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Theorem pntpbnd2

Description: Lemma for pntpbnd . (Contributed by Mario Carneiro, 11-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses pntpbnd.r R = a + ψ a a
pntpbnd1.e φ E 0 1
pntpbnd1.x X = e 2 E
pntpbnd1.y φ Y X +∞
pntpbnd1.1 φ A +
pntpbnd1.2 φ i j y = i j R y y y + 1 A
pntpbnd1.c C = A + 2
pntpbnd1.k φ K e C E +∞
pntpbnd1.3 φ ¬ y Y < y y K Y R y y E
Assertion pntpbnd2 ¬ φ

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 pntpbnd.r R = a + ψ a a
2 pntpbnd1.e φ E 0 1
3 pntpbnd1.x X = e 2 E
4 pntpbnd1.y φ Y X +∞
5 pntpbnd1.1 φ A +
6 pntpbnd1.2 φ i j y = i j R y y y + 1 A
7 pntpbnd1.c C = A + 2
8 pntpbnd1.k φ K e C E +∞
9 pntpbnd1.3 φ ¬ y Y < y y K Y R y y E
10 2div2e1 2 2 = 1
11 2re 2
12 11 a1i φ 2
13 ioossre 0 1
14 13 2 sselid φ E
15 eliooord E 0 1 0 < E E < 1
16 2 15 syl φ 0 < E E < 1
17 16 simpld φ 0 < E
18 14 17 elrpd φ E +
19 2rp 2 +
20 19 a1i φ 2 +
21 7 oveq1i C A = A + 2 - A
22 5 rpcnd φ A
23 2cn 2
24 pncan2 A 2 A + 2 - A = 2
25 22 23 24 sylancl φ A + 2 - A = 2
26 21 25 eqtrid φ C A = 2
27 26 oveq1d φ C A E = 2 E
28 rpaddcl A + 2 + A + 2 +
29 5 19 28 sylancl φ A + 2 +
30 7 29 eqeltrid φ C +
31 30 rpcnd φ C
32 14 recnd φ E
33 18 rpne0d φ E 0
34 31 22 32 33 divsubdird φ C A E = C E A E
35 27 34 eqtr3d φ 2 E = C E A E
36 30 18 rpdivcld φ C E +
37 36 rpred φ C E
38 5 rpred φ A
39 38 18 rerpdivcld φ A E
40 resubcl C E 2 C E 2
41 37 11 40 sylancl φ C E 2
42 37 reefcld φ e C E
43 elicopnf e C E K e C E +∞ K e C E K
44 42 43 syl φ K e C E +∞ K e C E K
45 8 44 mpbid φ K e C E K
46 45 simpld φ K
47 0red φ 0
48 1re 1
49 48 a1i φ 1
50 0lt1 0 < 1
51 50 a1i φ 0 < 1
52 efgt1 C E + 1 < e C E
53 36 52 syl φ 1 < e C E
54 45 simprd φ e C E K
55 49 42 46 53 54 ltletrd φ 1 < K
56 47 49 46 51 55 lttrd φ 0 < K
57 46 56 elrpd φ K +
58 57 relogcld φ log K
59 resubcl log K 2 log K 2
60 58 11 59 sylancl φ log K 2
61 57 reeflogd φ e log K = K
62 54 61 breqtrrd φ e C E e log K
63 efle C E log K C E log K e C E e log K
64 37 58 63 syl2anc φ C E log K e C E e log K
65 62 64 mpbird φ C E log K
66 37 58 12 65 lesub1dd φ C E 2 log K 2
67 fzfid φ Y + 1 K Y Fin
68 ioossre X +∞
69 68 4 sselid φ Y
70 rerpdivcl 2 E + 2 E
71 11 18 70 sylancr φ 2 E
72 71 reefcld φ e 2 E
73 3 72 eqeltrid φ X
74 efgt0 2 E 0 < e 2 E
75 71 74 syl φ 0 < e 2 E
76 75 3 breqtrrdi φ 0 < X
77 73 rexrd φ X *
78 elioopnf X * Y X +∞ Y X < Y
79 77 78 syl φ Y X +∞ Y X < Y
80 4 79 mpbid φ Y X < Y
81 80 simprd φ X < Y
82 47 73 69 76 81 lttrd φ 0 < Y
83 47 69 82 ltled φ 0 Y
84 flge0nn0 Y 0 Y Y 0
85 69 83 84 syl2anc φ Y 0
86 nn0p1nn Y 0 Y + 1
87 85 86 syl φ Y + 1
88 elfzuz n Y + 1 K Y n Y + 1
