Theorem basellem1 27223

Description: Lemma for basel 27232. Closure of the sequence of roots. (Contributed by Mario Carneiro, 30-Jul-2014.) Replace OLD theorem. (Revised by Wolf Lammen, 18-Sep-2020.)

Hypothesis

Ref	Expression
basel.n	⊢ 𝑁 = ((2 · 𝑀) + 1)

Assertion

Ref	Expression
basellem1	⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐾 · π) / 𝑁) ∈ (0(,)(π / 2)))

Proof of Theorem basellem1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		elfznn 13583	. . . . . 6 ⊢ (𝐾 ∈ (1...𝑀) → 𝐾 ∈ ℕ)
2	1	nnrpd 13059	. . . . 5 ⊢ (𝐾 ∈ (1...𝑀) → 𝐾 ∈ ℝ+)
3		pirp 26604	. . . . 5 ⊢ π ∈ ℝ+
4		rpmulcl 13042	. . . . 5 ⊢ ((𝐾 ∈ ℝ+ ∧ π ∈ ℝ+) → (𝐾 · π) ∈ ℝ+)
5	2, 3, 4	sylancl 597	. . . 4 ⊢ (𝐾 ∈ (1...𝑀) → (𝐾 · π) ∈ ℝ+)
6		basel.n	. . . . . 6 ⊢ 𝑁 = ((2 · 𝑀) + 1)
7		2nn 12315	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ∈ ℕ
8		nnmulcl 12258	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → (2 · 𝑀) ∈ ℕ)
9	7, 8	mpan 702	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → (2 · 𝑀) ∈ ℕ)
10	9	peano2nnd 12251	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → ((2 · 𝑀) + 1) ∈ ℕ)
11	6, 10	eqeltrid 2867	. . . . 5 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℕ)
12	11	nnrpd 13059	. . . 4 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℝ+)
13		rpdivcl 13044	. . . 4 ⊢ (((𝐾 · π) ∈ ℝ+ ∧ 𝑁 ∈ ℝ+) → ((𝐾 · π) / 𝑁) ∈ ℝ+)
14	5, 12, 13	syl2anr 608	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐾 · π) / 𝑁) ∈ ℝ+)
15	14	rpred 13061	. 2 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐾 · π) / 𝑁) ∈ ℝ)
16	14	rpgt0d 13064	. 2 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 0 < ((𝐾 · π) / 𝑁))
17	1	adantl 486	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 𝐾 ∈ ℕ)
18		nnmulcl 12258	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐾 ∈ ℕ ∧ 2 ∈ ℕ) → (𝐾 · 2) ∈ ℕ)
19	17, 7, 18	sylancl 597	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (𝐾 · 2) ∈ ℕ)
20	19	nnred 12249	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (𝐾 · 2) ∈ ℝ)
21	9	adantr 485	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (2 · 𝑀) ∈ ℕ)
22	21	nnred 12249	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (2 · 𝑀) ∈ ℝ)
23	11	adantr 485	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 𝑁 ∈ ℕ)
24	23	nnred 12249	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 𝑁 ∈ ℝ)
25	6, 24	eqeltrrid 2868	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → ((2 · 𝑀) + 1) ∈ ℝ)
26	17	nncnd 12250	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 𝐾 ∈ ℂ)
27		2cn 12317	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ∈ ℂ
28		mulcom 11187	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐾 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ) → (𝐾 · 2) = (2 · 𝐾))
29	26, 27, 28	sylancl 597	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (𝐾 · 2) = (2 · 𝐾))
30		elfzle2 13557	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐾 ∈ (1...𝑀) → 𝐾 ≤ 𝑀)
31	30	adantl 486	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 𝐾 ≤ 𝑀)
32	17	nnred 12249	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 𝐾 ∈ ℝ)
33		nnre 12241	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℝ)
34	33	adantr 485	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 𝑀 ∈ ℝ)
35		2re 12316	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ ℝ
36		2pos 12346	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 0 < 2
37	35, 36	pm3.2i 475	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)
38	37	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2))
39		lemul2 12069	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐾 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ ∧ (2 ∈ ℝ ∧ 0 < 2)) → (𝐾 ≤ 𝑀 ↔ (2 · 𝐾) ≤ (2 · 𝑀)))
