Theorem taupi 14961

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 11786	. 2 |- tau = inf ( ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) , RR , < )
2		lttri3 8040	. . . . 5 |- ( ( f e. RR /\ g e. RR ) -> ( f = g <-> ( -. f < g /\ -. g < f ) ) )
3	2	adantl 277	. . . 4 |- ( ( T. /\ ( f e. RR /\ g e. RR ) ) -> ( f = g <-> ( -. f < g /\ -. g < f ) ) )
4		2re 8992	. . . . . 6 |- 2 e. RR
5		pire 14347	. . . . . 6 |- pi e. RR
6	4, 5	remulcli 7974	. . . . 5 |- ( 2 x. pi ) e. RR
7	6	a1i 9	. . . 4 |- ( T. -> ( 2 x. pi ) e. RR )
8		2rp 9661	. . . . . . 7 |- 2 e. RR+
9		pirp 14350	. . . . . . 7 |- pi e. RR+
10		rpmulcl 9681	. . . . . . 7 |- ( ( 2 e. RR+ /\ pi e. RR+ ) -> ( 2 x. pi ) e. RR+ )
11	8, 9, 10	mp2an 426	. . . . . 6 |- ( 2 x. pi ) e. RR+
12	6	recni 7972	. . . . . . 7 |- ( 2 x. pi ) e. CC
13		cos2pi 14365	. . . . . . 7 |- ( cos ` ( 2 x. pi ) ) = 1
14		cosf 11716	. . . . . . . . 9 |- cos : CC --> CC
15		ffn 5367	. . . . . . . . 9 |- ( cos : CC --> CC -> cos Fn CC )
16	14, 15	ax-mp 5	. . . . . . . 8 |- cos Fn CC
17		fniniseg 5639	. . . . . . . 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 942	. . . . . 6 |- ( 2 x. pi ) e. ( `' cos " { 1 } )
20	11, 19	elini 3321	. . . . 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 3324	. . . . . . . . . 10 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> x e. ( `' cos " { 1 } ) )
23		fniniseg 5639	. . . . . . . . . . 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 122	. . . . . . . . 9 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> ( x e. CC /\ ( cos ` x ) = 1 ) )
26	25	simprd 114	. . . . . . . 8 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> ( cos ` x ) = 1 )
27	26	adantr 276	. . . . . . 7 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> ( cos ` x ) = 1 )
28		elinel1 3323	. . . . . . . . . . 11 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> x e. RR+ )
29	28	rpred 9699	. . . . . . . . . 10 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> x e. RR )
30	29	adantr 276	. . . . . . . . 9 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> x e. RR )
31	28	rpgt0d 9702	. . . . . . . . . 10 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> 0 < x )
32	31	adantr 276	. . . . . . . . 9 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> 0 < x )
33		simpr 110	. . . . . . . . 9 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> x < ( 2 x. pi ) )
34		0xr 8007	. . . . . . . . . 10 |- 0 e. RR*
35	6	rexri 8018	. . . . . . . . . 10 |- ( 2 x. pi ) e. RR*
36		elioo2 9924	. . . . . . . . . 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 426	. . . . . . . . 9 |- ( x e. ( 0 (,) ( 2 x. pi ) ) <-> ( x e. RR /\ 0 < x /\ x < ( 2 x. pi ) ) )
38	30, 32, 33, 37	syl3anbrc 1181	. . . . . . . 8 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> x e. ( 0 (,) ( 2 x. pi ) ) )
39		cos02pilt1 14412	. . . . . . . 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 4029	. . . . . 6 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> 1 < 1 )
42		1red 7975	. . . . . . 7 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> 1 e. RR )
43	42	ltnrd 8072	. . . . . 6 |- ( ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) /\ x < ( 2 x. pi ) ) -> -. 1 < 1 )
44	41, 43	pm2.65da 661	. . . . 5 |- ( x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) -> -. x < ( 2 x. pi ) )
45	44	adantl 277	. . . 4 |- ( ( T. /\ x e. ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) ) -> -. x < ( 2 x. pi ) )
46	3, 7, 21, 45	infminti 7029	. . 3 |- ( T. -> inf ( ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) , RR , < ) = ( 2 x. pi ) )
47	46	mptru 1362	. 2 |- inf ( ( RR+ i^i ( `' cos " { 1 } ) ) , RR , < ) = ( 2 x. pi )
48	1, 47	eqtri 2198	1 |- tau = ( 2 x. pi )

