Theorem amgmw2d 48107

Description: Weighted arithmetic-geometric mean inequality for 𝑛 = 2 (compare amgm2d 43508). (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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2726	. . 3 ⊢ (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
2		fzofi 13942	. . . 4 ⊢ (0..^2) ∈ Fin
3	2	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → (0..^2) ∈ Fin)
4		2nn 12286	. . . . 5 ⊢ 2 ∈ ℕ
5		lbfzo0 13675	. . . . 5 ⊢ (0 ∈ (0..^2) ↔ 2 ∈ ℕ)
6	4, 5	mpbir 230	. . . 4 ⊢ 0 ∈ (0..^2)
7		ne0i 4329	. . . 4 ⊢ (0 ∈ (0..^2) → (0..^2) ≠ ∅)
8	6, 7	mp1i 13	. . 3 ⊢ (𝜑 → (0..^2) ≠ ∅)
9		amgmw2d.0	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ+)
10		amgmw2d.2	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ+)
11	9, 10	s2cld 14825	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵”⟩ ∈ Word ℝ+)
12		wrdf 14472	. . . . 5 ⊢ (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∈ Word ℝ+ → ⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩))⟶ℝ+)
13	11, 12	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩))⟶ℝ+)
14		s2len 14843	. . . . . 6 ⊢ (♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩) = 2
15	14	oveq2i 7415	. . . . 5 ⊢ (0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩)) = (0..^2)
16	15	feq2i 6702	. . . 4 ⊢ (⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩))⟶ℝ+ ↔ ⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^2)⟶ℝ+)
17	13, 16	sylib 217	. . 3 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^2)⟶ℝ+)
18		amgmw2d.1	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℝ+)
19		amgmw2d.3	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ ℝ+)
20	18, 19	s2cld 14825	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝑃𝑄”⟩ ∈ Word ℝ+)
21		wrdf 14472	. . . . 5 ⊢ (⟨“𝑃𝑄”⟩ ∈ Word ℝ+ → ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩))⟶ℝ+)
22	20, 21	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩))⟶ℝ+)
23		s2len 14843	. . . . . 6 ⊢ (♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩) = 2
24	23	oveq2i 7415	. . . . 5 ⊢ (0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩)) = (0..^2)
25	24	feq2i 6702	. . . 4 ⊢ (⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩))⟶ℝ+ ↔ ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^2)⟶ℝ+)
26	22, 25	sylib 217	. . 3 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^2)⟶ℝ+)
27		cnring 21274	. . . . . 6 ⊢ ℂfld ∈ Ring
28		ringmnd 20145	. . . . . 6 ⊢ (ℂfld ∈ Ring → ℂfld ∈ Mnd)
29	27, 28	mp1i 13	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ℂfld ∈ Mnd)
30	18	rpcnd 13021	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℂ)
31	19	rpcnd 13021	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ ℂ)
32		cnfldbas 21239	. . . . . 6 ⊢ ℂ = (Base‘ℂfld)
33		cnfldadd 21241	. . . . . 6 ⊢ + = (+g‘ℂfld)
34	32, 33	gsumws2 18764	. . . . 5 ⊢ ((ℂfld ∈ Mnd ∧ 𝑃 ∈ ℂ ∧ 𝑄 ∈ ℂ) → (ℂfld Σg ⟨“𝑃𝑄”⟩) = (𝑃 + 𝑄))
35	29, 30, 31, 34	syl3anc 1368	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (ℂfld Σg ⟨“𝑃𝑄”⟩) = (𝑃 + 𝑄))
36		amgmw2d.4	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑃 + 𝑄) = 1)
37	35, 36	eqtrd 2766	. . 3 ⊢ (𝜑 → (ℂfld Σg ⟨“𝑃𝑄”⟩) = 1)
38	1, 3, 8, 17, 26, 37	amgmwlem 48105	. 2 ⊢ (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩)) ≤ (ℂfld Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩)))
39	9, 10	jca 511	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∈ ℝ+ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+))
40	18, 19	jca 511	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑃 ∈ ℝ+ ∧ 𝑄 ∈ ℝ+))
41		ofs2 14921	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ+ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ (𝑃 ∈ ℝ+ ∧ 𝑄 ∈ ℝ+)) → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩)
