Theorem amgmw2d 48315

Description: Weighted arithmetic-geometric mean inequality for 𝑛 = 2 (compare amgm2d 43659). (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 2728	. . 3 ⊢ (mulGrp‘ℂfld) = (mulGrp‘ℂfld)
2		fzofi 13979	. . . 4 ⊢ (0..^2) ∈ Fin
3	2	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → (0..^2) ∈ Fin)
4		2nn 12323	. . . . 5 ⊢ 2 ∈ ℕ
5		lbfzo0 13712	. . . . 5 ⊢ (0 ∈ (0..^2) ↔ 2 ∈ ℕ)
6	4, 5	mpbir 230	. . . 4 ⊢ 0 ∈ (0..^2)
7		ne0i 4338	. . . 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 14862	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵”⟩ ∈ Word ℝ+)
12		wrdf 14509	. . . . 5 ⊢ (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∈ Word ℝ+ → ⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩))⟶ℝ+)
13	11, 12	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝐴𝐵”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩))⟶ℝ+)
14		s2len 14880	. . . . . 6 ⊢ (♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩) = 2
15	14	oveq2i 7437	. . . . 5 ⊢ (0..^(♯‘⟨“𝐴𝐵”⟩)) = (0..^2)
16	15	feq2i 6719	. . . 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 14862	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝑃𝑄”⟩ ∈ Word ℝ+)
21		wrdf 14509	. . . . 5 ⊢ (⟨“𝑃𝑄”⟩ ∈ Word ℝ+ → ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩))⟶ℝ+)
22	20, 21	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩))⟶ℝ+)
23		s2len 14880	. . . . . 6 ⊢ (♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩) = 2
24	23	oveq2i 7437	. . . . 5 ⊢ (0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩)) = (0..^2)
25	24	feq2i 6719	. . . 4 ⊢ (⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^(♯‘⟨“𝑃𝑄”⟩))⟶ℝ+ ↔ ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^2)⟶ℝ+)
26	22, 25	sylib 217	. . 3 ⊢ (𝜑 → ⟨“𝑃𝑄”⟩:(0..^2)⟶ℝ+)
27		cnring 21325	. . . . . 6 ⊢ ℂfld ∈ Ring
28		ringmnd 20190	. . . . . 6 ⊢ (ℂfld ∈ Ring → ℂfld ∈ Mnd)
29	27, 28	mp1i 13	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ℂfld ∈ Mnd)
30	18	rpcnd 13058	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℂ)
31	19	rpcnd 13058	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ ℂ)
32		cnfldbas 21290	. . . . . 6 ⊢ ℂ = (Base‘ℂfld)
33		cnfldadd 21292	. . . . . 6 ⊢ + = (+g‘ℂfld)
34	32, 33	gsumws2 18801	. . . . 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 2768	. . 3 ⊢ (𝜑 → (ℂfld Σg ⟨“𝑃𝑄”⟩) = 1)
38	1, 3, 8, 17, 26, 37	amgmwlem 48313	. 2 ⊢ (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩)) ≤ (ℂfld Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩)))
39	9, 10	jca 510	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∈ ℝ+ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+))
40	18, 19	jca 510	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑃 ∈ ℝ+ ∧ 𝑄 ∈ ℝ+))
41		ofs2 14958	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ+ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ (𝑃 ∈ ℝ+ ∧ 𝑄 ∈ ℝ+)) → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩)
42	39, 40, 41	syl2anc 582	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩)
43	42	oveq2d 7442	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩)) = ((mulGrp‘ℂfld) Σg ⟨“(𝐴↑𝑐𝑃)(𝐵↑𝑐𝑄)”⟩))
44	1	ringmgp 20186	. . . . 5 ⊢ (ℂfld ∈ Ring → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
45	27, 44	mp1i 13	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (mulGrp‘ℂfld) ∈ Mnd)
