Theorem amgm3d 41810

Description: Arithmetic-geometric mean inequality for 𝑛 = 3. (Contributed by Stanislas Polu, 11-Sep-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
amgm3d.0	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
amgm3d.1	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ+)
amgm3d.2	⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ+)

Assertion

Ref	Expression
amgm3d	⊢ (𝜑 → ((𝐴 · (𝐵 · 𝐶))↑𝑐(1 / 3)) ≤ ((𝐴 + (𝐵 + 𝐶)) / 3))

Proof of Theorem amgm3d

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2738	. . 3 ⊢ (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
2		fzofi 13694	. . . 4 ⊢ (0..^3) ∈ Fin
3	2	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → (0..^3) ∈ Fin)
4		3nn 12052	. . . . 5 ⊢ 3 ∈ ℕ
5		lbfzo0 13427	. . . . 5 ⊢ (0 ∈ (0..^3) ↔ 3 ∈ ℕ)
6	4, 5	mpbir 230	. . . 4 ⊢ 0 ∈ (0..^3)
7		ne0i 4268	. . . 4 ⊢ (0 ∈ (0..^3) → (0..^3) ≠ ∅)
8	6, 7	mp1i 13	. . 3 ⊢ (𝜑 → (0..^3) ≠ ∅)
9		amgm3d.0	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
10		amgm3d.1	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ+)
11		amgm3d.2	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ+)
12	9, 10, 11	s3cld 14585	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩ ∈ Word ℝ+)
13		wrdf 14222	. . . . . 6 ⊢ (⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩ ∈ Word ℝ+ → ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩))⟶ℝ+)
14		s3len 14607	. . . . . . . . 9 ⊢ (♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩) = 3
15		df-3 12037	. . . . . . . . 9 ⊢ 3 = (2 + 1)
16	14, 15	eqtri 2766	. . . . . . . 8 ⊢ (♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩) = (2 + 1)
17	16	oveq2i 7286	. . . . . . 7 ⊢ (0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩)) = (0..^(2 + 1))
18	17	feq2i 6592	. . . . . 6 ⊢ (⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩))⟶ℝ+ ↔ ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩:(0..^(2 + 1))⟶ℝ+)
19	13, 18	sylib 217	. . . . 5 ⊢ (⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩ ∈ Word ℝ+ → ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩:(0..^(2 + 1))⟶ℝ+)
20	15	oveq2i 7286	. . . . . 6 ⊢ (0..^3) = (0..^(2 + 1))
21	20	feq2i 6592	. . . . 5 ⊢ (⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩:(0..^3)⟶ℝ+ ↔ ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩:(0..^(2 + 1))⟶ℝ+)
22	19, 21	sylibr 233	. . . 4 ⊢ (⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩ ∈ Word ℝ+ → ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩:(0..^3)⟶ℝ+)
23	12, 22	syl 17	. . 3 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩:(0..^3)⟶ℝ+)
24	1, 3, 8, 23	amgmlem 26139	. 2 ⊢ (𝜑 → (((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩)↑𝑐(1 / (♯‘(0..^3)))) ≤ ((ℂfld Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩) / (♯‘(0..^3))))
