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Theorem pnt3

Description: The Prime Number Theorem, version 3: the second Chebyshev function tends asymptotically to x . (Contributed by Mario Carneiro, 1-Jun-2016)

Ref Expression
Assertion pnt3 ⊢ x ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ x x ⇝ℝ 1

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eqid ⊢ a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a = a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a
2 1 pntrmax ⊢ ∃ b ∈ ℝ + ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b
3 1 pntibnd ⊢ ∃ c ∈ ℝ + ∃ l ∈ 0 1 ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
4 simpll ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ∧ c ∈ ℝ + ∧ l ∈ 0 1 ∧ ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e → b ∈ ℝ +
5 simplr ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ∧ c ∈ ℝ + ∧ l ∈ 0 1 ∧ ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e → ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b
6 fveq2 ⊢ r = x → a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r = a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ x
7 id ⊢ r = x → r = x
8 6 7 oveq12d ⊢ r = x → a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r = a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ x x
9 8 fveq2d ⊢ r = x → a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r = a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ x x
10 9 breq1d ⊢ r = x → a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ↔ a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ x x ≤ b
11 10 cbvralvw ⊢ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ↔ ∀ x ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ x x ≤ b
12 5 11 sylib ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ∧ c ∈ ℝ + ∧ l ∈ 0 1 ∧ ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e → ∀ x ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ x x ≤ b
13 simprll ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ∧ c ∈ ℝ + ∧ l ∈ 0 1 ∧ ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e → c ∈ ℝ +
14 simprlr ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ∧ c ∈ ℝ + ∧ l ∈ 0 1 ∧ ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e → l ∈ 0 1
15 eqid ⊢ b + 1 = b + 1
16 eqid ⊢ 1 − 1 b + 1 ⁢ l 32 ⁢ c b + 1 2 = 1 − 1 b + 1 ⁢ l 32 ⁢ c b + 1 2
17 simprr ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ∧ c ∈ ℝ + ∧ l ∈ 0 1 ∧ ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e → ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
18 breq2 ⊢ z = g → y < z ↔ y < g
19 oveq2 ⊢ z = g → 1 + l ⁢ e ⁢ z = 1 + l ⁢ e ⁢ g
20 19 breq1d ⊢ z = g → 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ↔ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ y
21 18 20 anbi12d ⊢ z = g → y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ↔ y < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ y
22 id ⊢ z = g → z = g
23 22 19 oveq12d ⊢ z = g → z 1 + l ⁢ e ⁢ z = g 1 + l ⁢ e ⁢ g
24 23 raleqdv ⊢ z = g → ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
25 21 24 anbi12d ⊢ z = g → y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ y < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
26 25 cbvrexvw ⊢ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ ∃ g ∈ ℝ + y < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
27 breq1 ⊢ y = f → y < g ↔ f < g
28 oveq2 ⊢ y = f → k ⁢ y = k ⁢ f
29 28 breq2d ⊢ y = f → 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ y ↔ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f
30 27 29 anbi12d ⊢ y = f → y < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ y ↔ f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f
31 30 anbi1d ⊢ y = f → y < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
32 31 rexbidv ⊢ y = f → ∃ g ∈ ℝ + y < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ ∃ g ∈ ℝ + f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
33 26 32 bitrid ⊢ y = f → ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ ∃ g ∈ ℝ + f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
34 33 cbvralvw ⊢ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ ∀ f ∈ r +∞ ∃ g ∈ ℝ + f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
35 oveq1 ⊢ r = x → r +∞ = x +∞
36 35 raleqdv ⊢ r = x → ∀ f ∈ r +∞ ∃ g ∈ ℝ + f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ ∀ f ∈ x +∞ ∃ g ∈ ℝ + f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
37 34 36 bitrid ⊢ r = x → ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ ∀ f ∈ x +∞ ∃ g ∈ ℝ + f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
38 37 ralbidv ⊢ r = x → ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ f ∈ x +∞ ∃ g ∈ ℝ + f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
39 38 cbvrexvw ⊢ ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ ∃ x ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ f ∈ x +∞ ∃ g ∈ ℝ + f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
40 39 ralbii ⊢ ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e ↔ ∀ e ∈ 0 1 ∃ x ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ f ∈ x +∞ ∃ g ∈ ℝ + f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
41 17 40 sylib ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ∧ c ∈ ℝ + ∧ l ∈ 0 1 ∧ ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e → ∀ e ∈ 0 1 ∃ x ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ f ∈ x +∞ ∃ g ∈ ℝ + f < g ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ g < k ⁢ f ∧ ∀ u ∈ g 1 + l ⁢ e ⁢ g a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e
42 1 4 12 13 14 15 16 41 pntleml ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ∧ c ∈ ℝ + ∧ l ∈ 0 1 ∧ ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e → x ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ x x ⇝ℝ 1
43 42 expr ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b ∧ c ∈ ℝ + ∧ l ∈ 0 1 → ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e → x ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ x x ⇝ℝ 1
44 43 rexlimdvva ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b → ∃ c ∈ ℝ + ∃ l ∈ 0 1 ∀ e ∈ 0 1 ∃ r ∈ ℝ + ∀ k ∈ e c e +∞ ∀ y ∈ r +∞ ∃ z ∈ ℝ + y < z ∧ 1 + l ⁢ e ⁢ z < k ⁢ y ∧ ∀ u ∈ z 1 + l ⁢ e ⁢ z a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ u u ≤ e → x ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ x x ⇝ℝ 1
45 3 44 mpi ⊢ b ∈ ℝ + ∧ ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b → x ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ x x ⇝ℝ 1
46 45 rexlimiva ⊢ ∃ b ∈ ℝ + ∀ r ∈ ℝ + a ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ a − a ⁡ r r ≤ b → x ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ x x ⇝ℝ 1
47 2 46 ax-mp ⊢ x ∈ ℝ + ⟼ ψ ⁡ x x ⇝ℝ 1