Theorem taupi 14102

Description: Relationship between tau and pi. This can be seen as connecting the ratio of a circle's circumference to its radius and the ratio of a circle's circumference to its diameter. (Contributed by Jim Kingdon, 19-Feb-2019.) (Revised by AV, 1-Oct-2020.)

Assertion

Ref	Expression
taupi	|- tau = ( 2 x. pi )

Proof of Theorem taupi

Dummy variables f g x are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		df-tau 11738	. 2 |- tau = inf ( ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) , RR , < )
2		lttri3 7999	. . . . 5 |- ( ( f e. RR /\ g e. RR ) -> ( f = g <-> ( -. f < g /\ -. g < f ) ) )
3	2	adantl 275	. . . 4 |- ( ( T. /\ ( f e. RR /\ g e. RR ) ) -> ( f = g <-> ( -. f < g /\ -. g < f ) ) )
4		2re 8948	. . . . . 6 |- 2 e. RR
5		pire 13501	. . . . . 6 |- pi e. RR
6	4, 5	remulcli 7934	. . . . 5 |- ( 2 x. pi ) e. RR
7	6	a1i 9	. . . 4 |- ( T. -> ( 2 x. pi ) e. RR )
8		2rp 9615	. . . . . . 7 |- 2 e. RR+
9		pirp 13504	. . . . . . 7 |- pi e. RR+
10		rpmulcl 9635	. . . . . . 7 |- ( ( 2 e. RR+ /\ pi e. RR+ ) -> ( 2 x. pi ) e. RR+ )
11	8, 9, 10	mp2an 424	. . . . . 6 |- ( 2 x. pi ) e. RR+
12	6	recni 7932	. . . . . . 7 |- ( 2 x. pi ) e. CC
13		cos2pi 13519	. . . . . . 7 |- ( cos ` ( 2 x. pi ) ) = 1
14		cosf 11668	. . . . . . . . 9 |- cos : CC --> CC
15		ffn 5347	. . . . . . . . 9 |- ( cos : CC --> CC -> cos Fn CC )
16	14, 15	ax-mp 5	. . . . . . . 8 |- cos Fn CC
17		fniniseg 5616	. . . . . . . 8 |- ( cos Fn CC -> ( ( 2 x. pi ) e. ( `' cos " { 1 } ) <-> ( ( 2 x. pi ) e. CC /\ ( cos ` ( 2 x. pi ) ) = 1 ) ) )
18	16, 17	ax-mp 5	. . . . . . 7 |- ( ( 2 x. pi ) e. ( `' cos " { 1 } ) <-> ( ( 2 x. pi ) e. CC /\ ( cos ` ( 2 x. pi ) ) = 1 ) )
19	12, 13, 18	mpbir2an 937	. . . . . 6 |- ( 2 x. pi ) e. ( `' cos " { 1 } )
20	11, 19	elini 3311	. . . . 5 |- ( 2 x. pi ) e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) )
21	20	a1i 9	. . . 4 |- ( T. -> ( 2 x. pi ) e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) )
22		elinel2 3314	. . . . . . . . . 10 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> x e. ( `' cos " { 1 } ) )
23		fniniseg 5616	. . . . . . . . . . 11 |- ( cos Fn CC -> ( x e. ( `' cos " { 1 } ) <-> ( x e. CC /\ ( cos ` x ) = 1 ) ) )
24	16, 23	ax-mp 5	. . . . . . . . . 10 |- ( x e. ( `' cos " { 1 } ) <-> ( x e. CC /\ ( cos ` x ) = 1 ) )
25	22, 24	sylib 121	. . . . . . . . 9 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> ( x e. CC /\ ( cos ` x ) = 1 ) )
