Theorem amgm4d 40039

Description: Arithmetic-geometric mean inequality for 𝑛 = 4. (Contributed by Stanislas Polu, 11-Sep-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
amgm4d.0	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
amgm4d.1	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ+)
amgm4d.2	⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ+)
amgm4d.3	⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ ℝ+)

Assertion

Ref	Expression
amgm4d	⊢ (𝜑 → ((𝐴 · (𝐵 · (𝐶 · 𝐷)))↑𝑐(1 / 4)) ≤ ((𝐴 + (𝐵 + (𝐶 + 𝐷))) / 4))

Proof of Theorem amgm4d

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2795	. . 3 ⊢ (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
2		fzofi 13192	. . . 4 ⊢ (0..^4) ∈ Fin
3	2	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → (0..^4) ∈ Fin)
4		4nn 11568	. . . . 5 ⊢ 4 ∈ ℕ
5		lbfzo0 12927	. . . . 5 ⊢ (0 ∈ (0..^4) ↔ 4 ∈ ℕ)
6	4, 5	mpbir 232	. . . 4 ⊢ 0 ∈ (0..^4)
7		ne0i 4220	. . . 4 ⊢ (0 ∈ (0..^4) → (0..^4) ≠ ∅)
8	6, 7	mp1i 13	. . 3 ⊢ (𝜑 → (0..^4) ≠ ∅)
9		amgm4d.0	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
10		amgm4d.1	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ+)
11		amgm4d.2	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ+)
12		amgm4d.3	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ ℝ+)
13	9, 10, 11, 12	s4cld 14071	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩ ∈ Word ℝ+)
14		wrdf 13712	. . . . 5 ⊢ (⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩ ∈ Word ℝ+ → ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩))⟶ℝ+)
15	13, 14	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩))⟶ℝ+)
16		s4len 14097	. . . . . . 7 ⊢ (♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩) = 4
17	16	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩) = 4)
18	17	oveq2d 7032	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩)) = (0..^4))
19	18	feq2d 6368	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩))⟶ℝ+ ↔ ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩:(0..^4)⟶ℝ+))
20	15, 19	mpbid 233	. . 3 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩:(0..^4)⟶ℝ+)
21	1, 3, 8, 20	amgmlem 25249	. 2 ⊢ (𝜑 → (((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩)↑𝑐(1 / (♯‘(0..^4)))) ≤ ((ℂfld Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩) / (♯‘(0..^4))))
22		cnring 20249	. . . . 5 ⊢ ℂfld ∈ Ring
23	1	ringmgp 18993	. . . . 5 ⊢ (ℂfld ∈ Ring → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
24	22, 23	mp1i 13	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
25	9	rpcnd 12283	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
26	10	rpcnd 12283	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
