MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  eflegeo Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem eflegeo 16068
Description: The exponential function on the reals between 0 and 1 lies below the comparable geometric series sum. (Contributed by Paul Chapman, 11-Sep-2007.)
Hypotheses
Ref Expression
eflegeo.1 (๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„)
eflegeo.2 (๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ๐ด)
eflegeo.3 (๐œ‘ โ†’ ๐ด < 1)
Assertion
Ref Expression
eflegeo (๐œ‘ โ†’ (expโ€˜๐ด) โ‰ค (1 / (1 โˆ’ ๐ด)))

Proof of Theorem eflegeo
Dummy variables ๐‘˜ ๐‘› are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nn0uz 12865 . . 3 โ„•0 = (โ„คโ‰ฅโ€˜0)
2 0zd 12571 . . 3 (๐œ‘ โ†’ 0 โˆˆ โ„ค)
3 eqid 2726 . . . . 5 (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((๐ดโ†‘๐‘›) / (!โ€˜๐‘›))) = (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((๐ดโ†‘๐‘›) / (!โ€˜๐‘›)))
43eftval 16023 . . . 4 (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†’ ((๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((๐ดโ†‘๐‘›) / (!โ€˜๐‘›)))โ€˜๐‘˜) = ((๐ดโ†‘๐‘˜) / (!โ€˜๐‘˜)))
54adantl 481 . . 3 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ ((๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((๐ดโ†‘๐‘›) / (!โ€˜๐‘›)))โ€˜๐‘˜) = ((๐ดโ†‘๐‘˜) / (!โ€˜๐‘˜)))
6 eflegeo.1 . . . 4 (๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„)
7 reeftcl 16021 . . . 4 ((๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘˜) / (!โ€˜๐‘˜)) โˆˆ โ„)
86, 7sylan 579 . . 3 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘˜) / (!โ€˜๐‘˜)) โˆˆ โ„)
9 oveq2 7412 . . . . 5 (๐‘› = ๐‘˜ โ†’ (๐ดโ†‘๐‘›) = (๐ดโ†‘๐‘˜))
10 eqid 2726 . . . . 5 (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (๐ดโ†‘๐‘›)) = (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (๐ดโ†‘๐‘›))
11 ovex 7437 . . . . 5 (๐ดโ†‘๐‘˜) โˆˆ V
129, 10, 11fvmpt 6991 . . . 4 (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†’ ((๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (๐ดโ†‘๐‘›))โ€˜๐‘˜) = (๐ดโ†‘๐‘˜))
1312adantl 481 . . 3 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ ((๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (๐ดโ†‘๐‘›))โ€˜๐‘˜) = (๐ดโ†‘๐‘˜))
14 reexpcl 14046 . . . 4 ((๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ (๐ดโ†‘๐‘˜) โˆˆ โ„)
156, 14sylan 579 . . 3 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ (๐ดโ†‘๐‘˜) โˆˆ โ„)
16 faccl 14245 . . . . . . 7 (๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†’ (!โ€˜๐‘˜) โˆˆ โ„•)
1716adantl 481 . . . . . 6 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ (!โ€˜๐‘˜) โˆˆ โ„•)
1817nnred 12228 . . . . 5 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ (!โ€˜๐‘˜) โˆˆ โ„)
196adantr 480 . . . . . 6 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„)
20 simpr 484 . . . . . 6 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0)
21 eflegeo.2 . . . . . . 7 (๐œ‘ โ†’ 0 โ‰ค ๐ด)
2221adantr 480 . . . . . 6 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ 0 โ‰ค ๐ด)
2319, 20, 22expge0d 14131 . . . . 5 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ 0 โ‰ค (๐ดโ†‘๐‘˜))
2417nnge1d 12261 . . . . 5 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ 1 โ‰ค (!โ€˜๐‘˜))
2515, 18, 23, 24lemulge12d 12153 . . . 4 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ (๐ดโ†‘๐‘˜) โ‰ค ((!โ€˜๐‘˜) ยท (๐ดโ†‘๐‘˜)))
2617nngt0d 12262 . . . . 5 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ 0 < (!โ€˜๐‘˜))
27 ledivmul 12091 . . . . 5 (((๐ดโ†‘๐‘˜) โˆˆ โ„ โˆง (๐ดโ†‘๐‘˜) โˆˆ โ„ โˆง ((!โ€˜๐‘˜) โˆˆ โ„ โˆง 0 < (!โ€˜๐‘˜))) โ†’ (((๐ดโ†‘๐‘˜) / (!โ€˜๐‘˜)) โ‰ค (๐ดโ†‘๐‘˜) โ†” (๐ดโ†‘๐‘˜) โ‰ค ((!โ€˜๐‘˜) ยท (๐ดโ†‘๐‘˜))))