Syntax hints:   -. wn 3   /\ wa 104   <-> wb 105   /\ w3a 978   = wceq 1353   T. wtru 1354   e. wcel 2148   i^i cin 3130   {csn 3594   class class class wbr 4005   `'ccnv 4627   "cima 4631   Fn wfn 5213   -->wf 5214   ` cfv 5218  (class class class)co 5878  infcinf 6985   CCcc 7812   RRcr 7813   0cc0 7814   1c1 7815   x. cmul 7819   RR*cxr 7994   < clt 7995   2c2 8973   RR+crp 9656   (,)cioo 9891   cosccos 11656   picpi 11658   tauctau 11785

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4120  ax-sep 4123  ax-nul 4131  ax-pow 4176  ax-pr 4211  ax-un 4435  ax-setind 4538  ax-iinf 4589  ax-cnex 7905  ax-resscn 7906  ax-1cn 7907  ax-1re 7908  ax-icn 7909  ax-addcl 7910  ax-addrcl 7911  ax-mulcl 7912  ax-mulrcl 7913  ax-addcom 7914  ax-mulcom 7915  ax-addass 7916  ax-mulass 7917  ax-distr 7918  ax-i2m1 7919  ax-0lt1 7920  ax-1rid 7921  ax-0id 7922  ax-rnegex 7923  ax-precex 7924  ax-cnre 7925  ax-pre-ltirr 7926  ax-pre-ltwlin 7927  ax-pre-lttrn 7928  ax-pre-apti 7929  ax-pre-ltadd 7930  ax-pre-mulgt0 7931  ax-pre-mulext 7932  ax-arch 7933  ax-caucvg 7934  ax-pre-suploc 7935  ax-addf 7936  ax-mulf 7937

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 831  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2741  df-sbc 2965  df-csb 3060  df-dif 3133  df-un 3135  df-in 3137  df-ss 3144  df-nul 3425  df-if 3537  df-pw 3579  df-sn 3600  df-pr 3601  df-op 3603  df-uni 3812  df-int 3847  df-iun 3890  df-disj 3983  df-br 4006  df-opab 4067  df-mpt 4068  df-tr 4104  df-id 4295  df-po 4298  df-iso 4299  df-iord 4368  df-on 4370  df-ilim 4371  df-suc 4373  df-iom 4592  df-xp 4634  df-rel 4635  df-cnv 4636  df-co 4637  df-dm 4638  df-rn 4639  df-res 4640  df-ima 4641  df-iota 5180  df-fun 5220  df-fn 5221  df-f 5222  df-f1 5223  df-fo 5224  df-f1o 5225  df-fv 5226  df-isom 5227  df-riota 5834  df-ov 5881  df-oprab 5882  df-mpo 5883  df-of 6086  df-1st 6144  df-2nd 6145  df-recs 6309  df-irdg 6374  df-frec 6395  df-1o 6420  df-oadd 6424  df-er 6538  df-map 6653  df-pm 6654  df-en 6744  df-dom 6745  df-fin 6746  df-sup 6986  df-inf 6987  df-pnf 7997  df-mnf 7998  df-xr 7999  df-ltxr 8000  df-le 8001  df-sub 8133  df-neg 8134  df-reap 8535  df-ap 8542  df-div 8633  df-inn 8923  df-2 8981  df-3 8982  df-4 8983  df-5 8984  df-6 8985  df-7 8986  df-8 8987  df-9 8988  df-n0 9180  df-z 9257  df-uz 9532  df-q 9623  df-rp 9657  df-xneg 9775  df-xadd 9776  df-ioo 9895  df-ioc 9896  df-ico 9897  df-icc 9898  df-fz 10012  df-fzo 10146  df-seqfrec 10449  df-exp 10523  df-fac 10709  df-bc 10731  df-ihash 10759  df-shft 10827  df-cj 10854  df-re 10855  df-im 10856  df-rsqrt 11010  df-abs 11011  df-clim 11290  df-sumdc 11365  df-ef 11659  df-sin 11661  df-cos 11662  df-pi 11664  df-tau 11786  df-rest 12696  df-topgen 12715  df-psmet 13587  df-xmet 13588  df-met 13589  df-bl 13590  df-mopn 13591  df-top 13638  df-topon 13651  df-bases 13683  df-ntr 13736  df-cn 13828  df-cnp 13829  df-tx 13893  df-cncf 14198  df-limced 14265  df-dvap 14266

This theorem is referenced by: (None)