Theorem pnt2 27941

Description: The Prime Number Theorem, version 2: the first Chebyshev function tends asymptotically to 𝑥. (Contributed by Mario Carneiro, 1-Jun-2016.)

Assertion

Ref	Expression
pnt2	⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)) ⇝𝑟 1

Proof of Theorem pnt2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2re 12418	. . . . . . . . 9 ⊢ 2 ∈ ℝ
2		elicopnf 13577	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 ∈ ℝ → (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↔ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 2 ≤ 𝑥)))
3	1, 2	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↔ (𝑥 ∈ ℝ ∧ 2 ≤ 𝑥))
4		chprpcl 27535	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 2 ≤ 𝑥) → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ+)
5	3, 4	sylbi 220	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ+)
6	3	simplbi 502	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → 𝑥 ∈ ℝ)
7		0red 11312	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → 0 ∈ ℝ)
8	1	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → 2 ∈ ℝ)
9		2pos 12448	. . . . . . . . . 10 ⊢ 0 < 2
10	9	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → 0 < 2)
11	3	simprbi 503	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → 2 ≤ 𝑥)
12	7, 8, 6, 10, 11	ltletrd 11471	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → 0 < 𝑥)
13	6, 12	elrpd 13162	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → 𝑥 ∈ ℝ+)
14	5, 13	rpdivcld 13182	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ+)
15	14	adantl 487	. . . . 5 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ (2[,)+∞)) → ((ψ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ+)
16		chtrpcl 27503	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ ∧ 2 ≤ 𝑥) → (θ‘𝑥) ∈ ℝ+)
17	3, 16	sylbi 220	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → (θ‘𝑥) ∈ ℝ+)
18	5, 17	rpdivcld 13182	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥)) ∈ ℝ+)
19	18	adantl 487	. . . . 5 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ (2[,)+∞)) → ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥)) ∈ ℝ+)
20	13	ssriv 3912	. . . . . . 7 ⊢ (2[,)+∞) ⊆ ℝ+
21	20	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (⊤ → (2[,)+∞) ⊆ ℝ+)
22		pnt3 27940	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ⇝𝑟 1
23	22	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ⇝𝑟 1)
24	21, 23	rlimres2 15729	. . . . 5 ⊢ (⊤ → (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↦ ((ψ‘𝑥) / 𝑥)) ⇝𝑟 1)
25		chpchtlim 27807	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↦ ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥))) ⇝𝑟 1
26	25	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (⊤ → (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↦ ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥))) ⇝𝑟 1)
27		ax-1ne0 11270	. . . . . 6 ⊢ 1 ≠ 0
28	27	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (⊤ → 1 ≠ 0)
29	19	rpne0d 13170	. . . . 5 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ (2[,)+∞)) → ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥)) ≠ 0)
30	15, 19, 24, 26, 28, 29	rlimdiv 15814	. . . 4 ⊢ (⊤ → (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↦ (((ψ‘𝑥) / 𝑥) / ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥)))) ⇝𝑟 (1 / 1))
31		rpre 13130	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → 𝑥 ∈ ℝ)
32		chpcl 27452	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ)
33	31, 32	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → (ψ‘𝑥) ∈ ℝ)
34	33	recnd 11338	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → (ψ‘𝑥) ∈ ℂ)
35	13, 34	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → (ψ‘𝑥) ∈ ℂ)
36	13	rpcnne0d 13174	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ≠ 0))
