Theorem cosordlem 13311

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 7890	. . . . . . . 8 ⊢ 0 ∈ ℝ
3		pire 13248	. . . . . . . 8 ⊢ π ∈ ℝ
4	2, 3	elicc2i 9866	. . . . . . 7 ⊢ (𝐵 ∈ (0[,]π) ↔ (𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐵 ∧ 𝐵 ≤ π))
5	1, 4	sylib 121	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐵 ∧ 𝐵 ≤ π))
6	5	simp1d 998	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
7	6	recnd 7918	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
8		cosord.1	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ (0[,]π))
9	2, 3	elicc2i 9866	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ (0[,]π) ↔ (𝐴 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 ≤ π))
10	8, 9	sylib 121	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐴 ∧ 𝐴 ≤ π))
11	10	simp1d 998	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
12	11	recnd 7918	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
13		subcos 11674	. . . 4 ⊢ ((𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → ((cos‘𝐴) − (cos‘𝐵)) = (2 · ((sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) · (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)))))
14	7, 12, 13	syl2anc 409	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((cos‘𝐴) − (cos‘𝐵)) = (2 · ((sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) · (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)))))
15		2rp 9585	. . . 4 ⊢ 2 ∈ ℝ+
16	6, 11	readdcld 7919	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + 𝐴) ∈ ℝ)
17	16	rehalfcld 9094	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ ℝ)
18	17	resincld 11650	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) ∈ ℝ)
19	2	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
20	10	simp2d 999	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ 𝐴)
21		cosord.3	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)
22	19, 11, 6, 20, 21	lelttrd 8014	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 0 < 𝐵)
23	6, 11, 22, 20	addgtge0d 8409	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 0 < (𝐵 + 𝐴))
24		2re 8918	. . . . . . . . . 10 ⊢ 2 ∈ ℝ
25		2pos 8939	. . . . . . . . . 10 ⊢ 0 < 2
26		divgt0 8758	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝐵 + 𝐴) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐵 + 𝐴)) ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → 0 < ((𝐵 + 𝐴) / 2))
27	24, 25, 26	mpanr12 436	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐵 + 𝐴) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐵 + 𝐴)) → 0 < ((𝐵 + 𝐴) / 2))
28	16, 23, 27	syl2anc 409	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 0 < ((𝐵 + 𝐴) / 2))
29	3	a1i 9	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → π ∈ ℝ)
30	11, 6, 6, 21	ltadd2dd 8311	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + 𝐴) < (𝐵 + 𝐵))
31	7	2timesd 9090	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (2 · 𝐵) = (𝐵 + 𝐵))
32	30, 31	breqtrrd 4004	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + 𝐴) < (2 · 𝐵))
33	24	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℝ)
34	25	a1i 9	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 0 < 2)
35		ltdivmul 8762	. . . . . . . . . . 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 1231	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (((𝐵 + 𝐴) / 2) < 𝐵 ↔ (𝐵 + 𝐴) < (2 · 𝐵)))
37	32, 36	mpbird 166	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 + 𝐴) / 2) < 𝐵)
38	5	simp3d 1000	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ≤ π)
39	17, 6, 29, 37, 38	ltletrd 8312	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 + 𝐴) / 2) < π)
40		0xr 7936	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℝ*
