Theorem cosordlem 15643

Description: Cosine is decreasing over the closed interval from 0 to π. (Contributed by Mario Carneiro, 10-May-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
cosord.1	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (0[,]π))
cosord.2	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ (0[,]π))
cosord.3	⊢ (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)

Assertion

Ref	Expression
cosordlem	⊢ (𝜑 → (cos‘𝐵) < (cos‘𝐴))

Proof of Theorem cosordlem

Step	Hyp	Ref	Expression
1		cosord.2	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ (0[,]π))
2		0re 8222	. . . . . . . 8 ⊢ 0 ∈ ℝ
3		pire 15580	. . . . . . . 8 ⊢ π ∈ ℝ
4	2, 3	elicc2i 10218	. . . . . . 7 ⊢ (𝐵 ∈ (0[,]π) ↔ (𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐵 ∧ 𝐵 ≤ π))
5	1, 4	sylib 122	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐵 ∧ 𝐵 ≤ π))
6	5	simp1d 1036	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
7	6	recnd 8250	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
8		cosord.1	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (0[,]π))
9	2, 3	elicc2i 10218	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ (0[,]π) ↔ (𝐴 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 ≤ π))
10	8, 9	sylib 122	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 ≤ π))
11	10	simp1d 1036	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
12	11	recnd 8250	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
13		subcos 12371	. . . 4 ⊢ ((𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → ((cos‘𝐴) − (cos‘𝐵)) = (2 · ((sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) · (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)))))
14	7, 12, 13	syl2anc 411	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((cos‘𝐴) − (cos‘𝐵)) = (2 · ((sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) · (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)))))
15		2rp 9937	. . . 4 ⊢ 2 ∈ ℝ+
16	6, 11	readdcld 8251	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + 𝐴) ∈ ℝ)
17	16	rehalfcld 9433	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ ℝ)
18	17	resincld 12347	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) ∈ ℝ)
19	2	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
20	10	simp2d 1037	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ 𝐴)
21		cosord.3	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)
22	19, 11, 6, 20, 21	lelttrd 8346	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 0 < 𝐵)
23	6, 11, 22, 20	addgtge0d 8742	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 0 < (𝐵 + 𝐴))
24		2re 9255	. . . . . . . . . 10 ⊢ 2 ∈ ℝ
25		2pos 9276	. . . . . . . . . 10 ⊢ 0 < 2
26		divgt0 9094	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝐵 + 𝐴) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐵 + 𝐴)) ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → 0 < ((𝐵 + 𝐴) / 2))
27	24, 25, 26	mpanr12 439	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐵 + 𝐴) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐵 + 𝐴)) → 0 < ((𝐵 + 𝐴) / 2))
28	16, 23, 27	syl2anc 411	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 0 < ((𝐵 + 𝐴) / 2))
29	3	a1i 9	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → π ∈ ℝ)
30	11, 6, 6, 21	ltadd2dd 8644	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + 𝐴) < (𝐵 + 𝐵))
31	7	2timesd 9429	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (2 · 𝐵) = (𝐵 + 𝐵))
32	30, 31	breqtrrd 4121	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + 𝐴) < (2 · 𝐵))
33	24	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℝ)
34	25	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 0 < 2)
35		ltdivmul 9098	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐵 + 𝐴) ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → (((𝐵 + 𝐴) / 2) < 𝐵 ↔ (𝐵 + 𝐴) < (2 · 𝐵)))
36	16, 6, 33, 34, 35	syl112anc 1278	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (((𝐵 + 𝐴) / 2) < 𝐵 ↔ (𝐵 + 𝐴) < (2 · 𝐵)))
37	32, 36	mpbird 167	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 + 𝐴) / 2) < 𝐵)
38	5	simp3d 1038	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ≤ π)
39	17, 6, 29, 37, 38	ltletrd 8645	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 + 𝐴) / 2) < π)
40		0xr 8268	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℝ*
41	3	rexri 8279	. . . . . . . . 9 ⊢ π ∈ ℝ*
42		elioo2 10200	. . . . . . . . 9 ⊢ ((0 ∈ ℝ* ∧ π ∈ ℝ*) → (((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π) ↔ (((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝐵 + 𝐴) / 2) ∧ ((𝐵 + 𝐴) / 2) < π)))
43	40, 41, 42	mp2an 426	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π) ↔ (((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝐵 + 𝐴) / 2) ∧ ((𝐵 + 𝐴) / 2) < π))
