Theorem fllog2 45530

Description: The floor of the binary logarithm of 2 to the power of an element of a half-open integer interval bounded by powers of 2 is equal to the integer. (Contributed by AV, 31-May-2020.)

Assertion

Ref	Expression
fllog2	⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) = 𝐼)

Proof of Theorem fllog2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nn0z 12165	. . . 4 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 𝐼 ∈ ℤ)
2	1	adantr 484	. . 3 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 ∈ ℤ)
3		2rp 12556	. . . . 5 ⊢ 2 ∈ ℝ+
4		elfzoelz 13208	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) → 𝑁 ∈ ℤ)
5	4	zred 12247	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) → 𝑁 ∈ ℝ)
6	5	adantl 485	. . . . . 6 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝑁 ∈ ℝ)
7		elfzo2 13211	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) ↔ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 < (2↑(𝐼 + 1))))
8		eluz2 12409	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ↔ ((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁))
9		2re 11869	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ 2 ∈ ℝ
10		2pos 11898	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ 0 < 2
11	10	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 2)
12		expgt0 13633	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((2 ∈ ℝ ∧ 𝐼 ∈ ℤ ∧ 0 < 2) → 0 < (2↑𝐼))
13	9, 1, 11, 12	mp3an2i 1468	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < (2↑𝐼))
14	13	adantl 485	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 < (2↑𝐼))
15		0red 10801	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 ∈ ℝ)
16		zre 12145	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((2↑𝐼) ∈ ℤ → (2↑𝐼) ∈ ℝ)
17	16	adantr 484	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (2↑𝐼) ∈ ℝ)
18	17	adantr 484	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2↑𝐼) ∈ ℝ)
19		zre 12145	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℝ)
20	19	ad2antlr 727	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ)
21		ltletr 10889	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ (2↑𝐼) ∈ ℝ ∧ 𝑁 ∈ ℝ) → ((0 < (2↑𝐼) ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁) → 0 < 𝑁))
22	15, 18, 20, 21	syl3anc 1373	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((0 < (2↑𝐼) ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁) → 0 < 𝑁))
23	14, 22	mpand 695	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → 0 < 𝑁))
24	23	ex 416	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝐼 ∈ ℕ0 → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → 0 < 𝑁)))
25	24	com23 86	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁)))
26	25	3impia 1119	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
27	8, 26	sylbi 220	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
28	27	3ad2ant1 1135	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 < (2↑(𝐼 + 1))) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
29	7, 28	sylbi 220	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
30	29	impcom 411	. . . . . 6 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 0 < 𝑁)
31	6, 30	elrpd 12590	. . . . 5 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝑁 ∈ ℝ+)
32		1ne2 12003	. . . . . . 7 ⊢ 1 ≠ 2
33	32	necomi 2986	. . . . . 6 ⊢ 2 ≠ 1
34	33	a1i 11	. . . . 5 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 2 ≠ 1)
35		relogbcl 25610	. . . . 5 ⊢ ((2 ∈ ℝ+ ∧ 𝑁 ∈ ℝ+ ∧ 2 ≠ 1) → (2 logb 𝑁) ∈ ℝ)
36	3, 31, 34, 35	mp3an2i 1468	. . . 4 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (2 logb 𝑁) ∈ ℝ)
37	36	flcld 13338	. . 3 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ∈ ℤ)
38		eluzelz 12413	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) → 𝑁 ∈ ℤ)
39		zltlem1 12195	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → (𝑁 < (2↑(𝐼 + 1)) ↔ 𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)))
40	38, 39	sylan 583	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → (𝑁 < (2↑(𝐼 + 1)) ↔ 𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)))
41		2z 12174	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 ∈ ℤ
42		uzid 12418	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 ∈ ℤ → 2 ∈ (ℤ≥‘2))