27	11	rpcnd 12283	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℂ)
28	12	rpcnd 12283	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐷 ∈ ℂ)
29	27, 28	jca 512	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ∈ ℂ))
30	25, 26, 29	jca32 516	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝐵 ∈ ℂ ∧ (𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ∈ ℂ))))
31		cnfldbas 20231	. . . . . 6 ⊢ ℂ = (Base‘ℂfld)
32	1, 31	mgpbas 18935	. . . . 5 ⊢ ℂ = (Base‘(mulGrp‘ℂfld))
33		cnfldmul 20233	. . . . . 6 ⊢ · = (.r‘ℂfld)
34	1, 33	mgpplusg 18933	. . . . 5 ⊢ · = (+g‘(mulGrp‘ℂfld))
35	32, 34	gsumws4 40036	. . . 4 ⊢ (((mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd ∧ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝐵 ∈ ℂ ∧ (𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ∈ ℂ)))) → ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩) = (𝐴 · (𝐵 · (𝐶 · 𝐷))))
36	24, 30, 35	syl2anc 584	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩) = (𝐴 · (𝐵 · (𝐶 · 𝐷))))
37		4nn0 11764	. . . . 5 ⊢ 4 ∈ ℕ0
38		hashfzo0 13639	. . . . 5 ⊢ (4 ∈ ℕ0 → (♯‘(0..^4)) = 4)
39	37, 38	mp1i 13	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (♯‘(0..^4)) = 4)
40	39	oveq2d 7032	. . 3 ⊢ (𝜑 → (1 / (♯‘(0..^4))) = (1 / 4))
41	36, 40	oveq12d 7034	. 2 ⊢ (𝜑 → (((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩)↑𝑐(1 / (♯‘(0..^4)))) = ((𝐴 · (𝐵 · (𝐶 · 𝐷)))↑𝑐(1 / 4)))
42		ringmnd 18996	. . . . 5 ⊢ (ℂfld ∈ Ring → ℂfld ∈ Mnd)
43	22, 42	mp1i 13	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ℂfld ∈ Mnd)
44		cnfldadd 20232	. . . . 5 ⊢ + = (+g‘ℂfld)
45	31, 44	gsumws4 40036	. . . 4 ⊢ ((ℂfld ∈ Mnd ∧ (𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝐵 ∈ ℂ ∧ (𝐶 ∈ ℂ ∧ 𝐷 ∈ ℂ)))) → (ℂfld Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩) = (𝐴 + (𝐵 + (𝐶 + 𝐷))))
46	43, 30, 45	syl2anc 584	. . 3 ⊢ (𝜑 → (ℂfld Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩) = (𝐴 + (𝐵 + (𝐶 + 𝐷))))
47	46, 39	oveq12d 7034	. 2 ⊢ (𝜑 → ((ℂfld Σg ⟨“𝐴𝐵𝐶𝐷”⟩) / (♯‘(0..^4))) = ((𝐴 + (𝐵 + (𝐶 + 𝐷))) / 4))
48	21, 41, 47	3brtr3d 4993	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 · (𝐵 · (𝐶 · 𝐷)))↑𝑐(1 / 4)) ≤ ((𝐴 + (𝐵 + (𝐶 + 𝐷))) / 4))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1522   ∈ wcel 2081   ≠ wne 2984  ∅c0 4211   class class class wbr 4962  ⟶wf 6221  ‘cfv 6225  (class class class)co 7016  Fincfn 8357  ℂcc 10381  0cc0 10383  1c1 10384   + caddc 10386   · cmul 10388   ≤ cle 10522   / cdiv 11145  ℕcn 11486  4c4 11542  ℕ₀cn0 11745  ℝ⁺crp 12239  ..^cfzo 12883  ♯chash 13540  Word cword 13707  ⟨“cs4 14041   Σ_g cgsu 16543  Mndcmnd 17733  mulGrpcmgp 18929  Ringcrg 18987  ℂ_fldccnfld 20227  ↑_𝑐ccxp 24820