89 eluznn Y + 1 n Y + 1 n
90 87 88 89 syl2an φ n Y + 1 K Y n
91 90 peano2nnd φ n Y + 1 K Y n + 1
92 91 nnrecred φ n Y + 1 K Y 1 n + 1
93 67 92 fsumrecl φ n = Y + 1 K Y 1 n + 1
94 58 recnd φ log K
95 2cnd φ 2
96 69 82 elrpd φ Y +
97 96 relogcld φ log Y
98 97 recnd φ log Y
99 94 95 98 pnpcan2d φ log K + log Y - 2 + log Y = log K 2
100 57 96 relogmuld φ log K Y = log K + log Y
101 58 97 readdcld φ log K + log Y
102 100 101 eqeltrd φ log K Y
103 fzfid φ 0 Y Fin
104 elfznn0 n 0 Y n 0
105 104 adantl φ n 0 Y n 0
106 nn0p1nn n 0 n + 1
107 105 106 syl φ n 0 Y n + 1
108 107 nnrecred φ n 0 Y 1 n + 1
109 103 108 fsumrecl φ n = 0 Y 1 n + 1
110 109 93 readdcld φ n = 0 Y 1 n + 1 + n = Y + 1 K Y 1 n + 1
111 readdcl 2 log Y 2 + log Y
112 11 97 111 sylancr φ 2 + log Y
113 112 93 readdcld φ 2 + log Y + n = Y + 1 K Y 1 n + 1
114 46 69 remulcld φ K Y
115 69 recnd φ Y
116 115 mulid2d φ 1 Y = Y
117 49 46 55 ltled φ 1 K
118 lemul1 1 K Y 0 < Y 1 K 1 Y K Y
119 49 46 69 82 118 syl112anc φ 1 K 1 Y K Y
120 117 119 mpbid φ 1 Y K Y
121 116 120 eqbrtrrd φ Y K Y
122 47 69 114 83 121 letrd φ 0 K Y
123 flge0nn0 K Y 0 K Y K Y 0
124 114 122 123 syl2anc φ K Y 0
125 nn0p1nn K Y 0 K Y + 1
126 124 125 syl φ K Y + 1
127 126 nnrpd φ K Y + 1 +
128 127 relogcld φ log K Y + 1
129 1zzd φ 1
130 114 flcld φ K Y
131 130 peano2zd φ K Y + 1
132 elfznn k 1 K Y + 1 k
133 132 adantl φ k 1 K Y + 1 k
134 nnrecre k 1 k
135 134 recnd k 1 k
136 133 135 syl φ k 1 K Y + 1 1 k
137 oveq2 k = n + 1 1 k = 1 n + 1
138 129 129 131 136 137 fsumshftm φ k = 1 K Y + 1 1 k = n = 1 1 K Y + 1 - 1 1 n + 1
139 1m1e0 1 1 = 0
140 139 a1i φ 1 1 = 0
141 130 zcnd φ K Y
142 ax-1cn 1
143 pncan K Y 1 K Y + 1 - 1 = K Y
144 141 142 143 sylancl φ K Y + 1 - 1 = K Y
145 140 144 oveq12d φ 1 1 K Y + 1 - 1 = 0 K Y
146 145 sumeq1d φ n = 1 1 K Y + 1 - 1 1 n + 1 = n = 0 K Y 1 n + 1
147 reflcl Y Y
148 69 147 syl φ Y
149 148 ltp1d φ Y < Y + 1
150 fzdisj Y < Y + 1 0 Y Y + 1 K Y =
151 149 150 syl φ 0 Y Y + 1 K Y =
152 flwordi Y K Y Y K Y Y K Y
153 69 114 121 152 syl3anc φ Y K Y
154 elfz2nn0 Y 0 K Y Y 0 K Y 0 Y K Y
155 85 124 153 154 syl3anbrc φ Y 0 K Y
156 fzsplit Y 0 K Y 0 K Y = 0 Y Y + 1 K Y
157 155 156 syl φ 0 K Y = 0 Y Y + 1 K Y
158 fzfid φ 0 K Y Fin
159 elfznn0 n 0 K Y n 0
160 159 adantl φ n 0 K Y n 0
161 160 106 syl φ n 0 K Y n + 1
162 161 nnrecred φ n 0 K Y 1 n + 1
163 162 recnd φ n 0 K Y 1 n + 1
164 151 157 158 163 fsumsplit φ n = 0 K Y 1 n + 1 = n = 0 Y 1 n + 1 + n = Y + 1 K Y 1 n + 1
165 138 146 164 3eqtrd φ k = 1 K Y + 1 1 k = n = 0 Y 1 n + 1 + n = Y + 1 K Y 1 n + 1
166 165 110 eqeltrd φ k = 1 K Y + 1 1 k
167 fllep1 K Y K Y K Y + 1
168 114 167 syl φ K Y K Y + 1
169 57 96 rpmulcld φ K Y +