44	17, 28, 39, 43	syl3anbrc 1208	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π))
45		sinq12gt0 15624	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π) → 0 < (sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)))
46	44, 45	syl 14	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 0 < (sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)))
47	18, 46	elrpd 9972	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) ∈ ℝ+)
48	6, 11	resubcld 8602	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐵 − 𝐴) ∈ ℝ)
49	48	rehalfcld 9433	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ ℝ)
50	49	resincld 12347	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)) ∈ ℝ)
51	11, 6	posdifd 8754	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐴 < 𝐵 ↔ 0 < (𝐵 − 𝐴)))
52	21, 51	mpbid 147	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 0 < (𝐵 − 𝐴))
53		divgt0 9094	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝐵 − 𝐴) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐵 − 𝐴)) ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → 0 < ((𝐵 − 𝐴) / 2))
54	24, 25, 53	mpanr12 439	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐵 − 𝐴) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐵 − 𝐴)) → 0 < ((𝐵 − 𝐴) / 2))
55	48, 52, 54	syl2anc 411	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 0 < ((𝐵 − 𝐴) / 2))
56		rehalfcl 9413	. . . . . . . . . 10 ⊢ (π ∈ ℝ → (π / 2) ∈ ℝ)
57	3, 56	mp1i 10	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (π / 2) ∈ ℝ)
58	6, 11	subge02d 8759	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (0 ≤ 𝐴 ↔ (𝐵 − 𝐴) ≤ 𝐵))
59	20, 58	mpbid 147	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐵 − 𝐴) ≤ 𝐵)
60	48, 6, 29, 59, 38	letrd 8345	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐵 − 𝐴) ≤ π)
61		lediv1 9091	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝐵 − 𝐴) ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → ((𝐵 − 𝐴) ≤ π ↔ ((𝐵 − 𝐴) / 2) ≤ (π / 2)))
62	48, 29, 33, 34, 61	syl112anc 1278	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 − 𝐴) ≤ π ↔ ((𝐵 − 𝐴) / 2) ≤ (π / 2)))
63	60, 62	mpbid 147	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 − 𝐴) / 2) ≤ (π / 2))
64		pirp 15583	. . . . . . . . . 10 ⊢ π ∈ ℝ+
65		rphalflt 9962	. . . . . . . . . 10 ⊢ (π ∈ ℝ+ → (π / 2) < π)
66	64, 65	mp1i 10	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (π / 2) < π)
67	49, 57, 29, 63, 66	lelttrd 8346	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 − 𝐴) / 2) < π)
68		elioo2 10200	. . . . . . . . 9 ⊢ ((0 ∈ ℝ* ∧ π ∈ ℝ*) → (((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π) ↔ (((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝐵 − 𝐴) / 2) ∧ ((𝐵 − 𝐴) / 2) < π)))
69	40, 41, 68	mp2an 426	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π) ↔ (((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝐵 − 𝐴) / 2) ∧ ((𝐵 − 𝐴) / 2) < π))
70	49, 55, 67, 69	syl3anbrc 1208	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π))
71		sinq12gt0 15624	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π) → 0 < (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)))
72	70, 71	syl 14	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 0 < (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)))
73	50, 72	elrpd 9972	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)) ∈ ℝ+)
74	47, 73	rpmulcld 9992	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) · (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2))) ∈ ℝ+)
75		rpmulcl 9957	. . . 4 ⊢ ((2 ∈ ℝ+ ∧ ((sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) · (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2))) ∈ ℝ+) → (2 · ((sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) · (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)))) ∈ ℝ+)
76	15, 74, 75	sylancr 414	. . 3 ⊢ (𝜑 → (2 · ((sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) · (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)))) ∈ ℝ+)
77	14, 76	eqeltrd 2308	. 2 ⊢ (𝜑 → ((cos‘𝐴) − (cos‘𝐵)) ∈ ℝ+)
78	6	recoscld 12348	. . 3 ⊢ (𝜑 → (cos‘𝐵) ∈ ℝ)
79	11	recoscld 12348	. . 3 ⊢ (𝜑 → (cos‘𝐴) ∈ ℝ)
80		difrp 9971	. . 3 ⊢ (((cos‘𝐵) ∈ ℝ ∧ (cos‘𝐴) ∈ ℝ) → ((cos‘𝐵) < (cos‘𝐴) ↔ ((cos‘𝐴) − (cos‘𝐵)) ∈ ℝ+))
81	78, 79, 80	syl2anc 411	. 2 ⊢ (𝜑 → ((cos‘𝐵) < (cos‘𝐴) ↔ ((cos‘𝐴) − (cos‘𝐵)) ∈ ℝ+))
82	77, 81	mpbird 167	1 ⊢ (𝜑 → (cos‘𝐵) < (cos‘𝐴))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   ∧ w3a 1005   = wceq 1398   ∈ wcel 2202   class class class wbr 4093  ‘cfv 5333  (class class class)co 6028  ℂcc 8073  ℝcr 8074  0cc0 8075   + caddc 8078   · cmul 8080  ℝ^*cxr 8255   < clt 8256   ≤ cle 8257   − cmin 8392   / cdiv 8894  2c2 9236  ℝ⁺crp 9932  (,)cioo 10167  [,]cicc 10170  sincsin 12268  cosccos 12269  πcpi 12271

