17 ssriv +
46 0nrp ¬ 0 +
47 ssdifsn + 0 + ¬ 0 +
48 45 46 47 mpbir2an + 0
49 48 a1i φ + 0
50 44 49 feqresmpt φ log + = x + log x
51 50 oveq2d φ D log + = dx + log x d x
52 dvrelog D log + = x + 1 x
53 51 52 eqtr3di φ dx + log x d x = x + 1 x
54 1cnd φ 1
55 54 halfcld φ 1 2
56 55 negcld φ 1 2
57 56 adantr φ x + 1 2
58 18 57 cxpcld φ x + x 1 2
59 54 adantr φ x + 1
60 57 59 subcld φ x + - 1 2 - 1
61 18 60 cxpcld φ x + x - 1 2 - 1
62 57 61 mulcld φ x + 1 2 x - 1 2 - 1
63 dvcxp1 1 2 dx + x 1 2 d x = x + 1 2 x - 1 2 - 1
64 56 63 syl φ dx + x 1 2 d x = x + 1 2 x - 1 2 - 1
65 39 21 40 53 58 62 64 dvmptmul φ dx + log x x 1 2 d x = x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x
66 37 65 eqtrd φ dx + log x x d x = x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x
67 ax-resscn
68 67 a1i φ
69 eqid TopOpen fld = TopOpen fld
70 69 addcn + TopOpen fld × t TopOpen fld Cn TopOpen fld
71 70 a1i φ + TopOpen fld × t TopOpen fld Cn TopOpen fld
72 45 a1i φ +
73 ssid
74 73 a1i φ
75 cncfmptc 1 + x + 1 : + cn
76 54 72 74 75 syl3anc φ x + 1 : + cn
77 difss 0
78 cncfmptid + 0 0 x + x : + cn 0
79 49 77 78 sylancl φ x + x : + cn 0
80 76 79 divcncf φ x + 1 x : + cn
81 ax-1 x + x x +
82 17 81 jca x + x x x +
83 eqid −∞ 0 = −∞ 0
84 83 ellogdm x −∞ 0 x x x +
85 82 84 sylibr x + x −∞ 0
86 85 ssriv + −∞ 0
87 86 a1i φ + −∞ 0
88 56 87 cxpcncf1 φ x + x 1 2 : + cn
89 80 88 mulcncf φ x + 1 x x 1 2 : + cn
90 cncfmptc 1 2 + x + 1 2 : + cn
91 56 72 74 90 syl3anc φ x + 1 2 : + cn
92 56 54 subcld φ - 1 2 - 1
93 92 87 cxpcncf1 φ x + x - 1 2 - 1 : + cn
94 91 93 mulcncf φ x + 1 2 x - 1 2 - 1 : + cn
95 cncfss + cn + cn
96 67 73 95 mp2an + cn + cn
97 relogcn log + : + cn
98 50 97 eqeltrrdi φ x + log x : + cn
99 96 98 sselid φ x + log x : + cn
100 94 99 mulcncf φ x + 1 2 x - 1 2 - 1 log x : + cn
101 69 71 89 100 cncfmpt2f φ x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x : + cn
102 rpre x + x
103 102 19 rereccld x + 1 x
104 rpge0 x + 0 x
105 halfre 1 2
106 105 renegcli 1 2
107 106 a1i x + 1 2
108 102 104 107 recxpcld x + x 1 2
109 103 108 remulcld x + 1 x x 1 2
110 1re 1
111 106 110 resubcli - 1 2 - 1
112 111 a1i x + - 1 2 - 1
113 102 104 112 recxpcld x + x - 1 2 - 1
114 107 113 remulcld x + 1 2 x - 1 2 - 1
115 relogcl x + log x
116 114 115 remulcld x + 1 2 x - 1 2 - 1 log x
117 109 116 readdcld x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x
118 117 adantl φ x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x
119 118 fmpttd φ x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x : +
120 cncffvrn x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x : + cn x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x : + cn x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x : +
121 120 biimpar x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x : + cn x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x : + x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x : + cn