170 169 127 logled φ K Y K Y + 1 log K Y log K Y + 1
171 168 170 mpbid φ log K Y log K Y + 1
172 emre γ
173 172 a1i φ γ
174 166 128 resubcld φ k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1
175 0re 0
176 emgt0 0 < γ
177 175 172 176 ltleii 0 γ
178 177 a1i φ 0 γ
179 harmonicbnd K Y + 1 k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1 γ 1
180 126 179 syl φ k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1 γ 1
181 172 48 elicc2i k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1 γ 1 k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1 γ k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1 k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1 1
182 181 simp2bi k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1 γ 1 γ k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1
183 180 182 syl φ γ k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1
184 47 173 174 178 183 letrd φ 0 k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1
185 166 128 subge0d φ 0 k = 1 K Y + 1 1 k log K Y + 1 log K Y + 1 k = 1 K Y + 1 1 k
186 184 185 mpbid φ log K Y + 1 k = 1 K Y + 1 1 k
187 102 128 166 171 186 letrd φ log K Y k = 1 K Y + 1 1 k
188 187 165 breqtrd φ log K Y n = 0 Y 1 n + 1 + n = Y + 1 K Y 1 n + 1
189 69 flcld φ Y
190 189 peano2zd φ Y + 1
191 elfznn k 1 Y + 1 k
192 191 adantl φ k 1 Y + 1 k
193 192 135 syl φ k 1 Y + 1 1 k
194 129 129 190 193 137 fsumshftm φ k = 1 Y + 1 1 k = n = 1 1 Y + 1 - 1 1 n + 1
195 148 recnd φ Y
196 pncan Y 1 Y + 1 - 1 = Y
197 195 142 196 sylancl φ Y + 1 - 1 = Y
198 140 197 oveq12d φ 1 1 Y + 1 - 1 = 0 Y
199 198 sumeq1d φ n = 1 1 Y + 1 - 1 1 n + 1 = n = 0 Y 1 n + 1
200 194 199 eqtrd φ k = 1 Y + 1 1 k = n = 0 Y 1 n + 1
201 200 109 eqeltrd φ k = 1 Y + 1 1 k
202 87 nnrpd φ Y + 1 +
203 202 relogcld φ log Y + 1
204 readdcl 1 log Y + 1 1 + log Y + 1
205 48 203 204 sylancr φ 1 + log Y + 1
206 harmonicbnd Y + 1 k = 1 Y + 1 1 k log Y + 1 γ 1
207 87 206 syl φ k = 1 Y + 1 1 k log Y + 1 γ 1
208 172 48 elicc2i k = 1 Y + 1 1 k log Y + 1 γ 1 k = 1 Y + 1 1 k log Y + 1 γ k = 1 Y + 1 1 k log Y + 1 k = 1 Y + 1 1 k log Y + 1 1
209 208 simp3bi k = 1 Y + 1 1 k log Y + 1 γ 1 k = 1 Y + 1 1 k log Y + 1 1
210 207 209 syl φ k = 1 Y + 1 1 k log Y + 1 1
211 201 203 49 lesubaddd φ k = 1 Y + 1 1 k log Y + 1 1 k = 1 Y + 1 1 k 1 + log Y + 1
212 210 211 mpbid φ k = 1 Y + 1 1 k 1 + log Y + 1
213 readdcl 1 log Y 1 + log Y
214 48 97 213 sylancr φ 1 + log Y
215 peano2re Y Y + 1
216 148 215 syl φ Y + 1
217 12 69 remulcld φ 2 Y
218 epr e +
219 rpmulcl e + Y + e Y +
220 218 96 219 sylancr φ e Y +
221 220 rpred φ e Y
222 flle Y Y Y
223 69 222 syl φ Y Y
224 20 18 rpdivcld φ 2 E +
225 efgt1 2 E + 1 < e 2 E
