Users' Mathboxes Mathbox for Kunhao Zheng < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  amgmw2d Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem amgmw2d 51301
Description: Weighted arithmetic-geometric mean inequality for 𝑛 = 2 (compare amgm2d 45401). (Contributed by Kunhao Zheng, 20-Jun-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
amgmw2d.0 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
amgmw2d.1 (𝜑 → 𝑃 ∈ ℝ+)
amgmw2d.2 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ+)
amgmw2d.3 (𝜑 → 𝑄 ∈ ℝ+)
amgmw2d.4 (𝜑 → (𝑃 + 𝑄) = 1)
Assertion
Ref Expression
amgmw2d (𝜑 → ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)) ≤ ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))

Proof of Theorem amgmw2d
StepHypRef Expression
1 eqid 2763 . . 3 (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
2 fzofi 14147 . . . 4 (0..^2) ∈ Fin
32a1i 11 . . 3 (𝜑 → (0..^2) ∈ Fin)
4 2nn 12446 . . . . 5 2 ∈ ℕ
5 lbfzo0 13864 . . . . 5 (0 ∈ (0..^2) ↔ 2 ∈ ℕ)
64, 5mpbir 234 . . . 4 0 ∈ (0..^2)
7 ne0i 4290 . . . 4 (0 ∈ (0..^2) → (0..^2) ≠ ∅)
86, 7mp1i 14 . . 3 (𝜑 → (0..^2) ≠ ∅)
9 amgmw2d.0 . . . . . 6 (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
10 amgmw2d.2 . . . . . 6 (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ+)
119, 10s2cld 15053 . . . . 5 (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵”⟩ ∈ Word ℝ+)
12 wrdf 14693 . . . . 5 (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∈ Word ℝ+ → ⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩))⟶ℝ+)
1311, 12syl 18 . . . 4 (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩))⟶ℝ+)
14 s2len 15071 . . . . . 6 (♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩) = 2
1514oveq2i 7457 . . . . 5 (0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩)) = (0..^2)
1615feq2i 6726 . . . 4 (⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩))⟶ℝ+ ↔ ⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^2)⟶ℝ+)
1713, 16sylib 221 . . 3 (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^2)⟶ℝ+)
18 amgmw2d.1 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑃 ∈ ℝ+)
19 amgmw2d.3 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑄 ∈ ℝ+)
2018, 19s2cld 15053 . . . . 5 (𝜑 → ⟨“𝑃𝑄”⟩ ∈ Word ℝ+)
21 wrdf 14693 . . . . 5 (⟨“𝑃𝑄”⟩ ∈ Word ℝ+ → ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩))⟶ℝ+)
2220, 21syl 18 . . . 4 (𝜑 → ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩))⟶ℝ+)
23 s2len 15071 . . . . . 6 (♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩) = 2
2423oveq2i 7457 . . . . 5 (0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩)) = (0..^2)
2524feq2i 6726 . . . 4 (⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩))⟶ℝ+ ↔ ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^2)⟶ℝ+)
2622, 25sylib 221 . . 3 (𝜑 → ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^2)⟶ℝ+)
27 cnring 21733 . . . . . 6 ℂfld ∈ Ring
28 ringmnd 20503 . . . . . 6 (ℂfld ∈ Ring → ℂfld ∈ Mnd)
2927, 28mp1i 14 . . . . 5 (𝜑 → ℂfld ∈ Mnd)
3018rpcnd 13196 . . . . 5 (𝜑 → 𝑃 ∈ ℂ)
3119rpcnd 13196 . . . . 5 (𝜑 → 𝑄 ∈ ℂ)
32 cnfldbas 21715 . . . . . 6 ℂ = (Base‘ℂfld)
33 cnfldadd 21717 . . . . . 6 + = (+g‘ℂfld)
3432, 33gsumws2 19070 . . . . 5 ((ℂfld ∈ Mnd ∧ 𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → (ℂfld Σg ⟨“𝑃𝑄”⟩) = (𝑃 + 𝑄))
3529, 30, 31, 34syl3anc 1399 . . . 4 (𝜑 → (ℂfld Σg ⟨“𝑃𝑄”⟩) = (𝑃 + 𝑄))
36 amgmw2d.4 . . . 4 (𝜑 → (𝑃 + 𝑄) = 1)
3735, 36eqtrd 2798 . . 3 (𝜑 → (ℂfld Σg ⟨“𝑃𝑄”⟩) = 1)
381, 3, 8, 17, 26, 37amgmwlem 51299 . 2 (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩)) ≤ (ℂfld Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩)))