43	41, 42	ax-mp 5	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ (ℤ≥‘2)
44		eluzelre 12414	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) → 𝑁 ∈ ℝ)
45	44	adantr 484	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ)
46	9	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 2 ∈ ℝ)
47	46, 1, 11	3jca 1130	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (2 ∈ ℝ ∧ 𝐼 ∈ ℤ ∧ 0 < 2))
48	47	3ad2ant3 1137	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2 ∈ ℝ ∧ 𝐼 ∈ ℤ ∧ 0 < 2))
49	48, 12	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 < (2↑𝐼))
50		0red 10801	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 ∈ ℝ)
51	16	3ad2ant1 1135	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2↑𝐼) ∈ ℝ)
52	19	3ad2ant2 1136	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ)
53	50, 51, 52, 21	syl3anc 1373	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((0 < (2↑𝐼) ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁) → 0 < 𝑁))
54	49, 53	mpand 695	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → 0 < 𝑁))
55	54	3exp 1121	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((2↑𝐼) ∈ ℤ → (𝑁 ∈ ℤ → (𝐼 ∈ ℕ0 → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → 0 < 𝑁))))
56	55	com34 91	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((2↑𝐼) ∈ ℤ → (𝑁 ∈ ℤ → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))))
57	56	3imp 1113	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
58	8, 57	sylbi 220	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
59	58	imp 410	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 < 𝑁)
60	45, 59	elrpd 12590	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ+)
61	60	adantlr 715	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ+)
62	9	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 2 ∈ ℝ)
63		peano2nn0 12095	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (𝐼 + 1) ∈ ℕ0)
64	63	adantl 485	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (𝐼 + 1) ∈ ℕ0)
65	62, 64	reexpcld 13698	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℝ)
66		peano2rem 11110	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℝ → ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ)
67	65, 66	syl 17	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ)
68		nn0p1nn 12094	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (𝐼 + 1) ∈ ℕ)
69		1lt2 11966	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ 1 < 2
70	69	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 1 < 2)
71	46, 68, 70	3jca 1130	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (2 ∈ ℝ ∧ (𝐼 + 1) ∈ ℕ ∧ 1 < 2))
72	71	adantl 485	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2 ∈ ℝ ∧ (𝐼 + 1) ∈ ℕ ∧ 1 < 2))
73		expgt1 13638	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((2 ∈ ℝ ∧ (𝐼 + 1) ∈ ℕ ∧ 1 < 2) → 1 < (2↑(𝐼 + 1)))
74	72, 73	syl 17	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 1 < (2↑(𝐼 + 1)))
75		1red 10799	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 1 ∈ ℝ)
76		zre 12145	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ → (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℝ)
77	76	ad2antlr 727	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℝ)
78	75, 77	posdifd 11384	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (1 < (2↑(𝐼 + 1)) ↔ 0 < ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)))
79	74, 78	mpbid 235	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 < ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))
80	67, 79	elrpd 12590	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+)
81		logbleb 25620	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((2 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑁 ∈ ℝ+ ∧ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+) → (𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ↔ (2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))))
82	43, 61, 80, 81	mp3an2i 1468	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ↔ (2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))))
83	44	adantr 484	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → 𝑁 ∈ ℝ)
84	83	adantr 484	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ)