226 224 225 syl φ 1 < e 2 E
227 226 3 breqtrrdi φ 1 < X
228 49 73 69 227 81 lttrd φ 1 < Y
229 49 69 228 ltled φ 1 Y
230 148 49 69 69 223 229 le2addd φ Y + 1 Y + Y
231 115 2timesd φ 2 Y = Y + Y
232 230 231 breqtrrd φ Y + 1 2 Y
233 ere e
234 egt2lt3 2 < e e < 3
235 234 simpli 2 < e
236 11 233 235 ltleii 2 e
237 236 a1i φ 2 e
238 233 a1i φ e
239 lemul1 2 e Y 0 < Y 2 e 2 Y e Y
240 12 238 69 82 239 syl112anc φ 2 e 2 Y e Y
241 237 240 mpbid φ 2 Y e Y
242 216 217 221 232 241 letrd φ Y + 1 e Y
243 202 220 logled φ Y + 1 e Y log Y + 1 log e Y
244 242 243 mpbid φ log Y + 1 log e Y
245 relogmul e + Y + log e Y = log e + log Y
246 218 96 245 sylancr φ log e Y = log e + log Y
247 loge log e = 1
248 247 oveq1i log e + log Y = 1 + log Y
249 246 248 eqtrdi φ log e Y = 1 + log Y
250 244 249 breqtrd φ log Y + 1 1 + log Y
251 203 214 49 250 leadd2dd φ 1 + log Y + 1 1 + 1 + log Y
252 df-2 2 = 1 + 1
253 252 oveq1i 2 + log Y = 1 + 1 + log Y
254 142 a1i φ 1
255 254 254 98 addassd φ 1 + 1 + log Y = 1 + 1 + log Y
256 253 255 eqtrid φ 2 + log Y = 1 + 1 + log Y
257 251 256 breqtrrd φ 1 + log Y + 1 2 + log Y
258 201 205 112 212 257 letrd φ k = 1 Y + 1 1 k 2 + log Y
259 200 258 eqbrtrrd φ n = 0 Y 1 n + 1 2 + log Y
260 109 112 93 259 leadd1dd φ n = 0 Y 1 n + 1 + n = Y + 1 K Y 1 n + 1 2 + log Y + n = Y + 1 K Y 1 n + 1
261 102 110 113 188 260 letrd φ log K Y 2 + log Y + n = Y + 1 K Y 1 n + 1
262 100 261 eqbrtrrd φ log K + log Y 2 + log Y + n = Y + 1 K Y 1 n + 1
263 101 112 93 lesubadd2d φ log K + log Y - 2 + log Y n = Y + 1 K Y 1 n + 1 log K + log Y 2 + log Y + n = Y + 1 K Y 1 n + 1
264 262 263 mpbird φ log K + log Y - 2 + log Y n = Y + 1 K Y 1 n + 1
265 99 264 eqbrtrrd φ log K 2 n = Y + 1 K Y 1 n + 1
266 92 recnd φ n Y + 1 K Y 1 n + 1
267 67 32 266 fsummulc2 φ E n = Y + 1 K Y 1 n + 1 = n = Y + 1 K Y E 1 n + 1
268 14 adantr φ n Y + 1 K Y E
269 268 recnd φ n Y + 1 K Y E
270 91 nncnd φ n Y + 1 K Y n + 1
271 91 nnne0d φ n Y + 1 K Y n + 1 0
272 269 270 271 divrecd φ n Y + 1 K Y E n + 1 = E 1 n + 1
273 268 91 nndivred φ n Y + 1 K Y E n + 1
274 272 273 eqeltrrd φ n Y + 1 K Y E 1 n + 1
275 67 274 fsumrecl φ n = Y + 1 K Y E 1 n + 1
276 90 nnrpd φ n Y + 1 K Y n +
277 1 pntrf R : +
278 277 ffvelrni n + R n
279 276 278 syl φ n Y + 1 K Y R n
280 90 91 nnmulcld φ n Y + 1 K Y n n + 1
281 279 280 nndivred φ n Y + 1 K Y R n n n + 1
282 281 recnd φ n Y + 1 K Y R n n n + 1
283 282 abscld φ n Y + 1 K Y R n n n + 1
284 67 283 fsumrecl φ n = Y + 1 K Y R n n n + 1
285 279 90 nndivred φ n Y + 1 K Y R n n
286 285 recnd φ n Y + 1 K Y R n n
287 286 abscld φ n Y + 1 K Y R n n
288 91 nnrpd φ n Y + 1 K Y n + 1 +
289 9 adantr φ n Y + 1 K Y ¬ y Y < y y K Y R y y E