42	39, 40, 41	syl2anc 583	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩)
43	42	oveq2d 7420	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩)) = ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩))
44	1	ringmgp 20141	. . . . 5 ⊢ (ℂfld ∈ Ring → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
45	27, 44	mp1i 13	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
46	18	rpred 13019	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℝ)
47	9, 46	rpcxpcld 26617	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑐𝑃) ∈ ℝ+)
48	47	rpcnd 13021	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑐𝑃) ∈ ℂ)
49	19	rpred 13019	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ ℝ)
50	10, 49	rpcxpcld 26617	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑𝑐𝑄) ∈ ℝ+)
51	50	rpcnd 13021	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑𝑐𝑄) ∈ ℂ)
52	1, 32	mgpbas 20042	. . . . 5 ⊢ ℂ = (Base‘(mulGrp‘ℂfld))
53		cnfldmul 21243	. . . . . 6 ⊢ · = (.r‘ℂfld)
54	1, 53	mgpplusg 20040	. . . . 5 ⊢ · = (+g‘(mulGrp‘ℂfld))
55	52, 54	gsumws2 18764	. . . 4 ⊢ (((mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd ∧ (𝐴↑𝑐𝑃) ∈ ℂ ∧ (𝐵↑𝑐𝑄) ∈ ℂ) → ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩) = ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)))
56	45, 48, 51, 55	syl3anc 1368	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩) = ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)))
57	43, 56	eqtrd 2766	. 2 ⊢ (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩)) = ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)))
58		ofs2 14921	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ+ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ (𝑃 ∈ ℝ+ ∧ 𝑄 ∈ ℝ+)) → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩)
59	39, 40, 58	syl2anc 583	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩)
60	59	oveq2d 7420	. . 3 ⊢ (𝜑 → (ℂfld Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩)) = (ℂfld Σg ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩))
61	9, 18	rpmulcld 13035	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 · 𝑃) ∈ ℝ+)
62	61	rpcnd 13021	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 · 𝑃) ∈ ℂ)
63	10, 19	rpmulcld 13035	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐵 · 𝑄) ∈ ℝ+)
64	63	rpcnd 13021	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐵 · 𝑄) ∈ ℂ)
65	32, 33	gsumws2 18764	. . . 4 ⊢ ((ℂfld ∈ Mnd ∧ (𝐴 · 𝑃) ∈ ℂ ∧ (𝐵 · 𝑄) ∈ ℂ) → (ℂfld Σg ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩) = ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))
66	29, 62, 64, 65	syl3anc 1368	. . 3 ⊢ (𝜑 → (ℂfld Σg ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩) = ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))
67	60, 66	eqtrd 2766	. 2 ⊢ (𝜑 → (ℂfld Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩)) = ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))
68	38, 57, 67	3brtr3d 5172	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)) ≤ ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1533   ∈ wcel 2098   ≠ wne 2934  ∅c0 4317   class class class wbr 5141  ⟶wf 6532  ‘cfv 6536  (class class class)co 7404   ∘_f cof 7664  Fincfn 8938  ℂcc 11107  0cc0 11109  1c1 11110   + caddc 11112   · cmul 11114   ≤ cle 11250  ℕcn 12213  2c2 12268  ℝ⁺crp 12977  ..^cfzo 13630  ♯chash 14292  Word cword 14467  ⟨“cs2 14795   Σ_g cgsu 17392  Mndcmnd 18664  mulGrpcmgp 20036  Ringcrg 20135  ℂ_fldccnfld 21235  ↑_𝑐ccxp 26439

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2163  ax-ext 2697  ax-rep 5278  ax-sep 5292  ax-nul 5299  ax-pow 5356  ax-pr 5420  ax-un 7721  ax-inf2 9635  ax-cnex 11165  ax-resscn 11166  ax-1cn 11167  ax-icn 11168  ax-addcl 11169  ax-addrcl 11170  ax-mulcl 11171  ax-mulrcl 11172  ax-mulcom 11173  ax-addass 11174  ax-mulass 11175  ax-distr 11176  ax-i2m1 11177  ax-1ne0 11178  ax-1rid 11179  ax-rnegex 11180  ax-rrecex 11181  ax-cnre 11182  ax-pre-lttri 11183  ax-pre-lttrn 11184  ax-pre-ltadd 11185  ax-pre-mulgt0 11186  ax-pre-sup 11187  ax-addf 11188  ax-mulf 11189