85	59	adantlr 715	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 < 𝑁)
86	84, 85	elrpd 12590	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ+)
87	33	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 2 ≠ 1)
88	3, 86, 87, 35	mp3an2i 1468	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2 logb 𝑁) ∈ ℝ)
89	88	adantr 484	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) ∧ (2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) → (2 logb 𝑁) ∈ ℝ)
90	43	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 2 ∈ (ℤ≥‘2))
91	46, 63	reexpcld 13698	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℝ)
92	91, 66	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ)
93	9, 68, 70, 73	mp3an2i 1468	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 1 < (2↑(𝐼 + 1)))
94		1red 10799	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 1 ∈ ℝ)
95	94, 91	posdifd 11384	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (1 < (2↑(𝐼 + 1)) ↔ 0 < ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)))
96	93, 95	mpbid 235	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))
97	92, 96	elrpd 12590	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+)
98	90, 97	jca 515	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (2 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+))
99	98	adantl 485	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+))
100		relogbzcl 25611	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((2 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+) → (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)) ∈ ℝ)
101	99, 100	syl 17	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)) ∈ ℝ)
102	101	adantr 484	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) ∧ (2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) → (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)) ∈ ℝ)
103		simpr 488	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) ∧ (2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) → (2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)))
104		flwordi 13352	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((2 logb 𝑁) ∈ ℝ ∧ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)) ∈ ℝ ∧ (2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))))
105	89, 102, 103, 104	syl3anc 1373	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) ∧ (2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))))
106	105	ex 416	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)))))
107	68	adantl 485	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (𝐼 + 1) ∈ ℕ)
108		logbpw2m1 45529	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝐼 + 1) ∈ ℕ → (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) = ((𝐼 + 1) − 1))
109	107, 108	syl 17	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) = ((𝐼 + 1) − 1))
110		nn0cn 12065	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 𝐼 ∈ ℂ)
111		pncan1 11221	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝐼 ∈ ℂ → ((𝐼 + 1) − 1) = 𝐼)
112	110, 111	syl 17	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → ((𝐼 + 1) − 1) = 𝐼)
113	112	adantl 485	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((𝐼 + 1) − 1) = 𝐼)
114	109, 113	eqtrd 2771	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) = 𝐼)
115	114	breq2d 5051	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) ↔ (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼))
116	106, 115	sylibd 242	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼))
117	82, 116	sylbid 243	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼))
118	117	ex 416	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → (𝐼 ∈ ℕ0 → (𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼)))
119	118	com23 86	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → (𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) → (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼)))
120	40, 119	sylbid 243	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → (𝑁 < (2↑(𝐼 + 1)) → (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼)))
121	120	3impia 1119	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ (ℤ≥‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 < (2↑(𝐼 + 1))) → (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼))