399, 10jca 521 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 ∈ ℝ+ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+))
4018, 19jca 521 . . . . 5 (𝜑 → (𝑃 ∈ ℝ+ ∧ 𝑄 ∈ ℝ+))
41 ofs2 15156 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ+ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ (𝑃 ∈ ℝ+ ∧ 𝑄 ∈ ℝ+)) → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩)
4239, 40, 41syl2anc 596 . . . 4 (𝜑 → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩)
4342oveq2d 7462 . . 3 (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩)) = ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩))
441ringmgp 20498 . . . . 5 (ℂfld ∈ Ring → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
4527, 44mp1i 14 . . . 4 (𝜑 → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
4618rpred 13194 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑃 ∈ ℝ)
479, 46rpcxpcld 27094 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴↑𝑐𝑃) ∈ ℝ+)
4847rpcnd 13196 . . . 4 (𝜑 → (𝐴↑𝑐𝑃) ∈ ℂ)
4919rpred 13194 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑄 ∈ ℝ)
5010, 49rpcxpcld 27094 . . . . 5 (𝜑 → (𝐵↑𝑐𝑄) ∈ ℝ+)
5150rpcnd 13196 . . . 4 (𝜑 → (𝐵↑𝑐𝑄) ∈ ℂ)
521, 32mgpbas 20398 . . . . 5 ℂ = (Base‘(mulGrp‘ℂfld))
53 cnfldmul 21719 . . . . . 6 · = (.r‘ℂfld)
541, 53mgpplusg 20397 . . . . 5 · = (+g‘(mulGrp‘ℂfld))
5552, 54gsumws2 19070 . . . 4 (((mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd ∧ (𝐴↑𝑐𝑃) ∈ ℂ ∧ (𝐵↑𝑐𝑄) ∈ ℂ) → ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩) = ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)))
5645, 48, 51, 55syl3anc 1399 . . 3 (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩) = ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)))
5743, 56eqtrd 2798 . 2 (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩)) = ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)))
58 ofs2 15156 . . . . 5 (((𝐴 ∈ ℝ+ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ (𝑃 ∈ ℝ+ ∧ 𝑄 ∈ ℝ+)) → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩)
5939, 40, 58syl2anc 596 . . . 4 (𝜑 → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩)
6059oveq2d 7462 . . 3 (𝜑 → (ℂfld Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩)) = (ℂfld Σg ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩))
619, 18rpmulcld 13210 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴 · 𝑃) ∈ ℝ+)
6261rpcnd 13196 . . . 4 (𝜑 → (𝐴 · 𝑃) ∈ ℂ)
6310, 19rpmulcld 13210 . . . . 5 (𝜑 → (𝐵 · 𝑄) ∈ ℝ+)
6463rpcnd 13196 . . . 4 (𝜑 → (𝐵 · 𝑄) ∈ ℂ)
6532, 33gsumws2 19070 . . . 4 ((ℂfld ∈ Mnd ∧ (𝐴 · 𝑃) ∈ ℂ ∧ (𝐵 · 𝑄) ∈ ℂ) → (ℂfld Σg ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩) = ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))
6629, 62, 64, 65syl3anc 1399 . . 3 (𝜑 → (ℂfld Σg ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩) = ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))
6760, 66eqtrd 2798 . 2 (𝜑 → (ℂfld Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩)) = ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))
6838, 57, 673brtr3d 5140 1 (𝜑 → ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)) ≤ ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959  ∅c0 4281   class class class wbr 5106  ⟶wf 6557  ‘cfv 6561  (class class class)co 7446   ∘f cof 7718  Fincfn 9004  ℂcc 11228  0cc0 11230  1c1 11231   + caddc 11233   · cmul 11235   ≤ cle 11374  ℕcn 12365  2c2 12427  ℝ+crp 13150  ..^cfzo 13818  ♯chash 14504  Word cword 14688  ⟨“cs2 15023   Σg cgsu 17643  Mndcmnd 18955  mulGrpcmgp 20393  Ringcrg 20492  ℂfldccnfld 21711  ↑𝑐ccxp 26916