40	32, 34, 38, 39	syl3anc 1398	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (𝐾 ≤ 𝑀 ↔ (2 · 𝐾) ≤ (2 · 𝑀)))
41	31, 40	mpbid 235	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (2 · 𝐾) ≤ (2 · 𝑀))
42	29, 41	eqbrtrd 5134	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (𝐾 · 2) ≤ (2 · 𝑀))
43	22	ltp1d 12146	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (2 · 𝑀) < ((2 · 𝑀) + 1))
44	20, 22, 25, 42, 43	lelttrd 11369	. . . . 5 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (𝐾 · 2) < ((2 · 𝑀) + 1))
45	44, 6	breqtrrdi 5154	. . . 4 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (𝐾 · 2) < 𝑁)
46	19	nngt0d 12286	. . . . 5 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 0 < (𝐾 · 2))
47	23	nngt0d 12286	. . . . 5 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 0 < 𝑁)
48		pire 26597	. . . . . 6 ⊢ π ∈ ℝ
49		remulcl 11186	. . . . . 6 ⊢ ((𝐾 ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ) → (𝐾 · π) ∈ ℝ)
50	32, 48, 49	sylancl 597	. . . . 5 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (𝐾 · π) ∈ ℝ)
51	5	adantl 486	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (𝐾 · π) ∈ ℝ+)
52	51	rpgt0d 13064	. . . . 5 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 0 < (𝐾 · π))
53		ltdiv2 12102	. . . . 5 ⊢ ((((𝐾 · 2) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐾 · 2)) ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑁) ∧ ((𝐾 · π) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝐾 · π))) → ((𝐾 · 2) < 𝑁 ↔ ((𝐾 · π) / 𝑁) < ((𝐾 · π) / (𝐾 · 2))))
54	20, 46, 24, 47, 50, 52, 53	syl222anc 1413	. . . 4 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐾 · 2) < 𝑁 ↔ ((𝐾 · π) / 𝑁) < ((𝐾 · π) / (𝐾 · 2))))
55	45, 54	mpbid 235	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐾 · π) / 𝑁) < ((𝐾 · π) / (𝐾 · 2)))
56		picn 26599	. . . . 5 ⊢ π ∈ ℂ
57	56	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → π ∈ ℂ)
58		2cnne0 12454	. . . . 5 ⊢ (2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0)
59	58	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → (2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0))
60	17	nnne0d 12287	. . . 4 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → 𝐾 ≠ 0)
61		divcan5 11918	. . . 4 ⊢ ((π ∈ ℂ ∧ (2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0) ∧ (𝐾 ∈ ℂ ∧ 𝐾 ≠ 0)) → ((𝐾 · π) / (𝐾 · 2)) = (π / 2))
62	57, 59, 26, 60, 61	syl112anc 1401	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐾 · π) / (𝐾 · 2)) = (π / 2))
63	55, 62	breqtrd 5138	. 2 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐾 · π) / 𝑁) < (π / 2))
64		0xr 11257	. . 3 ⊢ 0 ∈ ℝ*
65		rehalfcl 12472	. . . 4 ⊢ (π ∈ ℝ → (π / 2) ∈ ℝ)
66		rexr 11256	. . . 4 ⊢ ((π / 2) ∈ ℝ → (π / 2) ∈ ℝ*)
67	48, 65, 66	mp2b 10	. . 3 ⊢ (π / 2) ∈ ℝ*
68		elioo2 13414	. . 3 ⊢ ((0 ∈ ℝ* ∧ (π / 2) ∈ ℝ*) → (((𝐾 · π) / 𝑁) ∈ (0(,)(π / 2)) ↔ (((𝐾 · π) / 𝑁) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝐾 · π) / 𝑁) ∧ ((𝐾 · π) / 𝑁) < (π / 2))))
69	64, 67, 68	mp2an 704	. 2 ⊢ (((𝐾 · π) / 𝑁) ∈ (0(,)(π / 2)) ↔ (((𝐾 · π) / 𝑁) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝐾 · π) / 𝑁) ∧ ((𝐾 · π) / 𝑁) < (π / 2)))
70	15, 16, 63, 69	syl3anbrc 1362	1 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝐾 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐾 · π) / 𝑁) ∈ (0(,)(π / 2)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2143   ≠ wne 2958   class class class wbr 5110  (class class class)co 7412  ℂcc 11099  ℝcr 11100  0cc0 11101  1c1 11102   + caddc 11104   · cmul 11106  ℝ^*cxr 11243   < clt 11244   ≤ cle 11245   / cdiv 11872  ℕcn 12234  2c2 12296  ℝ⁺crp 13017  (,)cioo 13373  ...cfz 13536  πcpi 16121

