Metamath Proof Explorer


Theorem rplogsumlem1

Description: Lemma for rplogsum . (Contributed by Mario Carneiro, 2-May-2016)

Ref Expression
Assertion rplogsumlem1 ⊢ A ∈ ℕ → ∑ n = 2 A log ⁡ n n ⁢ n − 1 ≤ 2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fzfid ⊢ A ∈ ℕ → 2 … A ∈ Fin
2 elfzuz ⊢ n ∈ 2 … A → n ∈ ℤ ≥ 2
3 eluz2nn ⊢ n ∈ ℤ ≥ 2 → n ∈ ℕ
4 2 3 syl ⊢ n ∈ 2 … A → n ∈ ℕ
5 4 adantl ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ∈ ℕ
6 5 nnrpd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ∈ ℝ +
7 6 relogcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → log ⁡ n ∈ ℝ
8 2 adantl ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ∈ ℤ ≥ 2
9 uz2m1nn ⊢ n ∈ ℤ ≥ 2 → n − 1 ∈ ℕ
10 8 9 syl ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ∈ ℕ
11 5 10 nnmulcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ∈ ℕ
12 7 11 nndivred ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → log ⁡ n n ⁢ n − 1 ∈ ℝ
13 1 12 fsumrecl ⊢ A ∈ ℕ → ∑ n = 2 A log ⁡ n n ⁢ n − 1 ∈ ℝ
14 2re ⊢ 2 ∈ ℝ
15 10 nnrpd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ∈ ℝ +
16 15 rpsqrtcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ∈ ℝ +
17 rerpdivcl ⊢ 2 ∈ ℝ ∧ n − 1 ∈ ℝ + → 2 n − 1 ∈ ℝ
18 14 16 17 sylancr ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 n − 1 ∈ ℝ
19 6 rpsqrtcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ∈ ℝ +
20 rerpdivcl ⊢ 2 ∈ ℝ ∧ n ∈ ℝ + → 2 n ∈ ℝ
21 14 19 20 sylancr ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 n ∈ ℝ
22 18 21 resubcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 n − 1 − 2 n ∈ ℝ
23 1 22 fsumrecl ⊢ A ∈ ℕ → ∑ n = 2 A 2 n − 1 − 2 n ∈ ℝ
24 14 a1i ⊢ A ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ
25 16 rpred ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ∈ ℝ
26 5 nnred ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ∈ ℝ
27 peano2rem ⊢ n ∈ ℝ → n − 1 ∈ ℝ
28 26 27 syl ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ∈ ℝ
29 26 28 remulcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ∈ ℝ
30 29 22 remulcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ⁢ 2 n − 1 − 2 n ∈ ℝ
31 5 nncnd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ∈ ℂ
32 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
33 npcan ⊢ n ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → n - 1 + 1 = n
34 31 32 33 sylancl ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n - 1 + 1 = n
35 34 fveq2d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → log ⁡ n - 1 + 1 = log ⁡ n
36 15 rpge0d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 0 ≤ n − 1
37 loglesqrt ⊢ n − 1 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ n − 1 → log ⁡ n - 1 + 1 ≤ n − 1
38 28 36 37 syl2anc ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → log ⁡ n - 1 + 1 ≤ n − 1
39 35 38 eqbrtrrd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → log ⁡ n ≤ n − 1
40 19 rpred ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ∈ ℝ
41 40 25 readdcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n + n − 1 ∈ ℝ
42 remulcl ⊢ n ∈ ℝ ∧ 2 ∈ ℝ → n ⋅ 2 ∈ ℝ
43 40 14 42 sylancl ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⋅ 2 ∈ ℝ