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5236  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7778  ax-inf2 9672  ax-cnex 11286  ax-resscn 11287  ax-1cn 11288  ax-icn 11289  ax-addcl 11290  ax-addrcl 11291  ax-mulcl 11292  ax-mulrcl 11293  ax-mulcom 11294  ax-addass 11295  ax-mulass 11296  ax-distr 11297  ax-i2m1 11298  ax-1ne0 11299  ax-1rid 11300  ax-rnegex 11301  ax-rrecex 11302  ax-cnre 11303  ax-pre-lttri 11304  ax-pre-lttrn 11305  ax-pre-ltadd 11306  ax-pre-mulgt0 11307  ax-pre-sup 11308  ax-addf 11309  ax-mulf 11310
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5551  df-eprel 5556  df-po 5564  df-so 5565  df-fr 5609  df-se 5610  df-we 5611  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-pred 6325  df-ord 6386  df-on 6387  df-lim 6388  df-suc 6389  df-iota 6515  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-isom 6570  df-riota 7403  df-ov 7449  df-oprab 7450  df-mpo 7451  df-of 7720  df-om 7905  df-1st 8028  df-2nd 8029  df-supp 8208  df-tpos 8274  df-frecs 8330  df-wrecs 8361  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8507  df-2o 8508  df-er 8748  df-map 8880  df-pm 8881  df-ixp 8957  df-en 9005  df-dom 9006  df-sdom 9007  df-fin 9008  df-fsupp 9385  df-fi 9433  df-sup 9464  df-inf 9465  df-oi 9534  df-card 10050  df-pnf 11375  df-mnf 11376  df-xr 11377  df-ltxr 11378  df-le 11379  df-sub 11573  df-neg 11574  df-div 12004  df-nn 12366  df-2 12435  df-3 12436  df-4 12437  df-5 12438  df-6 12439  df-7 12440  df-8 12441  df-9 12442  df-n0 12637  df-z 12724  df-dec 12845  df-uz 12996  df-q 13106  df-rp 13151  df-xneg 13271  df-xadd 13272  df-xmul 13273  df-ioo 13510  df-ioc 13511  df-ico 13512  df-icc 13513  df-fz 13670  df-fzo 13819  df-fl 13962  df-mod 14040  df-seq 14175  df-exp 14235  df-fac 14448  df-bc 14477  df-hash 14505  df-word 14689  df-concat 14746  df-s1 14773  df-s2 15030  df-shft 15252  df-cj 15298  df-re 15299  df-im 15300  df-sqrt 15434  df-abs 15435  df-limsup 15670  df-clim 15687  df-rlim 15688  df-sum 15886  df-ef 16265  df-sin 16267  df-cos 16268  df-pi 16270  df-struct 17357  df-sets 17374  df-slot 17392  df-ndx 17404  df-base 17420  df-ress 17441  df-plusg 17473  df-mulr 17474  df-starv 17475  df-sca 17476  df-vsca 17477  df-ip 17478  df-tset 17479  df-ple 17480  df-ds 17482  df-unif 17483  df-hom 17484  df-cco 17485  df-rest 17625  df-topn 17626  df-0g 17644  df-gsum 17645  df-topgen 17646  df-pt 17647  df-prds 17650  df-xrs 17706  df-qtop 17711  df-imas 17712  df-xps 17714  df-mre 17788  df-mrc 17789  df-acs 17791  df-mgm 18848  df-sgrp 18940  df-mnd 18956  df-mhm 19010  df-submnd 19011  df-grp 19179  df-minusg 19180  df-mulg 19310  df-subg 19365  df-ghm 19460  df-gim 19505  df-cntz 19564  df-cmn 20029  df-abl 20030  df-mgp 20394  df-rng 20408  df-ur 20441  df-ring 20494  df-cring 20495  df-oppr 20600  df-dvdsr 20620  df-unit 20621  df-invr 20651  df-dvr 20664  df-subrng 20831  df-subrg 20855  df-drng 21015  df-psmet 21703  df-xmet 21704  df-met 21705  df-bl 21706  df-mopn 21707  df-fbas 21708  df-fg 21709  df-cnfld 21712  df-refld 21944  df-top 23245  df-topon 23262  df-topsp 23284  df-bases 23297  df-cld 23370  df-ntr 23371  df-cls 23372  df-nei 23449  df-lp 23487  df-perf 23488  df-cn 23578  df-cnp 23579  df-haus 23666  df-cmp 23738  df-tx 23914  df-hmeo 24107  df-fil 24198  df-fm 24290  df-flim 24291  df-flf 24292  df-xms 24672  df-ms 24673  df-tms 24674  df-cncf 25232  df-limc 26219  df-dv 26220  df-log 26917  df-cxp 26918
This theorem is used by:  young2d  51302
  Copyright terms: Public domain W3C validator