37	5	rpcnne0d 13174	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → ((ψ‘𝑥) ∈ ℂ ∧ (ψ‘𝑥) ≠ 0))
38	17	rpcnne0d 13174	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → ((θ‘𝑥) ∈ ℂ ∧ (θ‘𝑥) ≠ 0))
39		divdivdiv 12019	. . . . . . . 8 ⊢ ((((ψ‘𝑥) ∈ ℂ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ≠ 0)) ∧ (((ψ‘𝑥) ∈ ℂ ∧ (ψ‘𝑥) ≠ 0) ∧ ((θ‘𝑥) ∈ ℂ ∧ (θ‘𝑥) ≠ 0))) → (((ψ‘𝑥) / 𝑥) / ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥))) = (((ψ‘𝑥) · (θ‘𝑥)) / (𝑥 · (ψ‘𝑥))))
40	35, 36, 37, 38, 39	syl22anc 852	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → (((ψ‘𝑥) / 𝑥) / ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥))) = (((ψ‘𝑥) · (θ‘𝑥)) / (𝑥 · (ψ‘𝑥))))
41	6	recnd 11338	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → 𝑥 ∈ ℂ)
42	41, 35	mulcomd 11331	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → (𝑥 · (ψ‘𝑥)) = ((ψ‘𝑥) · 𝑥))
43	42	oveq2d 7436	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → (((ψ‘𝑥) · (θ‘𝑥)) / (𝑥 · (ψ‘𝑥))) = (((ψ‘𝑥) · (θ‘𝑥)) / ((ψ‘𝑥) · 𝑥)))
44		chtcl 27437	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (θ‘𝑥) ∈ ℝ)
45	31, 44	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → (θ‘𝑥) ∈ ℝ)
46	45	recnd 11338	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → (θ‘𝑥) ∈ ℂ)
47	13, 46	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → (θ‘𝑥) ∈ ℂ)
48		divcan5 12020	. . . . . . . 8 ⊢ (((θ‘𝑥) ∈ ℂ ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ≠ 0) ∧ ((ψ‘𝑥) ∈ ℂ ∧ (ψ‘𝑥) ≠ 0)) → (((ψ‘𝑥) · (θ‘𝑥)) / ((ψ‘𝑥) · 𝑥)) = ((θ‘𝑥) / 𝑥))
49	47, 36, 37, 48	syl3anc 1398	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → (((ψ‘𝑥) · (θ‘𝑥)) / ((ψ‘𝑥) · 𝑥)) = ((θ‘𝑥) / 𝑥))
50	40, 43, 49	3eqtrd 2799	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) → (((ψ‘𝑥) / 𝑥) / ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥))) = ((θ‘𝑥) / 𝑥))
51	50	mpteq2ia 5199	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↦ (((ψ‘𝑥) / 𝑥) / ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥)))) = (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥))
52		resmpt 6028	. . . . . 6 ⊢ ((2[,)+∞) ⊆ ℝ+ → ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)) ↾ (2[,)+∞)) = (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)))
53	20, 52	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)) ↾ (2[,)+∞)) = (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥))
54	51, 53	eqtr4i 2786	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ (2[,)+∞) ↦ (((ψ‘𝑥) / 𝑥) / ((ψ‘𝑥) / (θ‘𝑥)))) = ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)) ↾ (2[,)+∞))
55		1div1e1 12008	. . . 4 ⊢ (1 / 1) = 1
56	30, 54, 55	3brtr3g 5137	. . 3 ⊢ (⊤ → ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)) ↾ (2[,)+∞)) ⇝𝑟 1)
57		rerpdivcl 13153	. . . . . . . 8 ⊢ (((θ‘𝑥) ∈ ℝ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((θ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
58	45, 57	mpancom 701	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ → ((θ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
59	58	adantl 487	. . . . . 6 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((θ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℝ)
60	59	recnd 11338	. . . . 5 ⊢ ((⊤ ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ((θ‘𝑥) / 𝑥) ∈ ℂ)
61	60	fmpttd 7115	. . . 4 ⊢ (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)):ℝ+⟶ℂ)
62		rpssre 13129	. . . . 5 ⊢ ℝ+ ⊆ ℝ
63	62	a1i 11	. . . 4 ⊢ (⊤ → ℝ+ ⊆ ℝ)
64	1	a1i 11	. . . 4 ⊢ (⊤ → 2 ∈ ℝ)
65	61, 63, 64	rlimresb 15733	. . 3 ⊢ (⊤ → ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)) ⇝𝑟 1 ↔ ((𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)) ↾ (2[,)+∞)) ⇝𝑟 1))
66	56, 65	mpbird 260	. 2 ⊢ (⊤ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)) ⇝𝑟 1)
67	66	mptru 1576	1 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((θ‘𝑥) / 𝑥)) ⇝𝑟 1