44 40 25 resubcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − n − 1 ∈ ℝ
45 26 lem1d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ≤ n
46 6 rpge0d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 0 ≤ n
47 28 36 26 46 sqrtled ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ≤ n ↔ n − 1 ≤ n
48 45 47 mpbid ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ≤ n
49 40 25 subge0d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 0 ≤ n − n − 1 ↔ n − 1 ≤ n
50 48 49 mpbird ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 0 ≤ n − n − 1
51 25 40 40 48 leadd2dd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n + n − 1 ≤ n + n
52 19 rpcnd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ∈ ℂ
53 52 times2d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⋅ 2 = n + n
54 51 53 breqtrrd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n + n − 1 ≤ n ⋅ 2
55 41 43 44 50 54 lemul1ad ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n + n − 1 ⁢ n − n − 1 ≤ n ⋅ 2 ⁢ n − n − 1
56 31 sqsqrtd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n 2 = n
57 subcl ⊢ n ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → n − 1 ∈ ℂ
58 31 32 57 sylancl ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ∈ ℂ
59 58 sqsqrtd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 2 = n − 1
60 56 59 oveq12d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n 2 − n − 1 2 = n − n − 1
61 16 rpcnd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ∈ ℂ
62 subsq ⊢ n ∈ ℂ ∧ n − 1 ∈ ℂ → n 2 − n − 1 2 = n + n − 1 ⁢ n − n − 1
63 52 61 62 syl2anc ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n 2 − n − 1 2 = n + n − 1 ⁢ n − n − 1
64 nncan ⊢ n ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → n − n − 1 = 1
65 31 32 64 sylancl ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − n − 1 = 1
66 60 63 65 3eqtr3d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n + n − 1 ⁢ n − n − 1 = 1
67 2cn ⊢ 2 ∈ ℂ
68 67 a1i ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 ∈ ℂ
69 44 recnd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − n − 1 ∈ ℂ
70 52 68 69 mulassd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⋅ 2 ⁢ n − n − 1 = n ⁢ 2 ⁢ n − n − 1
71 55 66 70 3brtr3d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 1 ≤ n ⁢ 2 ⁢ n − n − 1
72 1red ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 1 ∈ ℝ
73 remulcl ⊢ 2 ∈ ℝ ∧ n − n − 1 ∈ ℝ → 2 ⁢ n − n − 1 ∈ ℝ
74 14 44 73 sylancr ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 ⁢ n − n − 1 ∈ ℝ
75 40 74 remulcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ 2 ⁢ n − n − 1 ∈ ℝ
76 72 75 16 lemul1d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 1 ≤ n ⁢ 2 ⁢ n − n − 1 ↔ 1 ⁢ n − 1 ≤ n ⁢ 2 ⁢ n − n − 1 ⁢ n − 1
77 71 76 mpbid ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 1 ⁢ n − 1 ≤ n ⁢ 2 ⁢ n − n − 1 ⁢ n − 1
78 61 mullidd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 1 ⁢ n − 1 = n − 1
79 74 recnd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 ⁢ n − n − 1 ∈ ℂ
80 52 79 61 mul32d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ 2 ⁢ n − n − 1 ⁢ n − 1 = n ⁢ n − 1 ⁢ 2 ⁢ n − n − 1