41	3	rexri 7947	. . . . . . . . 9 ⊢ π ∈ ℝ*
42		elioo2 9848	. . . . . . . . 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 423	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π) ↔ (((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝐵 + 𝐴) / 2) ∧ ((𝐵 + 𝐴) / 2) < π))
44	17, 28, 39, 43	syl3anbrc 1170	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 + 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π))
45		sinq12gt0 13292	. . . . . . 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 9620	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) ∈ ℝ+)
48	6, 11	resubcld 8270	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐵 − 𝐴) ∈ ℝ)
49	48	rehalfcld 9094	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ ℝ)
50	49	resincld 11650	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)) ∈ ℝ)
51	11, 6	posdifd 8421	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐴 < 𝐵 ↔ 0 < (𝐵 − 𝐴)))
52	21, 51	mpbid 146	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 0 < (𝐵 − 𝐴))
53		divgt0 8758	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝐵 − 𝐴) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐵 − 𝐴)) ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → 0 < ((𝐵 − 𝐴) / 2))
54	24, 25, 53	mpanr12 436	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐵 − 𝐴) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐵 − 𝐴)) → 0 < ((𝐵 − 𝐴) / 2))
55	48, 52, 54	syl2anc 409	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 0 < ((𝐵 − 𝐴) / 2))
56		rehalfcl 9075	. . . . . . . . . 10 ⊢ (π ∈ ℝ → (π / 2) ∈ ℝ)
57	3, 56	mp1i 10	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (π / 2) ∈ ℝ)
58	6, 11	subge02d 8426	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (0 ≤ 𝐴 ↔ (𝐵 − 𝐴) ≤ 𝐵))
59	20, 58	mpbid 146	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐵 − 𝐴) ≤ 𝐵)
60	48, 6, 29, 59, 38	letrd 8013	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐵 − 𝐴) ≤ π)
61		lediv1 8755	. . . . . . . . . . 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 1231	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 − 𝐴) ≤ π ↔ ((𝐵 − 𝐴) / 2) ≤ (π / 2)))
63	60, 62	mpbid 146	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 − 𝐴) / 2) ≤ (π / 2))
64		pirp 13251	. . . . . . . . . 10 ⊢ π ∈ ℝ+
65		rphalflt 9610	. . . . . . . . . 10 ⊢ (π ∈ ℝ+ → (π / 2) < π)
66	64, 65	mp1i 10	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (π / 2) < π)
67	49, 57, 29, 63, 66	lelttrd 8014	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 − 𝐴) / 2) < π)
68		elioo2 9848	. . . . . . . . 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 423	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π) ↔ (((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝐵 − 𝐴) / 2) ∧ ((𝐵 − 𝐴) / 2) < π))
70	49, 55, 67, 69	syl3anbrc 1170	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐵 − 𝐴) / 2) ∈ (0(,)π))
71		sinq12gt0 13292	. . . . . . 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 9620	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)) ∈ ℝ+)
74	47, 73	rpmulcld 9640	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) · (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2))) ∈ ℝ+)
75		rpmulcl 9605	. . . 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 411	. . 3 ⊢ (𝜑 → (2 · ((sin‘((𝐵 + 𝐴) / 2)) · (sin‘((𝐵 − 𝐴) / 2)))) ∈ ℝ+)
77	14, 76	eqeltrd 2241	. 2 ⊢ (𝜑 → ((cos‘𝐴) − (cos‘𝐵)) ∈ ℝ+)
78	6	recoscld 11651	. . 3 ⊢ (𝜑 → (cos‘𝐵) ∈ ℝ)
79	11	recoscld 11651	. . 3 ⊢ (𝜑 → (cos‘𝐴) ∈ ℝ)
80		difrp 9619	. . 3 ⊢ (((cos‘𝐵) ∈ ℝ ∧ (cos‘𝐴) ∈ ℝ) → ((cos‘𝐵) < (cos‘𝐴) ↔ ((cos‘𝐴) − (cos‘𝐵)) ∈ ℝ+))