2815, 15, 18, 26, 27syl112anc 1371 . . . 4 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ (((๐ดโ†‘๐‘˜) / (!โ€˜๐‘˜)) โ‰ค (๐ดโ†‘๐‘˜) โ†” (๐ดโ†‘๐‘˜) โ‰ค ((!โ€˜๐‘˜) ยท (๐ดโ†‘๐‘˜))))
2925, 28mpbird 257 . . 3 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ ((๐ดโ†‘๐‘˜) / (!โ€˜๐‘˜)) โ‰ค (๐ดโ†‘๐‘˜))
306recnd 11243 . . . 4 (๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ โ„‚)
313efcllem 16024 . . . 4 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ seq0( + , (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((๐ดโ†‘๐‘›) / (!โ€˜๐‘›)))) โˆˆ dom โ‡ )
3230, 31syl 17 . . 3 (๐œ‘ โ†’ seq0( + , (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ((๐ดโ†‘๐‘›) / (!โ€˜๐‘›)))) โˆˆ dom โ‡ )
336, 21absidd 15372 . . . . . 6 (๐œ‘ โ†’ (absโ€˜๐ด) = ๐ด)
34 eflegeo.3 . . . . . 6 (๐œ‘ โ†’ ๐ด < 1)
3533, 34eqbrtrd 5163 . . . . 5 (๐œ‘ โ†’ (absโ€˜๐ด) < 1)
3630, 35, 13geolim 15819 . . . 4 (๐œ‘ โ†’ seq0( + , (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (๐ดโ†‘๐‘›))) โ‡ (1 / (1 โˆ’ ๐ด)))
37 seqex 13971 . . . . 5 seq0( + , (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (๐ดโ†‘๐‘›))) โˆˆ V
38 ovex 7437 . . . . 5 (1 / (1 โˆ’ ๐ด)) โˆˆ V
3937, 38breldm 5901 . . . 4 (seq0( + , (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (๐ดโ†‘๐‘›))) โ‡ (1 / (1 โˆ’ ๐ด)) โ†’ seq0( + , (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (๐ดโ†‘๐‘›))) โˆˆ dom โ‡ )
4036, 39syl 17 . . 3 (๐œ‘ โ†’ seq0( + , (๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ (๐ดโ†‘๐‘›))) โˆˆ dom โ‡ )
411, 2, 5, 8, 13, 15, 29, 32, 40isumle 15793 . 2 (๐œ‘ โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ((๐ดโ†‘๐‘˜) / (!โ€˜๐‘˜)) โ‰ค ฮฃ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 (๐ดโ†‘๐‘˜))
42 efval 16026 . . 3 (๐ด โˆˆ โ„‚ โ†’ (expโ€˜๐ด) = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ((๐ดโ†‘๐‘˜) / (!โ€˜๐‘˜)))
4330, 42syl 17 . 2 (๐œ‘ โ†’ (expโ€˜๐ด) = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ((๐ดโ†‘๐‘˜) / (!โ€˜๐‘˜)))
44 expcl 14047 . . . . 5 ((๐ด โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ (๐ดโ†‘๐‘˜) โˆˆ โ„‚)
4530, 44sylan 579 . . . 4 ((๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0) โ†’ (๐ดโ†‘๐‘˜) โˆˆ โ„‚)
461, 2, 13, 45, 36isumclim 15706 . . 3 (๐œ‘ โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 (๐ดโ†‘๐‘˜) = (1 / (1 โˆ’ ๐ด)))
4746eqcomd 2732 . 2 (๐œ‘ โ†’ (1 / (1 โˆ’ ๐ด)) = ฮฃ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 (๐ดโ†‘๐‘˜))
4841, 43, 473brtr4d 5173 1 (๐œ‘ โ†’ (expโ€˜๐ด) โ‰ค (1 / (1 โˆ’ ๐ด)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โ†” wb 205   โˆง wa 395   = wceq 1533   โˆˆ wcel 2098   class class class wbr 5141   โ†ฆ cmpt 5224  dom cdm 5669  โ€˜cfv 6536  (class class class)co 7404  โ„‚cc 11107  โ„cr 11108  0cc0 11109  1c1 11110   + caddc 11112   ยท cmul 11114   < clt 11249   โ‰ค cle 11250   โˆ’ cmin 11445   / cdiv 11872  โ„•cn 12213  โ„•0cn0 12473  seqcseq 13969  โ†‘cexp 14029  !cfa 14235  abscabs 15184   โ‡ cli 15431  ฮฃcsu 15635  expce 16008
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
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-op 4630  df-uni 4903  df-int 4944  df-iun 4992  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-om 7852  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-frecs 8264  df-wrecs 8295  df-recs 8369  df-rdg 8408  df-1o 8464  df-er 8702  df-pm 8822  df-en 8939  df-dom 8940  df-sdom 8941  df-fin 8942  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-n0 12474  df-z 12560  df-uz 12824  df-rp 12978  df-ico 13333  df-fz 13488  df-fzo 13631  df-fl 13760  df-seq 13970  df-exp 14030  df-fac 14236  df-hash 14293  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
This theorem is referenced by:  birthdaylem3  26835  logdiflbnd  26877  emcllem2  26879
  Copyright terms: Public domain W3C validator