81 77 78 80 3brtr3d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ≤ n ⁢ n − 1 ⁢ 2 ⁢ n − n − 1
82 remsqsqrt ⊢ n ∈ ℝ ∧ 0 ≤ n → n ⁢ n = n
83 26 46 82 syl2anc ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n = n
84 remsqsqrt ⊢ n − 1 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ n − 1 → n − 1 ⁢ n − 1 = n − 1
85 28 36 84 syl2anc ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ⁢ n − 1 = n − 1
86 83 85 oveq12d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n ⁢ n − 1 ⁢ n − 1 = n ⁢ n − 1
87 52 52 61 61 mul4d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n ⁢ n − 1 ⁢ n − 1 = n ⁢ n − 1 ⁢ n ⁢ n − 1
88 86 87 eqtr3d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 = n ⁢ n − 1 ⁢ n ⁢ n − 1
89 16 rpcnne0d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ∈ ℂ ∧ n − 1 ≠ 0
90 19 rpcnne0d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ∈ ℂ ∧ n ≠ 0
91 divsubdiv ⊢ 2 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ ∧ n − 1 ∈ ℂ ∧ n − 1 ≠ 0 ∧ n ∈ ℂ ∧ n ≠ 0 → 2 n − 1 − 2 n = 2 ⁢ n − 2 ⁢ n − 1 n − 1 ⁢ n
92 68 68 89 90 91 syl22anc ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 n − 1 − 2 n = 2 ⁢ n − 2 ⁢ n − 1 n − 1 ⁢ n
93 68 52 61 subdid ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 ⁢ n − n − 1 = 2 ⁢ n − 2 ⁢ n − 1
94 52 61 mulcomd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 = n − 1 ⁢ n
95 93 94 oveq12d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 ⁢ n − n − 1 n ⁢ n − 1 = 2 ⁢ n − 2 ⁢ n − 1 n − 1 ⁢ n
96 92 95 eqtr4d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 n − 1 − 2 n = 2 ⁢ n − n − 1 n ⁢ n − 1
97 88 96 oveq12d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ⁢ 2 n − 1 − 2 n = n ⁢ n − 1 ⁢ n ⁢ n − 1 ⁢ 2 ⁢ n − n − 1 n ⁢ n − 1
98 52 61 mulcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ∈ ℂ
99 19 16 rpmulcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ∈ ℝ +
100 74 99 rerpdivcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 ⁢ n − n − 1 n ⁢ n − 1 ∈ ℝ
101 100 recnd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 ⁢ n − n − 1 n ⁢ n − 1 ∈ ℂ
102 98 98 101 mulassd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ⁢ n ⁢ n − 1 ⁢ 2 ⁢ n − n − 1 n ⁢ n − 1 = n ⁢ n − 1 ⁢ n ⁢ n − 1 ⁢ 2 ⁢ n − n − 1 n ⁢ n − 1
103 99 rpne0d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ≠ 0
104 79 98 103 divcan2d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ⁢ 2 ⁢ n − n − 1 n ⁢ n − 1 = 2 ⁢ n − n − 1
105 104 oveq2d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ⁢ n ⁢ n − 1 ⁢ 2 ⁢ n − n − 1 n ⁢ n − 1 = n ⁢ n − 1 ⁢ 2 ⁢ n − n − 1
106 97 102 105 3eqtrd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n ⁢ n − 1 ⁢ 2 n − 1 − 2 n = n ⁢ n − 1 ⁢ 2 ⁢ n − n − 1
107 81 106 breqtrrd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n − 1 ≤ n ⁢ n − 1 ⁢ 2 n − 1 − 2 n
108 7 25 30 39 107 letrd ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → log ⁡ n ≤ n ⁢ n − 1 ⁢ 2 n − 1 − 2 n
109 11 nngt0d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 0 < n ⁢ n − 1
110 ledivmul ⊢ log ⁡ n ∈ ℝ ∧ 2 n − 1 − 2 n ∈ ℝ ∧ n ⁢ n − 1 ∈ ℝ ∧ 0 < n ⁢ n − 1 → log ⁡ n n ⁢ n − 1 ≤ 2 n − 1 − 2 n ↔ log ⁡ n ≤ n ⁢ n − 1 ⁢ 2 n − 1 − 2 n