290 elfzle1 n Y + 1 K Y Y + 1 n
291 290 adantl φ n Y + 1 K Y Y + 1 n
292 69 adantr φ n Y + 1 K Y Y
293 292 flcld φ n Y + 1 K Y Y
294 90 nnzd φ n Y + 1 K Y n
295 zltp1le Y n Y < n Y + 1 n
296 293 294 295 syl2anc φ n Y + 1 K Y Y < n Y + 1 n
297 291 296 mpbird φ n Y + 1 K Y Y < n
298 fllt Y n Y < n Y < n
299 292 294 298 syl2anc φ n Y + 1 K Y Y < n Y < n
300 297 299 mpbird φ n Y + 1 K Y Y < n
301 elfzle2 n Y + 1 K Y n K Y
302 301 adantl φ n Y + 1 K Y n K Y
303 114 adantr φ n Y + 1 K Y K Y
304 flge K Y n n K Y n K Y
305 303 294 304 syl2anc φ n Y + 1 K Y n K Y n K Y
306 302 305 mpbird φ n Y + 1 K Y n K Y
307 breq2 y = n Y < y Y < n
308 breq1 y = n y K Y n K Y
309 307 308 anbi12d y = n Y < y y K Y Y < n n K Y
310 fveq2 y = n R y = R n
311 id y = n y = n
312 310 311 oveq12d y = n R y y = R n n
313 312 fveq2d y = n R y y = R n n
314 313 breq1d y = n R y y E R n n E
315 309 314 anbi12d y = n Y < y y K Y R y y E Y < n n K Y R n n E
316 315 rspcev n Y < n n K Y R n n E y Y < y y K Y R y y E
317 316 expr n Y < n n K Y R n n E y Y < y y K Y R y y E
318 90 300 306 317 syl12anc φ n Y + 1 K Y R n n E y Y < y y K Y R y y E
319 289 318 mtod φ n Y + 1 K Y ¬ R n n E
320 287 268 letrid φ n Y + 1 K Y R n n E E R n n
321 320 ord φ n Y + 1 K Y ¬ R n n E E R n n
322 319 321 mpd φ n Y + 1 K Y E R n n
323 268 287 288 322 lediv1dd φ n Y + 1 K Y E n + 1 R n n n + 1
324 286 270 271 absdivd φ n Y + 1 K Y R n n n + 1 = R n n n + 1
325 279 recnd φ n Y + 1 K Y R n
326 90 nncnd φ n Y + 1 K Y n
327 90 nnne0d φ n Y + 1 K Y n 0
328 325 326 270 327 271 divdiv1d φ n Y + 1 K Y R n n n + 1 = R n n n + 1
329 328 fveq2d φ n Y + 1 K Y R n n n + 1 = R n n n + 1
330 288 rprege0d φ n Y + 1 K Y n + 1 0 n + 1
331 absid n + 1 0 n + 1 n + 1 = n + 1
332 330 331 syl φ n Y + 1 K Y n + 1 = n + 1
333 332 oveq2d φ n Y + 1 K Y R n n n + 1 = R n n n + 1
334 324 329 333 3eqtr3rd φ n Y + 1 K Y R n n n + 1 = R n n n + 1
335 323 272 334 3brtr3d φ n Y + 1 K Y E 1 n + 1 R n n n + 1
336 67 274 283 335 fsumle φ n = Y + 1 K Y E 1 n + 1 n = Y + 1 K Y R n n n + 1
337 1 2 3 4 5 6 7 8 9 pntpbnd1 φ n = Y + 1 K Y R n n n + 1 A
338 275 284 38 336 337 letrd φ n = Y + 1 K Y E 1 n + 1 A
339 267 338 eqbrtrd φ E n = Y + 1 K Y 1 n + 1 A
340 93 38 18 lemuldiv2d φ E n = Y + 1 K Y 1 n + 1 A n = Y + 1 K Y 1 n + 1 A E
341 339 340 mpbid φ n = Y + 1 K Y 1 n + 1 A E
342 60 93 39 265 341 letrd φ log K 2 A E
343 41 60 39 66 342 letrd φ C E 2 A E
344 37 12 39 343 subled φ C E A E 2
345 35 344 eqbrtrd φ 2 E 2
346 12 18 20 345 lediv23d φ 2 2 E
347 10 346 eqbrtrrid φ 1 E
348 16 simprd φ E < 1
349 ltnle E 1 E < 1 ¬ 1 E
350 14 48 349 sylancl φ E < 1 ¬ 1 E
351 348 350 mpbid φ ¬ 1 E
352 347 351 pm2.65i ¬ φ