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 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-coll 4209  ax-sep 4212  ax-nul 4220  ax-pow 4270  ax-pr 4305  ax-un 4536  ax-setind 4641  ax-iinf 4692  ax-cnex 8166  ax-resscn 8167  ax-1cn 8168  ax-1re 8169  ax-icn 8170  ax-addcl 8171  ax-addrcl 8172  ax-mulcl 8173  ax-mulrcl 8174  ax-addcom 8175  ax-mulcom 8176  ax-addass 8177  ax-mulass 8178  ax-distr 8179  ax-i2m1 8180  ax-0lt1 8181  ax-1rid 8182  ax-0id 8183  ax-rnegex 8184  ax-precex 8185  ax-cnre 8186  ax-pre-ltirr 8187  ax-pre-ltwlin 8188  ax-pre-lttrn 8189  ax-pre-apti 8190  ax-pre-ltadd 8191  ax-pre-mulgt0 8192  ax-pre-mulext 8193  ax-arch 8194  ax-caucvg 8195  ax-pre-suploc 8196  ax-addf 8197  ax-mulf 8198

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 839  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2364  df-ne 2404  df-nel 2499  df-ral 2516  df-rex 2517  df-reu 2518  df-rmo 2519  df-rab 2520  df-v 2805  df-sbc 3033  df-csb 3129  df-dif 3203  df-un 3205  df-in 3207  df-ss 3214  df-nul 3497  df-if 3608  df-pw 3658  df-sn 3679  df-pr 3680  df-op 3682  df-uni 3899  df-int 3934  df-iun 3977  df-disj 4070  df-br 4094  df-opab 4156  df-mpt 4157  df-tr 4193  df-id 4396  df-po 4399  df-iso 4400  df-iord 4469  df-on 4471  df-ilim 4472  df-suc 4474  df-iom 4695  df-xp 4737  df-rel 4738  df-cnv 4739  df-co 4740  df-dm 4741  df-rn 4742  df-res 4743  df-ima 4744  df-iota 5293  df-fun 5335  df-fn 5336  df-f 5337  df-f1 5338  df-fo 5339  df-f1o 5340  df-fv 5341  df-isom 5342  df-riota 5981  df-ov 6031  df-oprab 6032  df-mpo 6033  df-of 6244  df-1st 6312  df-2nd 6313  df-recs 6514  df-irdg 6579  df-frec 6600  df-1o 6625  df-oadd 6629  df-er 6745  df-map 6862  df-pm 6863  df-en 6953  df-dom 6954  df-fin 6955  df-sup 7226  df-inf 7227  df-pnf 8258  df-mnf 8259  df-xr 8260  df-ltxr 8261  df-le 8262  df-sub 8394  df-neg 8395  df-reap 8797  df-ap 8804  df-div 8895  df-inn 9186  df-2 9244  df-3 9245  df-4 9246  df-5 9247  df-6 9248  df-7 9249  df-8 9250  df-9 9251  df-n0 9445  df-z 9524  df-uz 9800  df-q 9898  df-rp 9933  df-xneg 10051  df-xadd 10052  df-ioo 10171  df-ioc 10172  df-ico 10173  df-icc 10174  df-fz 10289  df-fzo 10423  df-seqfrec 10756  df-exp 10847  df-fac 11034  df-bc 11056  df-ihash 11084  df-shft 11438  df-cj 11465  df-re 11466  df-im 11467  df-rsqrt 11621  df-abs 11622  df-clim 11902  df-sumdc 11977  df-ef 12272  df-sin 12274  df-cos 12275  df-pi 12277  df-rest 13387  df-topgen 13406  df-psmet 14622  df-xmet 14623  df-met 14624  df-bl 14625  df-mopn 14626  df-top 14792  df-topon 14805  df-bases 14837  df-ntr 14890  df-cn 14982  df-cnp 14983  df-tx 15047  df-cncf 15365  df-limced 15450  df-dvap 15451

This theorem is referenced by:  cosq34lt1  15644  cos02pilt1  15645  cos0pilt1  15646  cos11  15647  ioocosf1o  15648