122	7, 121	sylbi 220	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) → (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼))
123	122	impcom 411	. . 3 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼)
124		nn0re 12064	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 𝐼 ∈ ℝ)
125		nn0ge0 12080	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 ≤ 𝐼)
126		flge0nn0 13360	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐼 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐼) → (⌊‘𝐼) ∈ ℕ0)
127	124, 125, 126	syl2anc 587	. . . . . . 7 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘𝐼) ∈ ℕ0)
128	127	nn0red 12116	. . . . . 6 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘𝐼) ∈ ℝ)
129	128	adantr 484	. . . . 5 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘𝐼) ∈ ℝ)
130	124	adantr 484	. . . . 5 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 ∈ ℝ)
131		flle 13339	. . . . . . 7 ⊢ (𝐼 ∈ ℝ → (⌊‘𝐼) ≤ 𝐼)
132	124, 131	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘𝐼) ≤ 𝐼)
133	132	adantr 484	. . . . 5 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘𝐼) ≤ 𝐼)
134	3	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 2 ∈ ℝ+)
135	134, 1	rpexpcld 13779	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (2↑𝐼) ∈ ℝ+)
136	33	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 2 ≠ 1)
137		relogbcl 25610	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 ∈ ℝ+ ∧ (2↑𝐼) ∈ ℝ+ ∧ 2 ≠ 1) → (2 logb (2↑𝐼)) ∈ ℝ)
138	3, 135, 136, 137	mp3an2i 1468	. . . . . . 7 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (2 logb (2↑𝐼)) ∈ ℝ)
139	138	adantr 484	. . . . . 6 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (2 logb (2↑𝐼)) ∈ ℝ)
140		nnlogbexp 25618	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝐼 ∈ ℤ) → (2 logb (2↑𝐼)) = 𝐼)
141	90, 1, 140	syl2anc 587	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → (2 logb (2↑𝐼)) = 𝐼)
142	141	eqcomd 2742	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 𝐼 = (2 logb (2↑𝐼)))
143	124, 142	eqled 10900	. . . . . . 7 ⊢ (𝐼 ∈ ℕ0 → 𝐼 ≤ (2 logb (2↑𝐼)))
144	143	adantr 484	. . . . . 6 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 ≤ (2 logb (2↑𝐼)))
145		elfzole1 13216	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) → (2↑𝐼) ≤ 𝑁)
146	145	adantl 485	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (2↑𝐼) ≤ 𝑁)
147	135	adantr 484	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (2↑𝐼) ∈ ℝ+)
148		logbleb 25620	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ (2↑𝐼) ∈ ℝ+ ∧ 𝑁 ∈ ℝ+) → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 ↔ (2 logb (2↑𝐼)) ≤ (2 logb 𝑁)))
149	43, 147, 31, 148	mp3an2i 1468	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 ↔ (2 logb (2↑𝐼)) ≤ (2 logb 𝑁)))
150	146, 149	mpbid 235	. . . . . 6 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (2 logb (2↑𝐼)) ≤ (2 logb 𝑁))
151	130, 139, 36, 144, 150	letrd 10954	. . . . 5 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 ≤ (2 logb 𝑁))
152	129, 130, 36, 133, 151	letrd 10954	. . . 4 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘𝐼) ≤ (2 logb 𝑁))
153		flflp1 13347	. . . . 5 ⊢ ((𝐼 ∈ ℝ ∧ (2 logb 𝑁) ∈ ℝ) → ((⌊‘𝐼) ≤ (2 logb 𝑁) ↔ 𝐼 < ((⌊‘(2 logb 𝑁)) + 1)))
154	130, 36, 153	syl2anc 587	. . . 4 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → ((⌊‘𝐼) ≤ (2 logb 𝑁) ↔ 𝐼 < ((⌊‘(2 logb 𝑁)) + 1)))
155	152, 154	mpbid 235	. . 3 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 < ((⌊‘(2 logb 𝑁)) + 1))
156		zgeltp1eq 44417	. . . 4 ⊢ ((𝐼 ∈ ℤ ∧ (⌊‘(2 logb 𝑁)) ∈ ℤ) → (((⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼 ∧ 𝐼 < ((⌊‘(2 logb 𝑁)) + 1)) → 𝐼 = (⌊‘(2 logb 𝑁))))
157	156	imp 410	. . 3 ⊢ (((𝐼 ∈ ℤ ∧ (⌊‘(2 logb 𝑁)) ∈ ℤ) ∧ ((⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼 ∧ 𝐼 < ((⌊‘(2 logb 𝑁)) + 1))) → 𝐼 = (⌊‘(2 logb 𝑁)))
158	2, 37, 123, 155, 157	syl22anc 839	. 2 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 = (⌊‘(2 logb 𝑁)))
159	158	eqcomd 2742	1 ⊢ ((𝐼 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) = 𝐼)