26	25	simprd 113	. . . . . . . 8 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> ( cos ` x ) = 1 )
27	26	adantr 274	. . . . . . 7 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> ( cos ` x ) = 1 )
28		elinel1 3313	. . . . . . . . . . 11 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> x e. RR+ )
29	28	rpred 9653	. . . . . . . . . 10 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> x e. RR )
30	29	adantr 274	. . . . . . . . 9 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> x e. RR )
31	28	rpgt0d 9656	. . . . . . . . . 10 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> 0 < x )
32	31	adantr 274	. . . . . . . . 9 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> 0 < x )
33		simpr 109	. . . . . . . . 9 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> x < ( 2 x. pi ) )
34		0xr 7966	. . . . . . . . . 10 |- 0 e. RR*
35	6	rexri 7977	. . . . . . . . . 10 |- ( 2 x. pi ) e. RR*
36		elioo2 9878	. . . . . . . . . 10 |- ( ( 0 e. RR* /\ ( 2 x. pi ) e. RR* ) -> ( x e. ( 0 (,) ( 2 x. pi ) ) <-> ( x e. RR /\ 0 < x /\ x < ( 2 x. pi ) ) ) )
37	34, 35, 36	mp2an 424	. . . . . . . . 9 |- ( x e. ( 0 (,) ( 2 x. pi ) ) <-> ( x e. RR /\ 0 < x /\ x < ( 2 x. pi ) ) )
38	30, 32, 33, 37	syl3anbrc 1176	. . . . . . . 8 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> x e. ( 0 (,) ( 2 x. pi ) ) )
39		cos02pilt1 13566	. . . . . . . 8 |- ( x e. ( 0 (,) ( 2 x. pi ) ) -> ( cos ` x ) < 1 )
40	38, 39	syl 14	. . . . . . 7 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> ( cos ` x ) < 1 )
41	27, 40	eqbrtrrd 4013	. . . . . 6 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> 1 < 1 )
42		1red 7935	. . . . . . 7 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> 1 e. RR )
43	42	ltnrd 8031	. . . . . 6 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> -. 1 < 1 )
44	41, 43	pm2.65da 656	. . . . 5 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> -. x < ( 2 x. pi ) )
45	44	adantl 275	. . . 4 |- ( ( T. /\ x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) ) -> -. x < ( 2 x. pi ) )
46	3, 7, 21, 45	infminti 7004	. . 3 |- ( T. -> inf ( ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) , RR , < ) = ( 2 x. pi ) )
47	46	mptru 1357	. 2 |- inf ( ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) , RR , < ) = ( 2 x. pi )
48	1, 47	eqtri 2191	1 |- tau = ( 2 x. pi )