46	18	rpred 13056	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑃 ∈ ℝ)
47	9, 46	rpcxpcld 26687	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑐𝑃) ∈ ℝ+)
48	47	rpcnd 13058	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑐𝑃) ∈ ℂ)
49	19	rpred 13056	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑄 ∈ ℝ)
50	10, 49	rpcxpcld 26687	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑𝑐𝑄) ∈ ℝ+)
51	50	rpcnd 13058	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑𝑐𝑄) ∈ ℂ)
52	1, 32	mgpbas 20087	. . . . 5 ⊢ ℂ = (Base‘(mulGrp‘ℂfld))
53		cnfldmul 21294	. . . . . 6 ⊢ · = (.r‘ℂfld)
54	1, 53	mgpplusg 20085	. . . . 5 ⊢ · = (+g‘(mulGrp‘ℂfld))
55	52, 54	gsumws2 18801	. . . 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 2768	. 2 ⊢ (𝜑 → ((mulGrp‘ℂfld) Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f ↑𝑐⟨“𝑃𝑄”⟩)) = ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)))
58		ofs2 14958	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℝ+ ∧ 𝐵 ∈ ℝ+) ∧ (𝑃 ∈ ℝ+ ∧ 𝑄 ∈ ℝ+)) → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩)
59	39, 40, 58	syl2anc 582	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩) = ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩)
60	59	oveq2d 7442	. . 3 ⊢ (𝜑 → (ℂfld Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩)) = (ℂfld Σg ⟨“(𝐴 · 𝑃)(𝐵 · 𝑄)”⟩))
61	9, 18	rpmulcld 13072	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 · 𝑃) ∈ ℝ+)
62	61	rpcnd 13058	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 · 𝑃) ∈ ℂ)
63	10, 19	rpmulcld 13072	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐵 · 𝑄) ∈ ℝ+)
64	63	rpcnd 13058	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐵 · 𝑄) ∈ ℂ)
65	32, 33	gsumws2 18801	. . . 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 2768	. 2 ⊢ (𝜑 → (ℂfld Σg (⟨“𝐴𝐵”⟩ ∘f · ⟨“𝑃𝑄”⟩)) = ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))
68	38, 57, 67	3brtr3d 5183	1 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑐𝑃) · (𝐵↑𝑐𝑄)) ≤ ((𝐴 · 𝑃) + (𝐵 · 𝑄)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 394   = wceq 1533   ∈ wcel 2098   ≠ wne 2937  ∅c0 4326   class class class wbr 5152  ⟶wf 6549  ‘cfv 6553  (class class class)co 7426   ∘_f cof 7689  Fincfn 8970  ℂcc 11144  0cc0 11146  1c1 11147   + caddc 11149   · cmul 11151   ≤ cle 11287  ℕcn 12250  2c2 12305  ℝ⁺crp 13014  ..^cfzo 13667  ♯chash 14329  Word cword 14504  ⟨“cs2 14832   Σ_g cgsu 17429  Mndcmnd 18701  mulGrpcmgp 20081  Ringcrg 20180  ℂ_fldccnfld 21286  ↑_𝑐ccxp 26509

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 2166  ax-ext 2699  ax-rep 5289  ax-sep 5303  ax-nul 5310  ax-pow 5369  ax-pr 5433  ax-un 7746  ax-inf2 9672  ax-cnex 11202  ax-resscn 11203  ax-1cn 11204  ax-icn 11205  ax-addcl 11206  ax-addrcl 11207  ax-mulcl 11208  ax-mulrcl 11209  ax-mulcom 11210  ax-addass 11211  ax-mulass 11212  ax-distr 11213  ax-i2m1 11214  ax-1ne0 11215  ax-1rid 11216  ax-rnegex 11217  ax-rrecex 11218  ax-cnre 11219  ax-pre-lttri 11220  ax-pre-lttrn 11221  ax-pre-ltadd 11222  ax-pre-mulgt0 11223  ax-pre-sup 11224  ax-addf 11225  ax-mulf 11226