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   ∧ w3a 1089   = wceq 1543   ∈ wcel 2112   ≠ wne 2932   class class class wbr 5039  ‘cfv 6358  (class class class)co 7191  ℂcc 10692  ℝcr 10693  0cc0 10694  1c1 10695   + caddc 10697   < clt 10832   ≤ cle 10833   − cmin 11027  ℕcn 11795  2c2 11850  ℕ₀cn0 12055  ℤcz 12141  ℤ_≥cuz 12403  ℝ⁺crp 12551  ..^cfzo 13203  ⌊cfl 13330  ↑cexp 13600   log_b clogb 25601

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1803  ax-4 1817  ax-5 1918  ax-6 1976  ax-7 2018  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2160  ax-12 2177  ax-ext 2708  ax-rep 5164  ax-sep 5177  ax-nul 5184  ax-pow 5243  ax-pr 5307  ax-un 7501  ax-inf2 9234  ax-cnex 10750  ax-resscn 10751  ax-1cn 10752  ax-icn 10753  ax-addcl 10754  ax-addrcl 10755  ax-mulcl 10756  ax-mulrcl 10757  ax-mulcom 10758  ax-addass 10759  ax-mulass 10760  ax-distr 10761  ax-i2m1 10762  ax-1ne0 10763  ax-1rid 10764  ax-rnegex 10765  ax-rrecex 10766  ax-cnre 10767  ax-pre-lttri 10768  ax-pre-lttrn 10769  ax-pre-ltadd 10770  ax-pre-mulgt0 10771  ax-pre-sup 10772  ax-addf 10773  ax-mulf 10774

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 848  df-3or 1090  df-3an 1091  df-tru 1546  df-fal 1556  df-ex 1788  df-nf 1792  df-sb 2073  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2809  df-nfc 2879  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3056  df-rex 3057  df-reu 3058  df-rmo 3059  df-rab 3060  df-v 3400  df-sbc 3684  df-csb 3799  df-dif 3856  df-un 3858  df-in 3860  df-ss 3870  df-pss 3872  df-nul 4224  df-if 4426  df-pw 4501  df-sn 4528  df-pr 4530  df-tp 4532  df-op 4534  df-uni 4806  df-int 4846  df-iun 4892  df-iin 4893  df-br 5040  df-opab 5102  df-mpt 5121  df-tr 5147  df-id 5440  df-eprel 5445  df-po 5453  df-so 5454  df-fr 5494  df-se 5495  df-we 5496  df-xp 5542  df-rel 5543  df-cnv 5544  df-co 5545  df-dm 5546  df-rn 5547  df-res 5548  df-ima 5549  df-pred 6140  df-ord 6194  df-on 6195  df-lim 6196  df-suc 6197  df-iota 6316  df-fun 6360  df-fn 6361  df-f 6362  df-f1 6363  df-fo 6364  df-f1o 6365  df-fv 6366  df-isom 6367  df-riota 7148  df-ov 7194  df-oprab 7195  df-mpo 7196  df-of 7447  df-om 7623  df-1st 7739  df-2nd 7740  df-supp 7882  df-wrecs 8025  df-recs 8086  df-rdg 8124  df-1o 8180  df-2o 8181  df-er 8369  df-map 8488  df-pm 8489  df-ixp 8557  df-en 8605  df-dom 8606  df-sdom 8607  df-fin 8608  df-fsupp 8964  df-fi 9005  df-sup 9036  df-inf 9037  df-oi 9104  df-card 9520  df-pnf 10834  df-mnf 10835  df-xr 10836  df-ltxr 10837  df-le 10838  df-sub 11029  df-neg 11030  df-div 11455  df-nn 11796  df-2 11858  df-3 11859  df-4 11860  df-5 11861  df-6 11862  df-7 11863  df-8 11864  df-9 11865  df-n0 12056  df-z 12142  df-dec 12259  df-uz 12404  df-q 12510  df-rp 12552  df-xneg 12669  df-xadd 12670  df-xmul 12671  df-ioo 12904  df-ioc 12905  df-ico 12906  df-icc 12907  df-fz 13061  df-fzo 13204  df-fl 13332  df-mod 13408  df-seq 13540  df-exp 13601  df-fac 13805  df-bc 13834  df-hash 13862  df-shft 14595  df-cj 14627  df-re 14628  df-im 14629  df-sqrt 14763  df-abs 14764  df-limsup 14997  df-clim 15014  df-rlim 15015  df-sum 15215  df-ef 15592  df-sin 15594  df-cos 15595  df-pi 15597  df-struct 16668  df-ndx 16669  df-slot 16670  df-base 16672  df-sets 16673  df-ress 16674  df-plusg 16762  df-mulr 16763  df-starv 16764  df-sca 16765  df-vsca 16766  df-ip 16767  df-tset 16768  df-ple 16769  df-ds 16771  df-unif 16772  df-hom 16773  df-cco 16774  df-rest 16881  df-topn 16882  df-0g 16900  df-gsum 16901  df-topgen 16902  df-pt 16903  df-prds 16906  df-xrs 16961  df-qtop 16966  df-imas 16967  df-xps 16969  df-mre 17043  df-mrc 17044  df-acs 17046  df-mgm 18068  df-sgrp 18117  df-mnd 18128  df-submnd 18173  df-mulg 18443  df-cntz 18665  df-cmn 19126  df-psmet 20309  df-xmet 20310  df-met 20311  df-bl 20312  df-mopn 20313  df-fbas 20314  df-fg 20315  df-cnfld 20318  df-top 21745  df-topon 21762  df-topsp 21784  df-bases 21797  df-cld 21870  df-ntr 21871  df-cls 21872  df-nei 21949  df-lp 21987  df-perf 21988  df-cn 22078  df-cnp 22079  df-haus 22166  df-tx 22413  df-hmeo 22606  df-fil 22697  df-fm 22789  df-flim 22790  df-flf 22791  df-xms 23172  df-ms 23173  df-tms 23174  df-cncf 23729  df-limc 24717  df-dv 24718  df-log 25399  df-cxp 25400  df-logb 25602

This theorem is referenced by:  nnolog2flm1  45552