25		cnring 20620	. . . . 5 ⊢ ℂfld ∈ Ring
26	1	ringmgp 19789	. . . . 5 ⊢ (ℂfld ∈ Ring → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
27	25, 26	mp1i 13	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
28	9	rpcnd 12774	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
29	10	rpcnd 12774	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
30	11	rpcnd 12774	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℂ)
31	28, 29, 30	jca32 516	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ)))
32		cnfldbas 20601	. . . . . 6 ⊢ ℂ = (Base‘ℂfld)
33	1, 32	mgpbas 19726	. . . . 5 ⊢ ℂ = (Base‘(mulGrp‘ℂfld))
34		cnfldmul 20603	. . . . . 6 ⊢ · = (.r‘ℂfld)
35	1, 34	mgpplusg 19724	. . . . 5 ⊢ · = (+g‘(mulGrp‘ℂfld))
36	33, 35	gsumws3 41807	. . . 4 ⊢ (((mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd ∧ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ))) → ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩) = (𝐴 · (𝐵 · 𝐶)))
37	27, 31, 36	syl2anc 584	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩) = (𝐴 · (𝐵 · 𝐶)))
38		3nn0 12251	. . . . 5 ⊢ 3 ∈ ℕ0
39		hashfzo0 14145	. . . . 5 ⊢ (3 ∈ ℕ0 → (♯‘(0..^3)) = 3)
40	38, 39	mp1i 13	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (♯‘(0..^3)) = 3)
41	40	oveq2d 7291	. . 3 ⊢ (𝜑 → (1 / (♯‘(0..^3))) = (1 / 3))
42	37, 41	oveq12d 7293	. 2 ⊢ (𝜑 → (((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩)↑𝑐(1 / (♯‘(0..^3)))) = ((𝐴 · (𝐵 · 𝐶))↑𝑐(1 / 3)))
43		ringmnd 19793	. . . . 5 ⊢ (ℂfld ∈ Ring → ℂfld ∈ Mnd)
44	25, 43	mp1i 13	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ℂfld ∈ Mnd)
45		cnfldadd 20602	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘ℂfld)
46	32, 45	gsumws3 41807	. . . 4 ⊢ ((ℂfld ∈ Mnd ∧ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝐵 ∈ ℂ ∧ 𝐶 ∈ ℂ))) → (ℂfld Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩) = (𝐴 + (𝐵 + 𝐶)))
47	44, 31, 46	syl2anc 584	. . 3 ⊢ (𝜑 → (ℂfld Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩) = (𝐴 + (𝐵 + 𝐶)))
48	47, 40	oveq12d 7293	. 2 ⊢ (𝜑 → ((ℂfld Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶”⟩) / (♯‘(0..^3))) = ((𝐴 + (𝐵 + 𝐶)) / 3))
49	24, 42, 48	3brtr3d 5105	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 · (𝐵 · 𝐶))↑𝑐(1 / 3)) ≤ ((𝐴 + (𝐵 + 𝐶)) / 3))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1539   ∈ wcel 2106   ≠ wne 2943  ∅c0 4256   class class class wbr 5074  ⟶wf 6429  ‘cfv 6433  (class class class)co 7275  Fincfn 8733  ℂcc 10869  0cc0 10871  1c1 10872   + caddc 10874   · cmul 10876   ≤ cle 11010   / cdiv 11632  ℕcn 11973  2c2 12028  3c3 12029  ℕ₀cn0 12233  ℝ⁺crp 12730  ..^cfzo 13382  ♯chash 14044  Word cword 14217  ⟨“cs3 14555   Σ_g cgsu 17151  Mndcmnd 18385  mulGrpcmgp 19720  Ringcrg 19783  ℂ_fldccnfld 20597  ↑_𝑐ccxp 25711

