Theorem wallispilem1 44781

Description: 𝐼 is monotone: increasing the exponent, the integral decreases. (Contributed by Glauco Siliprandi, 29-Jun-2017.)

Hypotheses

Ref	Expression
wallispilem1.1	⊢ 𝐼 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑛) d𝑥)
wallispilem1.2	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)

Assertion

Ref	Expression
wallispilem1	⊢ (𝜑 → (𝐼‘(𝑁 + 1)) ≤ (𝐼‘𝑁))

Distinct variable groups:   𝑥,𝑛,𝑁   𝜑,𝑥

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑛)   𝐼(𝑥,𝑛)

Proof of Theorem wallispilem1

Step	Hyp	Ref	Expression
1		0re 11216	. . . . 5 ⊢ 0 ∈ ℝ
2	1	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
3		pire 25968	. . . . 5 ⊢ π ∈ ℝ
4	3	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → π ∈ ℝ)
5		wallispilem1.2	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
6		peano2nn0 12512	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ0)
7	5, 6	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ0)
8		iblioosinexp 44669	. . . 4 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ ∧ (𝑁 + 1) ∈ ℕ0) → (𝑥 ∈ (0(,)π) ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1))) ∈ 𝐿1)
9	2, 4, 7, 8	syl3anc 1372	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ (0(,)π) ↦ ((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1))) ∈ 𝐿1)
10		iblioosinexp 44669	. . . 4 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ π ∈ ℝ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑥 ∈ (0(,)π) ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁)) ∈ 𝐿1)
11	2, 4, 5, 10	syl3anc 1372	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ (0(,)π) ↦ ((sin‘𝑥)↑𝑁)) ∈ 𝐿1)
12		elioore 13354	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ (0(,)π) → 𝑥 ∈ ℝ)
13	12	resincld 16086	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ (0(,)π) → (sin‘𝑥) ∈ ℝ)
14	13	adantl 483	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → (sin‘𝑥) ∈ ℝ)
15	7	adantr 482	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → (𝑁 + 1) ∈ ℕ0)
16	14, 15	reexpcld 14128	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1)) ∈ ℝ)
17	5	adantr 482	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
18	14, 17	reexpcld 14128	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑𝑁) ∈ ℝ)
19	5	nn0zd 12584	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
20		uzid 12837	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑁))
21	19, 20	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑁))
22		peano2uz 12885	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑁) → (𝑁 + 1) ∈ (ℤ≥‘𝑁))
23	21, 22	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑁 + 1) ∈ (ℤ≥‘𝑁))
24	23	adantr 482	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → (𝑁 + 1) ∈ (ℤ≥‘𝑁))
25	13, 1	jctil 521	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ (0(,)π) → (0 ∈ ℝ ∧ (sin‘𝑥) ∈ ℝ))
26		sinq12gt0 26017	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ (0(,)π) → 0 < (sin‘𝑥))
27		ltle 11302	. . . . . 6 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ (sin‘𝑥) ∈ ℝ) → (0 < (sin‘𝑥) → 0 ≤ (sin‘𝑥)))
28	25, 26, 27	sylc 65	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ (0(,)π) → 0 ≤ (sin‘𝑥))
29	28	adantl 483	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → 0 ≤ (sin‘𝑥))
30		sinbnd 16123	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (-1 ≤ (sin‘𝑥) ∧ (sin‘𝑥) ≤ 1))
31	12, 30	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ (0(,)π) → (-1 ≤ (sin‘𝑥) ∧ (sin‘𝑥) ≤ 1))
32	31	simprd 497	. . . . 5 ⊢ (𝑥 ∈ (0(,)π) → (sin‘𝑥) ≤ 1)
33	32	adantl 483	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → (sin‘𝑥) ≤ 1)
34	14, 17, 24, 29, 33	leexp2rd 14218	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1)) ≤ ((sin‘𝑥)↑𝑁))
35	9, 11, 16, 18, 34	itgle 25327	. 2 ⊢ (𝜑 → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1)) d𝑥 ≤ ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥)
36		oveq2 7417	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = (𝑁 + 1) → ((sin‘𝑥)↑𝑛) = ((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1)))
37	36	adantr 482	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 = (𝑁 + 1) ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑𝑛) = ((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1)))
38	37	itgeq2dv 25299	. . . 4 ⊢ (𝑛 = (𝑁 + 1) → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑛) d𝑥 = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1)) d𝑥)
39		wallispilem1.1	. . . 4 ⊢ 𝐼 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑛) d𝑥)
40		itgex 25288	. . . 4 ⊢ ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1)) d𝑥 ∈ V
41	38, 39, 40	fvmpt 6999	. . 3 ⊢ ((𝑁 + 1) ∈ ℕ0 → (𝐼‘(𝑁 + 1)) = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1)) d𝑥)
42	7, 41	syl 17	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐼‘(𝑁 + 1)) = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑(𝑁 + 1)) d𝑥)
43		oveq2 7417	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → ((sin‘𝑥)↑𝑛) = ((sin‘𝑥)↑𝑁))
44	43	adantr 482	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑥 ∈ (0(,)π)) → ((sin‘𝑥)↑𝑛) = ((sin‘𝑥)↑𝑁))
45	44	itgeq2dv 25299	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑛) d𝑥 = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥)
46		itgex 25288	. . . 4 ⊢ ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥 ∈ V
47	45, 39, 46	fvmpt 6999	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝐼‘𝑁) = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥)
48	5, 47	syl 17	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐼‘𝑁) = ∫(0(,)π)((sin‘𝑥)↑𝑁) d𝑥)
49	35, 42, 48	3brtr4d 5181	1 ⊢ (𝜑 → (𝐼‘(𝑁 + 1)) ≤ (𝐼‘𝑁))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 397   = wceq 1542   ∈ wcel 2107   class class class wbr 5149   ↦ cmpt 5232  ‘cfv 6544  (class class class)co 7409  ℝcr 11109  0cc0 11110  1c1 11111   + caddc 11113   < clt 11248   ≤ cle 11249  -cneg 11445  ℕ₀cn0 12472  ℤcz 12558  ℤ_≥cuz 12822  (,)cioo 13324  ↑cexp 14027  sincsin 16007  πcpi 16010  𝐿¹cibl 25134  ∫citg 25135