111 7 22 29 109 110 syl112anc ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → log ⁡ n n ⁢ n − 1 ≤ 2 n − 1 − 2 n ↔ log ⁡ n ≤ n ⁢ n − 1 ⁢ 2 n − 1 − 2 n
112 108 111 mpbird ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → log ⁡ n n ⁢ n − 1 ≤ 2 n − 1 − 2 n
113 1 12 22 112 fsumle ⊢ A ∈ ℕ → ∑ n = 2 A log ⁡ n n ⁢ n − 1 ≤ ∑ n = 2 A 2 n − 1 − 2 n
114 fvoveq1 ⊢ k = n → k − 1 = n − 1
115 114 oveq2d ⊢ k = n → 2 k − 1 = 2 n − 1
116 fvoveq1 ⊢ k = n + 1 → k − 1 = n + 1 - 1
117 116 oveq2d ⊢ k = n + 1 → 2 k − 1 = 2 n + 1 - 1
118 oveq1 ⊢ k = 2 → k − 1 = 2 − 1
119 2m1e1 ⊢ 2 − 1 = 1
120 118 119 eqtrdi ⊢ k = 2 → k − 1 = 1
121 120 fveq2d ⊢ k = 2 → k − 1 = 1
122 sqrt1 ⊢ 1 = 1
123 121 122 eqtrdi ⊢ k = 2 → k − 1 = 1
124 123 oveq2d ⊢ k = 2 → 2 k − 1 = 2 1
125 67 div1i ⊢ 2 1 = 2
126 124 125 eqtrdi ⊢ k = 2 → 2 k − 1 = 2
127 fvoveq1 ⊢ k = A + 1 → k − 1 = A + 1 - 1
128 127 oveq2d ⊢ k = A + 1 → 2 k − 1 = 2 A + 1 - 1
129 nnz ⊢ A ∈ ℕ → A ∈ ℤ
130 eluzp1p1 ⊢ A ∈ ℤ ≥ 1 → A + 1 ∈ ℤ ≥ 1 + 1
131 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
132 130 131 eleq2s ⊢ A ∈ ℕ → A + 1 ∈ ℤ ≥ 1 + 1
133 df-2 ⊢ 2 = 1 + 1
134 133 fveq2i ⊢ ℤ ≥ 2 = ℤ ≥ 1 + 1
135 132 134 eleqtrrdi ⊢ A ∈ ℕ → A + 1 ∈ ℤ ≥ 2
136 elfzuz ⊢ k ∈ 2 … A + 1 → k ∈ ℤ ≥ 2
137 uz2m1nn ⊢ k ∈ ℤ ≥ 2 → k − 1 ∈ ℕ
138 136 137 syl ⊢ k ∈ 2 … A + 1 → k − 1 ∈ ℕ
139 138 adantl ⊢ A ∈ ℕ ∧ k ∈ 2 … A + 1 → k − 1 ∈ ℕ
140 139 nnrpd ⊢ A ∈ ℕ ∧ k ∈ 2 … A + 1 → k − 1 ∈ ℝ +
141 140 rpsqrtcld ⊢ A ∈ ℕ ∧ k ∈ 2 … A + 1 → k − 1 ∈ ℝ +
142 rerpdivcl ⊢ 2 ∈ ℝ ∧ k − 1 ∈ ℝ + → 2 k − 1 ∈ ℝ
143 14 141 142 sylancr ⊢ A ∈ ℕ ∧ k ∈ 2 … A + 1 → 2 k − 1 ∈ ℝ
144 143 recnd ⊢ A ∈ ℕ ∧ k ∈ 2 … A + 1 → 2 k − 1 ∈ ℂ
145 115 117 126 128 129 135 144 telfsum ⊢ A ∈ ℕ → ∑ n = 2 A 2 n − 1 − 2 n + 1 - 1 = 2 − 2 A + 1 - 1
146 pncan ⊢ n ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → n + 1 - 1 = n
147 31 32 146 sylancl ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n + 1 - 1 = n
148 147 fveq2d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → n + 1 - 1 = n
149 148 oveq2d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 n + 1 - 1 = 2 n
150 149 oveq2d ⊢ A ∈ ℕ ∧ n ∈ 2 … A → 2 n − 1 − 2 n + 1 - 1 = 2 n − 1 − 2 n
151 150 sumeq2dv ⊢ A ∈ ℕ → ∑ n = 2 A 2 n − 1 − 2 n + 1 - 1 = ∑ n = 2 A 2 n − 1 − 2 n
152 nncn ⊢ A ∈ ℕ → A ∈ ℂ
153 pncan ⊢ A ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → A + 1 - 1 = A
154 152 32 153 sylancl ⊢ A ∈ ℕ → A + 1 - 1 = A
155 154 fveq2d ⊢ A ∈ ℕ → A + 1 - 1 = A
156 155 oveq2d ⊢ A ∈ ℕ → 2 A + 1 - 1 = 2 A
157 156 oveq2d ⊢ A ∈ ℕ → 2 − 2 A + 1 - 1 = 2 − 2 A
158 145 151 157 3eqtr3d ⊢ A ∈ ℕ → ∑ n = 2 A 2 n − 1 − 2 n = 2 − 2 A
159 2rp ⊢ 2 ∈ ℝ +
160 nnrp ⊢ A ∈ ℕ → A ∈ ℝ +
161 160 rpsqrtcld ⊢ A ∈ ℕ → A ∈ ℝ +
162 rpdivcl ⊢ 2 ∈ ℝ + ∧ A ∈ ℝ + → 2 A ∈ ℝ +
163 159 161 162 sylancr ⊢ A ∈ ℕ → 2 A ∈ ℝ +
164 163 rpge0d ⊢ A ∈ ℕ → 0 ≤ 2 A
165 163 rpred ⊢ A ∈ ℕ → 2 A ∈ ℝ
166 subge02 ⊢ 2 ∈ ℝ ∧ 2 A ∈ ℝ → 0 ≤ 2 A ↔ 2 − 2 A ≤ 2
167 14 165 166 sylancr ⊢ A ∈ ℕ → 0 ≤ 2 A ↔ 2 − 2 A ≤ 2
168 164 167 mpbid ⊢ A ∈ ℕ → 2 − 2 A ≤ 2
169 158 168 eqbrtrd ⊢ A ∈ ℕ → ∑ n = 2 A 2 n − 1 − 2 n ≤ 2
170 13 23 24 113 169 letrd ⊢ A ∈ ℕ → ∑ n = 2 A log ⁡ n n ⁢ n − 1 ≤ 2