122 68 101 119 121 syl21anc φ x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x : + cn
123 66 122 eqeltrd φ dx + log x x d x : + cn
124 66 fveq1d φ dx + log x x d x y = x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x y
125 124 adantr φ y A B dx + log x x d x y = x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x y
126 59 negcld φ x + 1
127 cxpadd x x 0 1 2 1 x - 1 2 + -1 = x 1 2 x 1
128 18 20 57 126 127 syl211anc φ x + x - 1 2 + -1 = x 1 2 x 1
129 61 mulid2d φ x + 1 x - 1 2 - 1 = x - 1 2 - 1
130 57 59 negsubd φ x + - 1 2 + -1 = - 1 2 - 1
131 130 oveq2d φ x + x - 1 2 + -1 = x - 1 2 - 1
132 129 131 eqtr4d φ x + 1 x - 1 2 - 1 = x - 1 2 + -1
133 45 40 sselid φ x + 1 x
134 133 58 mulcomd φ x + 1 x x 1 2 = x 1 2 1 x
135 cxpneg x x 0 1 x 1 = 1 x 1
136 18 20 59 135 syl3anc φ x + x 1 = 1 x 1
137 18 cxp1d φ x + x 1 = x
138 137 oveq2d φ x + 1 x 1 = 1 x
139 136 138 eqtr2d φ x + 1 x = x 1
140 139 oveq2d φ x + x 1 2 1 x = x 1 2 x 1
141 134 140 eqtrd φ x + 1 x x 1 2 = x 1 2 x 1
142 128 132 141 3eqtr4rd φ x + 1 x x 1 2 = 1 x - 1 2 - 1
143 57 61 21 mul32d φ x + 1 2 x - 1 2 - 1 log x = 1 2 log x x - 1 2 - 1
144 142 143 oveq12d φ x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x = 1 x - 1 2 - 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1
145 57 21 mulcld φ x + 1 2 log x
146 59 145 61 adddird φ x + 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1 = 1 x - 1 2 - 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1
147 144 146 eqtr4d φ x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x = 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1
148 147 mpteq2dva φ x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x = x + 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1
149 148 fveq1d φ x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x y = x + 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1 y
150 149 adantr φ y A B x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x y = x + 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1 y
151 eqidd φ y A B x + 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1 = x + 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1
152 simpr φ y A B x = y x = y
153 152 fveq2d φ y A B x = y log x = log y
154 153 oveq2d φ y A B x = y 1 2 log x = 1 2 log y
155 154 oveq2d φ y A B x = y 1 + 1 2 log x = 1 + 1 2 log y
156 152 oveq1d φ y A B x = y x - 1 2 - 1 = y - 1 2 - 1
157 155 156 oveq12d φ y A B x = y 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1 = 1 + 1 2 log y y - 1 2 - 1
158 ioossicc A B A B
159 158 a1i φ A B A B
160 6 1 2 fct2relem φ A B +
161 159 160 sstrd φ A B +
162 161 sselda φ y A B y +
163 ovexd φ y A B 1 + 1 2 log y y - 1 2 - 1 V
164 151 157 162 163 fvmptd φ y A B x + 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1 y = 1 + 1 2 log y y - 1 2 - 1