81	78, 79, 80	syl2anc 409	. 2 ⊢ (𝜑 → ((cos‘𝐵) < (cos‘𝐴) ↔ ((cos‘𝐴) − (cos‘𝐵)) ∈ ℝ+))
82	77, 81	mpbird 166	1 ⊢ (𝜑 → (cos‘𝐵) < (cos‘𝐴))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   ∧ w3a 967   = wceq 1342   ∈ wcel 2135   class class class wbr 3976  ‘cfv 5182  (class class class)co 5836  ℂcc 7742  ℝcr 7743  0cc0 7744   + caddc 7747   · cmul 7749  ℝ^*cxr 7923   < clt 7924   ≤ cle 7925   − cmin 8060   / cdiv 8559  2c2 8899  ℝ⁺crp 9580  (,)cioo 9815  [,]cicc 9818  sincsin 11571  cosccos 11572  πcpi 11574

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 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1434  ax-7 1435  ax-gen 1436  ax-ie1 1480  ax-ie2 1481  ax-8 1491  ax-10 1492  ax-11 1493  ax-i12 1494  ax-bndl 1496  ax-4 1497  ax-17 1513  ax-i9 1517  ax-ial 1521  ax-i5r 1522  ax-13 2137  ax-14 2138  ax-ext 2146  ax-coll 4091  ax-sep 4094  ax-nul 4102  ax-pow 4147  ax-pr 4181  ax-un 4405  ax-setind 4508  ax-iinf 4559  ax-cnex 7835  ax-resscn 7836  ax-1cn 7837  ax-1re 7838  ax-icn 7839  ax-addcl 7840  ax-addrcl 7841  ax-mulcl 7842  ax-mulrcl 7843  ax-addcom 7844  ax-mulcom 7845  ax-addass 7846  ax-mulass 7847  ax-distr 7848  ax-i2m1 7849  ax-0lt1 7850  ax-1rid 7851  ax-0id 7852  ax-rnegex 7853  ax-precex 7854  ax-cnre 7855  ax-pre-ltirr 7856  ax-pre-ltwlin 7857  ax-pre-lttrn 7858  ax-pre-apti 7859  ax-pre-ltadd 7860  ax-pre-mulgt0 7861  ax-pre-mulext 7862  ax-arch 7863  ax-caucvg 7864  ax-pre-suploc 7865  ax-addf 7866  ax-mulf 7867

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-stab 821  df-dc 825  df-3or 968  df-3an 969  df-tru 1345  df-fal 1348  df-nf 1448  df-sb 1750  df-eu 2016  df-mo 2017  df-clab 2151  df-cleq 2157  df-clel 2160  df-nfc 2295  df-ne 2335  df-nel 2430  df-ral 2447  df-rex 2448  df-reu 2449  df-rmo 2450  df-rab 2451  df-v 2723  df-sbc 2947  df-csb 3041  df-dif 3113  df-un 3115  df-in 3117  df-ss 3124  df-nul 3405  df-if 3516  df-pw 3555  df-sn 3576  df-pr 3577  df-op 3579  df-uni 3784  df-int 3819  df-iun 3862  df-disj 3954  df-br 3977  df-opab 4038  df-mpt 4039  df-tr 4075  df-id 4265  df-po 4268  df-iso 4269  df-iord 4338  df-on 4340  df-ilim 4341  df-suc 4343  df-iom 4562  df-xp 4604  df-rel 4605  df-cnv 4606  df-co 4607  df-dm 4608  df-rn 4609  df-res 4610  df-ima 4611  df-iota 5147  df-fun 5184  df-fn 5185  df-f 5186  df-f1 5187  df-fo 5188  df-f1o 5189  df-fv 5190  df-isom 5191  df-riota 5792  df-ov 5839  df-oprab 5840  df-mpo 5841  df-of 6044  df-1st 6100  df-2nd 6101  df-recs 6264  df-irdg 6329  df-frec 6350  df-1o 6375  df-oadd 6379  df-er 6492  df-map 6607  df-pm 6608  df-en 6698  df-dom 6699  df-fin 6700  df-sup 6940  df-inf 6941  df-pnf 7926  df-mnf 7927  df-xr 7928  df-ltxr 7929  df-le 7930  df-sub 8062  df-neg 8063  df-reap 8464  df-ap 8471  df-div 8560  df-inn 8849  df-2 8907  df-3 8908  df-4 8909  df-5 8910  df-6 8911  df-7 8912  df-8 8913  df-9 8914  df-n0 9106  df-z 9183  df-uz 9458  df-q 9549  df-rp 9581  df-xneg 9699  df-xadd 9700  df-ioo 9819  df-ioc 9820  df-ico 9821  df-icc 9822  df-fz 9936  df-fzo 10068  df-seqfrec 10371  df-exp 10445  df-fac 10628  df-bc 10650  df-ihash 10678  df-shft 10743  df-cj 10770  df-re 10771  df-im 10772  df-rsqrt 10926  df-abs 10927  df-clim 11206  df-sumdc 11281  df-ef 11575  df-sin 11577  df-cos 11578  df-pi 11580  df-rest 12494  df-topgen 12513  df-psmet 12528  df-xmet 12529  df-met 12530  df-bl 12531  df-mopn 12532  df-top 12537  df-topon 12550  df-bases 12582  df-ntr 12637  df-cn 12729  df-cnp 12730  df-tx 12794  df-cncf 13099  df-limced 13166  df-dvap 13167

This theorem is referenced by:  cosq34lt1  13312  cos02pilt1  13313  cos0pilt1  13314  cos11  13315  ioocosf1o  13316