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2704  df-cleq 2718  df-clel 2804  df-nfc 2879  df-ne 2935  df-nel 3041  df-ral 3056  df-rex 3065  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3427  df-v 3470  df-sbc 3773  df-csb 3889  df-dif 3946  df-un 3948  df-in 3950  df-ss 3960  df-pss 3962  df-nul 4318  df-if 4524  df-pw 4599  df-sn 4624  df-pr 4626  df-tp 4628  df-op 4630  df-uni 4903  df-int 4944  df-iun 4992  df-iin 4993  df-br 5142  df-opab 5204  df-mpt 5225  df-tr 5259  df-id 5567  df-eprel 5573  df-po 5581  df-so 5582  df-fr 5624  df-se 5625  df-we 5626  df-xp 5675  df-rel 5676  df-cnv 5677  df-co 5678  df-dm 5679  df-rn 5680  df-res 5681  df-ima 5682  df-pred 6293  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6488  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7360  df-ov 7407  df-oprab 7408  df-mpo 7409  df-of 7666  df-om 7852  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-supp 8144  df-tpos 8209  df-frecs 8264  df-wrecs 8295  df-recs 8369  df-rdg 8408  df-1o 8464  df-2o 8465  df-er 8702  df-map 8821  df-pm 8822  df-ixp 8891  df-en 8939  df-dom 8940  df-sdom 8941  df-fin 8942  df-fsupp 9361  df-fi 9405  df-sup 9436  df-inf 9437  df-oi 9504  df-card 9933  df-pnf 11251  df-mnf 11252  df-xr 11253  df-ltxr 11254  df-le 11255  df-sub 11447  df-neg 11448  df-div 11873  df-nn 12214  df-2 12276  df-3 12277  df-4 12278  df-5 12279  df-6 12280  df-7 12281  df-8 12282  df-9 12283  df-n0 12474  df-z 12560  df-dec 12679  df-uz 12824  df-q 12934  df-rp 12978  df-xneg 13095  df-xadd 13096  df-xmul 13097  df-ioo 13331  df-ioc 13332  df-ico 13333  df-icc 13334  df-fz 13488  df-fzo 13631  df-fl 13760  df-mod 13838  df-seq 13970  df-exp 14030  df-fac 14236  df-bc 14265  df-hash 14293  df-word 14468  df-concat 14524  df-s1 14549  df-s2 14802  df-shft 15017  df-cj 15049  df-re 15050  df-im 15051  df-sqrt 15185  df-abs 15186  df-limsup 15418  df-clim 15435  df-rlim 15436  df-sum 15636  df-ef 16014  df-sin 16016  df-cos 16017  df-pi 16019  df-struct 17086  df-sets 17103  df-slot 17121  df-ndx 17133  df-base 17151  df-ress 17180  df-plusg 17216  df-mulr 17217  df-starv 17218  df-sca 17219  df-vsca 17220  df-ip 17221  df-tset 17222  df-ple 17223  df-ds 17225  df-unif 17226  df-hom 17227  df-cco 17228  df-rest 17374  df-topn 17375  df-0g 17393  df-gsum 17394  df-topgen 17395  df-pt 17396  df-prds 17399  df-xrs 17454  df-qtop 17459  df-imas 17460  df-xps 17462  df-mre 17536  df-mrc 17537  df-acs 17539  df-mgm 18570  df-sgrp 18649  df-mnd 18665  df-mhm 18710  df-submnd 18711  df-grp 18863  df-minusg 18864  df-mulg 18993  df-subg 19047  df-ghm 19136  df-gim 19181  df-cntz 19230  df-cmn 19699  df-abl 19700  df-mgp 20037  df-rng 20055  df-ur 20084  df-ring 20137  df-cring 20138  df-oppr 20233  df-dvdsr 20256  df-unit 20257  df-invr 20287  df-dvr 20300  df-subrng 20443  df-subrg 20468  df-drng 20586  df-psmet 21227  df-xmet 21228  df-met 21229  df-bl 21230  df-mopn 21231  df-fbas 21232  df-fg 21233  df-cnfld 21236  df-refld 21493  df-top 22746  df-topon 22763  df-topsp 22785  df-bases 22799  df-cld 22873  df-ntr 22874  df-cls 22875  df-nei 22952  df-lp 22990  df-perf 22991  df-cn 23081  df-cnp 23082  df-haus 23169  df-cmp 23241  df-tx 23416  df-hmeo 23609  df-fil 23700  df-fm 23792  df-flim 23793  df-flf 23794  df-xms 24176  df-ms 24177  df-tms 24178  df-cncf 24748  df-limc 25745  df-dv 25746  df-log 26440  df-cxp 26441

This theorem is referenced by:  young2d  48108