165 110 a1i φ y A B 1
166 106 a1i φ y A B 1 2
167 162 relogcld φ y A B log y
168 166 167 remulcld φ y A B 1 2 log y
169 165 168 readdcld φ y A B 1 + 1 2 log y
170 0red φ y A B 0
171 rpcxpcl y + - 1 2 - 1 y - 1 2 - 1 +
172 162 111 171 sylancl φ y A B y - 1 2 - 1 +
173 172 rpred φ y A B y - 1 2 - 1
174 172 rpge0d φ y A B 0 y - 1 2 - 1
175 2cn 2
176 175 mulid2i 1 2 = 2
177 2re 2
178 177 a1i φ y A B 2
179 178 reefcld φ y A B e 2
180 1 rpred φ A
181 180 adantr φ y A B A
182 162 rpred φ y A B y
183 3 adantr φ y A B e 2 A
184 eliooord y A B A < y y < B
185 184 simpld y A B A < y
186 185 adantl φ y A B A < y
187 181 182 186 ltled φ y A B A y
188 179 181 182 183 187 letrd φ y A B e 2 y
189 reeflog y + e log y = y
190 162 189 syl φ y A B e log y = y
191 188 190 breqtrrd φ y A B e 2 e log y
192 efle 2 log y 2 log y e 2 e log y
193 177 167 192 sylancr φ y A B 2 log y e 2 e log y
194 191 193 mpbird φ y A B 2 log y
195 176 194 eqbrtrid φ y A B 1 2 log y
196 2rp 2 +
197 196 a1i φ y A B 2 +
198 165 167 197 lemuldivd φ y A B 1 2 log y 1 log y 2
199 195 198 mpbid φ y A B 1 log y 2
200 67 167 sselid φ y A B log y
201 24 adantr φ y A B 2
202 26 a1i φ y A B 2 0
203 200 201 202 divrec2d φ y A B log y 2 = 1 2 log y
204 199 203 breqtrd φ y A B 1 1 2 log y
205 55 adantr φ y A B 1 2
206 205 200 mulneg1d φ y A B 1 2 log y = 1 2 log y
207 206 oveq2d φ y A B 0 1 2 log y = 0 1 2 log y
208 67 170 sselid φ y A B 0
209 205 200 mulcld φ y A B 1 2 log y
210 208 209 subnegd φ y A B 0 1 2 log y = 0 + 1 2 log y
211 209 addid2d φ y A B 0 + 1 2 log y = 1 2 log y
212 207 210 211 3eqtrd φ y A B 0 1 2 log y = 1 2 log y
213 204 212 breqtrrd φ y A B 1 0 1 2 log y
214 leaddsub 1 1 2 log y 0 1 + 1 2 log y 0 1 0 1 2 log y
215 165 168 170 214 syl3anc φ y A B 1 + 1 2 log y 0 1 0 1 2 log y
216 213 215 mpbird φ y A B 1 + 1 2 log y 0
217 169 170 173 174 216 lemul1ad φ y A B 1 + 1 2 log y y - 1 2 - 1 0 y - 1 2 - 1
218 45 172 sselid φ y A B y - 1 2 - 1
219 218 mul02d φ y A B 0 y - 1 2 - 1 = 0
220 217 219 breqtrd φ y A B 1 + 1 2 log y y - 1 2 - 1 0
221 164 220 eqbrtrd φ y A B x + 1 + 1 2 log x x - 1 2 - 1 y 0
222 150 221 eqbrtrd φ y A B x + 1 x x 1 2 + 1 2 x - 1 2 - 1 log x y 0
223 125 222 eqbrtrd φ y A B dx + log x x d x y 0
224 6 1 2 16 123 4 223 fdvnegge φ x + log x x B x + log x x A
225 eqidd φ x + log x x = x + log x x
226 simpr φ x = B x = B
227 226 fveq2d φ x = B log x = log B
228 226 fveq2d φ x = B x = B
229 227 228 oveq12d φ x = B log x x = log B B
230 ovex log B B V
231 230 a1i φ log B B V
232 225 229 2 231 fvmptd φ x + log x x B = log B B
233 simpr φ x = A x = A
234 233 fveq2d φ x = A log x = log A
235 233 fveq2d φ x = A x = A
236 234 235 oveq12d φ x = A log x x = log A A
237 ovex log A A V
238 237 a1i φ log A A V
239 225 236 1 238 fvmptd φ x + log x x A = log A A
240 224 232 239 3brtr3d φ log B B log A A