This proof depends on syntax axioms:   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1569  ⊤wtru 1570   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2955   ⊆ wss 3895   class class class wbr 5102   ↦ cmpt 5185   ↾ cres 5652  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11199  ℝcr 11200  0cc0 11201  1c1 11202   · cmul 11206  +∞cpnf 11341   < clt 11344   ≤ cle 11345   / cdiv 11974  2c2 12398  ℝ⁺crp 13121  [,)cico 13479   ⇝_𝑟 crli 15653  θccht 27419  ψcchp 27421

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-inf2 9643  ax-cnex 11257  ax-resscn 11258  ax-1cn 11259  ax-icn 11260  ax-addcl 11261  ax-addrcl 11262  ax-mulcl 11263  ax-mulrcl 11264  ax-mulcom 11265  ax-addass 11266  ax-mulass 11267  ax-distr 11268  ax-i2m1 11269  ax-1ne0 11270  ax-1rid 11271  ax-rnegex 11272  ax-rrecex 11273  ax-cnre 11274  ax-pre-lttri 11275  ax-pre-lttrn 11276  ax-pre-ltadd 11277  ax-pre-mulgt0 11278  ax-pre-sup 11279  ax-addf 11280

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4584  df-pr 4586  df-tp 4588  df-op 4590  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-iin 4953  df-disj 5070  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-se 5604  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  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 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-of 7693  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-supp 8178  df-frecs 8300  df-wrecs 8331  df-recs 8380  df-rdg 8419  df-1o 8477  df-2o 8478  df-oadd 8481  df-er 8718  df-map 8850  df-pm 8851  df-ixp 8927  df-en 8975  df-dom 8976  df-sdom 8977  df-fin 8978  df-fsupp 9355  df-fi 9404  df-sup 9435  df-inf 9436  df-oi 9505  df-dju 9983  df-card 10021  df-pnf 11346  df-mnf 11347  df-xr 11348  df-ltxr 11349  df-le 11350  df-sub 11544  df-neg 11545  df-div 11975  df-nn 12337  df-2 12406  df-3 12407  df-4 12408  df-5 12409  df-6 12410  df-7 12411  df-8 12412  df-9 12413  df-n0 12608  df-xnn0 12681  df-z 12695  df-dec 12816  df-uz 12967  df-q 13077  df-rp 13122  df-xneg 13242  df-xadd 13243  df-xmul 13244  df-ioo 13481  df-ioc 13482  df-ico 13483  df-icc 13484  df-fz 13641  df-fzo 13790  df-fl 13933  df-mod 14011  df-seq 14146  df-exp 14206  df-fac 14419  df-bc 14448  df-hash 14476  df-shft 15221  df-cj 15267  df-re 15268  df-im 15269  df-sqrt 15403  df-abs 15404  df-limsup 15639  df-clim 15656  df-rlim 15657  df-o1 15658  df-lo1 15659  df-sum 15855  df-ef 16234  df-e 16235  df-sin 16236  df-cos 16237  df-tan 16238  df-pi 16239  df-dvds 16424  df-gcd 16666  df-prm 16848  df-pc 17016  df-struct 17326  df-sets 17343  df-slot 17361  df-ndx 17373  df-base 17389  df-ress 17410  df-plusg 17442  df-mulr 17443  df-starv 17444  df-sca 17445  df-vsca 17446  df-ip 17447  df-tset 17448  df-ple 17449  df-ds 17451  df-unif 17452  df-hom 17453  df-cco 17454  df-rest 17594  df-topn 17595  df-0g 17613  df-gsum 17614  df-topgen 17615  df-pt 17616  df-prds 17619  df-xrs 17675  df-qtop 17680  df-imas 17681  df-xps 17683  df-mre 17757  df-mrc 17758  df-acs 17760  df-mgm 18817  df-sgrp 18909  df-mnd 18925  df-submnd 18980  df-mulg 19279  df-cntz 19532  df-cmn 19997  df-psmet 21671  df-xmet 21672  df-met 21673  df-bl 21674  df-mopn 21675  df-fbas 21676  df-fg 21677  df-cnfld 21680  df-top 23213  df-topon 23230  df-topsp 23252  df-bases 23265  df-cld 23338  df-ntr 23339  df-cls 23340  df-nei 23417  df-lp 23455  df-perf 23456  df-cn 23546  df-cnp 23547  df-haus 23634  df-cmp 23706  df-tx 23882  df-hmeo 24075  df-fil 24166  df-fm 24258  df-flim 24259  df-flf 24260  df-xms 24640  df-ms 24641  df-tms 24642  df-cncf 25200  df-limc 26187  df-dv 26188  df-ulm 26705  df-log 26885  df-cxp 26886  df-atan 27196  df-em 27321  df-cht 27425  df-vma 27426  df-chp 27427  df-ppi 27428  df-mu 27429

This theorem is used by:  pnt  27942