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-rep 5239  ax-sep 5258  ax-nul 5270  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7734  ax-inf2 9611  ax-cnex 11157  ax-resscn 11158  ax-1cn 11159  ax-icn 11160  ax-addcl 11161  ax-addrcl 11162  ax-mulcl 11163  ax-mulrcl 11164  ax-mulcom 11165  ax-addass 11166  ax-mulass 11167  ax-distr 11168  ax-i2m1 11169  ax-1ne0 11170  ax-1rid 11171  ax-rnegex 11172  ax-rrecex 11173  ax-cnre 11174  ax-pre-lttri 11175  ax-pre-lttrn 11176  ax-pre-ltadd 11177  ax-pre-mulgt0 11178  ax-pre-sup 11179  ax-addf 11180

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3746  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4288  df-if 4489  df-pw 4565  df-sn 4591  df-pr 4593  df-tp 4595  df-op 4597  df-uni 4874  df-int 4914  df-iun 4959  df-iin 4960  df-br 5111  df-opab 5175  df-mpt 5194  df-tr 5220  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-se 5617  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-isom 6547  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-of 7676  df-om 7864  df-1st 7987  df-2nd 7988  df-supp 8158  df-frecs 8279  df-wrecs 8310  df-recs 8359  df-rdg 8398  df-1o 8454  df-2o 8455  df-er 8695  df-map 8827  df-pm 8828  df-ixp 8897  df-en 8945  df-dom 8946  df-sdom 8947  df-fin 8948  df-fsupp 9323  df-fi 9372  df-sup 9403  df-inf 9404  df-oi 9473  df-card 9926  df-pnf 11246  df-mnf 11247  df-xr 11248  df-ltxr 11249  df-le 11250  df-sub 11444  df-neg 11445  df-div 11873  df-nn 12235  df-2 12304  df-3 12305  df-4 12306  df-5 12307  df-6 12308  df-7 12309  df-8 12310  df-9 12311  df-n0 12506  df-z 12593  df-dec 12713  df-uz 12864  df-q 12974  df-rp 13018  df-xneg 13138  df-xadd 13139  df-xmul 13140  df-ioo 13377  df-ioc 13378  df-ico 13379  df-icc 13380  df-fz 13537  df-fzo 13685  df-fl 13827  df-seq 14040  df-exp 14100  df-fac 14312  df-bc 14341  df-hash 14369  df-shft 15106  df-cj 15152  df-re 15153  df-im 15154  df-sqrt 15288  df-abs 15289  df-limsup 15524  df-clim 15541  df-rlim 15542  df-sum 15740  df-ef 16122  df-sin 16124  df-cos 16125  df-pi 16127  df-struct 17208  df-sets 17225  df-slot 17243  df-ndx 17255  df-base 17271  df-ress 17292  df-plusg 17324  df-mulr 17325  df-starv 17326  df-sca 17327  df-vsca 17328  df-ip 17329  df-tset 17330  df-ple 17331  df-ds 17333  df-unif 17334  df-hom 17335  df-cco 17336  df-rest 17476  df-topn 17477  df-0g 17495  df-gsum 17496  df-topgen 17497  df-pt 17498  df-prds 17501  df-xrs 17557  df-qtop 17562  df-imas 17563  df-xps 17565  df-mre 17639  df-mrc 17640  df-acs 17642  df-mgm 18699  df-sgrp 18778  df-mnd 18794  df-submnd 18843  df-mulg 19135  df-cntz 19388  df-cmn 19853  df-psmet 21495  df-xmet 21496  df-met 21497  df-bl 21498  df-mopn 21499  df-fbas 21500  df-fg 21501  df-cnfld 21504  df-top 23032  df-topon 23049  df-topsp 23071  df-bases 23084  df-cld 23157  df-ntr 23158  df-cls 23159  df-nei 23236  df-lp 23274  df-perf 23275  df-cn 23365  df-cnp 23366  df-haus 23453  df-tx 23700  df-hmeo 23893  df-fil 23984  df-fm 24076  df-flim 24077  df-flf 24078  df-xms 24458  df-ms 24459  df-tms 24460  df-cncf 25018  df-limc 26006  df-dv 26007

This theorem is referenced by:  basellem4  27226  basellem8  27230