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-rep 5209  ax-sep 5223  ax-nul 5230  ax-pow 5288  ax-pr 5352  ax-un 7588  ax-inf2 9399  ax-cnex 10927  ax-resscn 10928  ax-1cn 10929  ax-icn 10930  ax-addcl 10931  ax-addrcl 10932  ax-mulcl 10933  ax-mulrcl 10934  ax-mulcom 10935  ax-addass 10936  ax-mulass 10937  ax-distr 10938  ax-i2m1 10939  ax-1ne0 10940  ax-1rid 10941  ax-rnegex 10942  ax-rrecex 10943  ax-cnre 10944  ax-pre-lttri 10945  ax-pre-lttrn 10946  ax-pre-ltadd 10947  ax-pre-mulgt0 10948  ax-pre-sup 10949  ax-addf 10950  ax-mulf 10951

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3434  df-sbc 3717  df-csb 3833  df-dif 3890  df-un 3892  df-in 3894  df-ss 3904  df-pss 3906  df-nul 4257  df-if 4460  df-pw 4535  df-sn 4562  df-pr 4564  df-tp 4566  df-op 4568  df-uni 4840  df-int 4880  df-iun 4926  df-iin 4927  df-br 5075  df-opab 5137  df-mpt 5158  df-tr 5192  df-id 5489  df-eprel 5495  df-po 5503  df-so 5504  df-fr 5544  df-se 5545  df-we 5546  df-xp 5595  df-rel 5596  df-cnv 5597  df-co 5598  df-dm 5599  df-rn 5600  df-res 5601  df-ima 5602  df-pred 6202  df-ord 6269  df-on 6270  df-lim 6271  df-suc 6272  df-iota 6391  df-fun 6435  df-fn 6436  df-f 6437  df-f1 6438  df-fo 6439  df-f1o 6440  df-fv 6441  df-isom 6442  df-riota 7232  df-ov 7278  df-oprab 7279  df-mpo 7280  df-of 7533  df-om 7713  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-supp 7978  df-tpos 8042  df-frecs 8097  df-wrecs 8128  df-recs 8202  df-rdg 8241  df-1o 8297  df-2o 8298  df-er 8498  df-map 8617  df-pm 8618  df-ixp 8686  df-en 8734  df-dom 8735  df-sdom 8736  df-fin 8737  df-fsupp 9129  df-fi 9170  df-sup 9201  df-inf 9202  df-oi 9269  df-card 9697  df-pnf 11011  df-mnf 11012  df-xr 11013  df-ltxr 11014  df-le 11015  df-sub 11207  df-neg 11208  df-div 11633  df-nn 11974  df-2 12036  df-3 12037  df-4 12038  df-5 12039  df-6 12040  df-7 12041  df-8 12042  df-9 12043  df-n0 12234  df-z 12320  df-dec 12438  df-uz 12583  df-q 12689  df-rp 12731  df-xneg 12848  df-xadd 12849  df-xmul 12850  df-ioo 13083  df-ioc 13084  df-ico 13085  df-icc 13086  df-fz 13240  df-fzo 13383  df-fl 13512  df-mod 13590  df-seq 13722  df-exp 13783  df-fac 13988  df-bc 14017  df-hash 14045  df-word 14218  df-concat 14274  df-s1 14301  df-s2 14561  df-s3 14562  df-shft 14778  df-cj 14810  df-re 14811  df-im 14812  df-sqrt 14946  df-abs 14947  df-limsup 15180  df-clim 15197  df-rlim 15198  df-sum 15398  df-ef 15777  df-sin 15779  df-cos 15780  df-pi 15782  df-struct 16848  df-sets 16865  df-slot 16883  df-ndx 16895  df-base 16913  df-ress 16942  df-plusg 16975  df-mulr 16976  df-starv 16977  df-sca 16978  df-vsca 16979  df-ip 16980  df-tset 16981  df-ple 16982  df-ds 16984  df-unif 16985  df-hom 16986  df-cco 16987  df-rest 17133  df-topn 17134  df-0g 17152  df-gsum 17153  df-topgen 17154  df-pt 17155  df-prds 17158  df-xrs 17213  df-qtop 17218  df-imas 17219  df-xps 17221  df-mre 17295  df-mrc 17296  df-acs 17298  df-mgm 18326  df-sgrp 18375  df-mnd 18386  df-mhm 18430  df-submnd 18431  df-grp 18580  df-minusg 18581  df-mulg 18701  df-subg 18752  df-ghm 18832  df-gim 18875  df-cntz 18923  df-cmn 19388  df-abl 19389  df-mgp 19721  df-ur 19738  df-ring 19785  df-cring 19786  df-oppr 19862  df-dvdsr 19883  df-unit 19884  df-invr 19914  df-dvr 19925  df-drng 19993  df-subrg 20022  df-psmet 20589  df-xmet 20590  df-met 20591  df-bl 20592  df-mopn 20593  df-fbas 20594  df-fg 20595  df-cnfld 20598  df-refld 20810  df-top 22043  df-topon 22060  df-topsp 22082  df-bases 22096  df-cld 22170  df-ntr 22171  df-cls 22172  df-nei 22249  df-lp 22287  df-perf 22288  df-cn 22378  df-cnp 22379  df-haus 22466  df-cmp 22538  df-tx 22713  df-hmeo 22906  df-fil 22997  df-fm 23089  df-flim 23090  df-flf 23091  df-xms 23473  df-ms 23474  df-tms 23475  df-cncf 24041  df-limc 25030  df-dv 25031  df-log 25712  df-cxp 25713

This theorem is referenced by: (None)