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2529  df-eu 2558  df-clab 2706  df-cleq 2720  df-clel 2806  df-nfc 2881  df-ne 2938  df-nel 3044  df-ral 3059  df-rex 3068  df-rmo 3374  df-reu 3375  df-rab 3431  df-v 3475  df-sbc 3779  df-csb 3895  df-dif 3952  df-un 3954  df-in 3956  df-ss 3966  df-pss 3968  df-nul 4327  df-if 4533  df-pw 4608  df-sn 4633  df-pr 4635  df-tp 4637  df-op 4639  df-uni 4913  df-int 4954  df-iun 5002  df-iin 5003  df-br 5153  df-opab 5215  df-mpt 5236  df-tr 5270  df-id 5580  df-eprel 5586  df-po 5594  df-so 5595  df-fr 5637  df-se 5638  df-we 5639  df-xp 5688  df-rel 5689  df-cnv 5690  df-co 5691  df-dm 5692  df-rn 5693  df-res 5694  df-ima 5695  df-pred 6310  df-ord 6377  df-on 6378  df-lim 6379  df-suc 6380  df-iota 6505  df-fun 6555  df-fn 6556  df-f 6557  df-f1 6558  df-fo 6559  df-f1o 6560  df-fv 6561  df-isom 6562  df-riota 7382  df-ov 7429  df-oprab 7430  df-mpo 7431  df-of 7691  df-om 7877  df-1st 7999  df-2nd 8000  df-supp 8172  df-tpos 8238  df-frecs 8293  df-wrecs 8324  df-recs 8398  df-rdg 8437  df-1o 8493  df-2o 8494  df-er 8731  df-map 8853  df-pm 8854  df-ixp 8923  df-en 8971  df-dom 8972  df-sdom 8973  df-fin 8974  df-fsupp 9394  df-fi 9442  df-sup 9473  df-inf 9474  df-oi 9541  df-card 9970  df-pnf 11288  df-mnf 11289  df-xr 11290  df-ltxr 11291  df-le 11292  df-sub 11484  df-neg 11485  df-div 11910  df-nn 12251  df-2 12313  df-3 12314  df-4 12315  df-5 12316  df-6 12317  df-7 12318  df-8 12319  df-9 12320  df-n0 12511  df-z 12597  df-dec 12716  df-uz 12861  df-q 12971  df-rp 13015  df-xneg 13132  df-xadd 13133  df-xmul 13134  df-ioo 13368  df-ioc 13369  df-ico 13370  df-icc 13371  df-fz 13525  df-fzo 13668  df-fl 13797  df-mod 13875  df-seq 14007  df-exp 14067  df-fac 14273  df-bc 14302  df-hash 14330  df-word 14505  df-concat 14561  df-s1 14586  df-s2 14839  df-shft 15054  df-cj 15086  df-re 15087  df-im 15088  df-sqrt 15222  df-abs 15223  df-limsup 15455  df-clim 15472  df-rlim 15473  df-sum 15673  df-ef 16051  df-sin 16053  df-cos 16054  df-pi 16056  df-struct 17123  df-sets 17140  df-slot 17158  df-ndx 17170  df-base 17188  df-ress 17217  df-plusg 17253  df-mulr 17254  df-starv 17255  df-sca 17256  df-vsca 17257  df-ip 17258  df-tset 17259  df-ple 17260  df-ds 17262  df-unif 17263  df-hom 17264  df-cco 17265  df-rest 17411  df-topn 17412  df-0g 17430  df-gsum 17431  df-topgen 17432  df-pt 17433  df-prds 17436  df-xrs 17491  df-qtop 17496  df-imas 17497  df-xps 17499  df-mre 17573  df-mrc 17574  df-acs 17576  df-mgm 18607  df-sgrp 18686  df-mnd 18702  df-mhm 18747  df-submnd 18748  df-grp 18900  df-minusg 18901  df-mulg 19031  df-subg 19085  df-ghm 19175  df-gim 19220  df-cntz 19275  df-cmn 19744  df-abl 19745  df-mgp 20082  df-rng 20100  df-ur 20129  df-ring 20182  df-cring 20183  df-oppr 20280  df-dvdsr 20303  df-unit 20304  df-invr 20334  df-dvr 20347  df-subrng 20490  df-subrg 20515  df-drng 20633  df-psmet 21278  df-xmet 21279  df-met 21280  df-bl 21281  df-mopn 21282  df-fbas 21283  df-fg 21284  df-cnfld 21287  df-refld 21544  df-top 22816  df-topon 22833  df-topsp 22855  df-bases 22869  df-cld 22943  df-ntr 22944  df-cls 22945  df-nei 23022  df-lp 23060  df-perf 23061  df-cn 23151  df-cnp 23152  df-haus 23239  df-cmp 23311  df-tx 23486  df-hmeo 23679  df-fil 23770  df-fm 23862  df-flim 23863  df-flf 23864  df-xms 24246  df-ms 24247  df-tms 24248  df-cncf 24818  df-limc 25815  df-dv 25816  df-log 26510  df-cxp 26511

This theorem is referenced by:  young2d  48316