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1777  ax-4 1791  ax-5 1888  ax-6 1947  ax-7 1992  ax-8 2083  ax-9 2091  ax-10 2112  ax-11 2126  ax-12 2141  ax-13 2344  ax-ext 2769  ax-rep 5081  ax-sep 5094  ax-nul 5101  ax-pow 5157  ax-pr 5221  ax-un 7319  ax-inf2 8950  ax-cnex 10439  ax-resscn 10440  ax-1cn 10441  ax-icn 10442  ax-addcl 10443  ax-addrcl 10444  ax-mulcl 10445  ax-mulrcl 10446  ax-mulcom 10447  ax-addass 10448  ax-mulass 10449  ax-distr 10450  ax-i2m1 10451  ax-1ne0 10452  ax-1rid 10453  ax-rnegex 10454  ax-rrecex 10455  ax-cnre 10456  ax-pre-lttri 10457  ax-pre-lttrn 10458  ax-pre-ltadd 10459  ax-pre-mulgt0 10460  ax-pre-sup 10461  ax-addf 10462  ax-mulf 10463

This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 843  df-3or 1081  df-3an 1082  df-tru 1525  df-fal 1535  df-ex 1762  df-nf 1766  df-sb 2043  df-mo 2576  df-eu 2612  df-clab 2776  df-cleq 2788  df-clel 2863  df-nfc 2935  df-ne 2985  df-nel 3091  df-ral 3110  df-rex 3111  df-reu 3112  df-rmo 3113  df-rab 3114  df-v 3439  df-sbc 3707  df-csb 3812  df-dif 3862  df-un 3864  df-in 3866  df-ss 3874  df-pss 3876  df-nul 4212  df-if 4382  df-pw 4455  df-sn 4473  df-pr 4475  df-tp 4477  df-op 4479  df-uni 4746  df-int 4783  df-iun 4827  df-iin 4828  df-br 4963  df-opab 5025  df-mpt 5042  df-tr 5064  df-id 5348  df-eprel 5353  df-po 5362  df-so 5363  df-fr 5402  df-se 5403  df-we 5404  df-xp 5449  df-rel 5450  df-cnv 5451  df-co 5452  df-dm 5453  df-rn 5454  df-res 5455  df-ima 5456  df-pred 6023  df-ord 6069  df-on 6070  df-lim 6071  df-suc 6072  df-iota 6189  df-fun 6227  df-fn 6228  df-f 6229  df-f1 6230  df-fo 6231  df-f1o 6232  df-fv 6233  df-isom 6234  df-riota 6977  df-ov 7019  df-oprab 7020  df-mpo 7021  df-of 7267  df-om 7437  df-1st 7545  df-2nd 7546  df-supp 7682  df-tpos 7743  df-wrecs 7798  df-recs 7860  df-rdg 7898  df-1o 7953  df-2o 7954  df-oadd 7957  df-er 8139  df-map 8258  df-pm 8259  df-ixp 8311  df-en 8358  df-dom 8359  df-sdom 8360  df-fin 8361  df-fsupp 8680  df-fi 8721  df-sup 8752  df-inf 8753  df-oi 8820  df-card 9214  df-pnf 10523  df-mnf 10524  df-xr 10525  df-ltxr 10526  df-le 10527  df-sub 10719  df-neg 10720  df-div 11146  df-nn 11487  df-2 11548  df-3 11549  df-4 11550  df-5 11551  df-6 11552  df-7 11553  df-8 11554  df-9 11555  df-n0 11746  df-z 11830  df-dec 11948  df-uz 12094  df-q 12198  df-rp 12240  df-xneg 12357  df-xadd 12358  df-xmul 12359  df-ioo 12592  df-ioc 12593  df-ico 12594  df-icc 12595  df-fz 12743  df-fzo 12884  df-fl 13012  df-mod 13088  df-seq 13220  df-exp 13280  df-fac 13484  df-bc 13513  df-hash 13541  df-word 13708  df-concat 13769  df-s1 13794  df-s2 14046  df-s3 14047  df-s4 14048  df-shft 14260  df-cj 14292  df-re 14293  df-im 14294  df-sqrt 14428  df-abs 14429  df-limsup 14662  df-clim 14679  df-rlim 14680  df-sum 14877  df-ef 15254  df-sin 15256  df-cos 15257  df-pi 15259  df-struct 16314  df-ndx 16315  df-slot 16316  df-base 16318  df-sets 16319  df-ress 16320  df-plusg 16407  df-mulr 16408  df-starv 16409  df-sca 16410  df-vsca 16411  df-ip 16412  df-tset 16413  df-ple 16414  df-ds 16416  df-unif 16417  df-hom 16418  df-cco 16419  df-rest 16525  df-topn 16526  df-0g 16544  df-gsum 16545  df-topgen 16546  df-pt 16547  df-prds 16550  df-xrs 16604  df-qtop 16609  df-imas 16610  df-xps 16612  df-mre 16686  df-mrc 16687  df-acs 16689  df-mgm 17681  df-sgrp 17723  df-mnd 17734  df-mhm 17774  df-submnd 17775  df-grp 17864  df-minusg 17865  df-mulg 17982  df-subg 18030  df-ghm 18097  df-gim 18140  df-cntz 18188  df-cmn 18635  df-abl 18636  df-mgp 18930  df-ur 18942  df-ring 18989  df-cring 18990  df-oppr 19063  df-dvdsr 19081  df-unit 19082  df-invr 19112  df-dvr 19123  df-drng 19194  df-subrg 19223  df-psmet 20219  df-xmet 20220  df-met 20221  df-bl 20222  df-mopn 20223  df-fbas 20224  df-fg 20225  df-cnfld 20228  df-refld 20431  df-top 21186  df-topon 21203  df-topsp 21225  df-bases 21238  df-cld 21311  df-ntr 21312  df-cls 21313  df-nei 21390  df-lp 21428  df-perf 21429  df-cn 21519  df-cnp 21520  df-haus 21607  df-cmp 21679  df-tx 21854  df-hmeo 22047  df-fil 22138  df-fm 22230  df-flim 22231  df-flf 22232  df-xms 22613  df-ms 22614  df-tms 22615  df-cncf 23169  df-limc 24147  df-dv 24148  df-log 24821  df-cxp 24822

This theorem is referenced by: (None)