Syntax hints:   -. wn 3   /\ wa 103   <-> wb 104   /\ w3a 973   = wceq 1348   T. wtru 1349   e. wcel 2141   i^i cin 3120   {csn 3583   class class class wbr 3989   `'ccnv 4610   "cima 4614   Fn wfn 5193   -->wf 5194   ` cfv 5198  (class class class)co 5853  infcinf 6960   CCcc 7772   RRcr 7773   0cc0 7774   1c1 7775   x. cmul 7779   RR*cxr 7953   < clt 7954   2c2 8929   RR+crp 9610   (,)cioo 9845   cosccos 11608   picpi 11610   tauctau 11737

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 609  ax-in2 610  ax-io 704  ax-5 1440  ax-7 1441  ax-gen 1442  ax-ie1 1486  ax-ie2 1487  ax-8 1497  ax-10 1498  ax-11 1499  ax-i12 1500  ax-bndl 1502  ax-4 1503  ax-17 1519  ax-i9 1523  ax-ial 1527  ax-i5r 1528  ax-13 2143  ax-14 2144  ax-ext 2152  ax-coll 4104  ax-sep 4107  ax-nul 4115  ax-pow 4160  ax-pr 4194  ax-un 4418  ax-setind 4521  ax-iinf 4572  ax-cnex 7865  ax-resscn 7866  ax-1cn 7867  ax-1re 7868  ax-icn 7869  ax-addcl 7870  ax-addrcl 7871  ax-mulcl 7872  ax-mulrcl 7873  ax-addcom 7874  ax-mulcom 7875  ax-addass 7876  ax-mulass 7877  ax-distr 7878  ax-i2m1 7879  ax-0lt1 7880  ax-1rid 7881  ax-0id 7882  ax-rnegex 7883  ax-precex 7884  ax-cnre 7885  ax-pre-ltirr 7886  ax-pre-ltwlin 7887  ax-pre-lttrn 7888  ax-pre-apti 7889  ax-pre-ltadd 7890  ax-pre-mulgt0 7891  ax-pre-mulext 7892  ax-arch 7893  ax-caucvg 7894  ax-pre-suploc 7895  ax-addf 7896  ax-mulf 7897

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-stab 826  df-dc 830  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1351  df-fal 1354  df-nf 1454  df-sb 1756  df-eu 2022  df-mo 2023  df-clab 2157  df-cleq 2163  df-clel 2166  df-nfc 2301  df-ne 2341  df-nel 2436  df-ral 2453  df-rex 2454  df-reu 2455  df-rmo 2456  df-rab 2457  df-v 2732  df-sbc 2956  df-csb 3050  df-dif 3123  df-un 3125  df-in 3127  df-ss 3134  df-nul 3415  df-if 3527  df-pw 3568  df-sn 3589  df-pr 3590  df-op 3592  df-uni 3797  df-int 3832  df-iun 3875  df-disj 3967  df-br 3990  df-opab 4051  df-mpt 4052  df-tr 4088  df-id 4278  df-po 4281  df-iso 4282  df-iord 4351  df-on 4353  df-ilim 4354  df-suc 4356  df-iom 4575  df-xp 4617  df-rel 4618  df-cnv 4619  df-co 4620  df-dm 4621  df-rn 4622  df-res 4623  df-ima 4624  df-iota 5160  df-fun 5200  df-fn 5201  df-f 5202  df-f1 5203  df-fo 5204  df-f1o 5205  df-fv 5206  df-isom 5207  df-riota 5809  df-ov 5856  df-oprab 5857  df-mpo 5858  df-of 6061  df-1st 6119  df-2nd 6120  df-recs 6284  df-irdg 6349  df-frec 6370  df-1o 6395  df-oadd 6399  df-er 6513  df-map 6628  df-pm 6629  df-en 6719  df-dom 6720  df-fin 6721  df-sup 6961  df-inf 6962  df-pnf 7956  df-mnf 7957  df-xr 7958  df-ltxr 7959  df-le 7960  df-sub 8092  df-neg 8093  df-reap 8494  df-ap 8501  df-div 8590  df-inn 8879  df-2 8937  df-3 8938  df-4 8939  df-5 8940  df-6 8941  df-7 8942  df-8 8943  df-9 8944  df-n0 9136  df-z 9213  df-uz 9488  df-q 9579  df-rp 9611  df-xneg 9729  df-xadd 9730  df-ioo 9849  df-ioc 9850  df-ico 9851  df-icc 9852  df-fz 9966  df-fzo 10099  df-seqfrec 10402  df-exp 10476  df-fac 10660  df-bc 10682  df-ihash 10710  df-shft 10779  df-cj 10806  df-re 10807  df-im 10808  df-rsqrt 10962  df-abs 10963  df-clim 11242  df-sumdc 11317  df-ef 11611  df-sin 11613  df-cos 11614  df-pi 11616  df-tau 11738  df-rest 12581  df-topgen 12600  df-psmet 12781  df-xmet 12782  df-met 12783  df-bl 12784  df-mopn 12785  df-top 12790  df-topon 12803  df-bases 12835  df-ntr 12890  df-cn 12982  df-cnp 12983  df-tx 13047  df-cncf 13352  df-limced 13419  df-dvap 13420

This theorem is referenced by: (None)