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-rep 5286  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pow 5364  ax-pr 5428  ax-un 7725  ax-inf2 9636  ax-cc 10430  ax-cnex 11166  ax-resscn 11167  ax-1cn 11168  ax-icn 11169  ax-addcl 11170  ax-addrcl 11171  ax-mulcl 11172  ax-mulrcl 11173  ax-mulcom 11174  ax-addass 11175  ax-mulass 11176  ax-distr 11177  ax-i2m1 11178  ax-1ne0 11179  ax-1rid 11180  ax-rnegex 11181  ax-rrecex 11182  ax-cnre 11183  ax-pre-lttri 11184  ax-pre-lttrn 11185  ax-pre-ltadd 11186  ax-pre-mulgt0 11187  ax-pre-sup 11188  ax-addf 11189  ax-mulf 11190

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3779  df-csb 3895  df-dif 3952  df-un 3954  df-in 3956  df-ss 3966  df-pss 3968  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-tp 4634  df-op 4636  df-uni 4910  df-int 4952  df-iun 5000  df-iin 5001  df-disj 5115  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-tr 5267  df-id 5575  df-eprel 5581  df-po 5589  df-so 5590  df-fr 5632  df-se 5633  df-we 5634  df-xp 5683  df-rel 5684  df-cnv 5685  df-co 5686  df-dm 5687  df-rn 5688  df-res 5689  df-ima 5690  df-pred 6301  df-ord 6368  df-on 6369  df-lim 6370  df-suc 6371  df-iota 6496  df-fun 6546  df-fn 6547  df-f 6548  df-f1 6549  df-fo 6550  df-f1o 6551  df-fv 6552  df-isom 6553  df-riota 7365  df-ov 7412  df-oprab 7413  df-mpo 7414  df-of 7670  df-ofr 7671  df-om 7856  df-1st 7975  df-2nd 7976  df-supp 8147  df-frecs 8266  df-wrecs 8297  df-recs 8371  df-rdg 8410  df-1o 8466  df-2o 8467  df-oadd 8470  df-omul 8471  df-er 8703  df-map 8822  df-pm 8823  df-ixp 8892  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-fsupp 9362  df-fi 9406  df-sup 9437  df-inf 9438  df-oi 9505  df-dju 9896  df-card 9934  df-acn 9937  df-pnf 11250  df-mnf 11251  df-xr 11252  df-ltxr 11253  df-le 11254  df-sub 11446  df-neg 11447  df-div 11872  df-nn 12213  df-2 12275  df-3 12276  df-4 12277  df-5 12278  df-6 12279  df-7 12280  df-8 12281  df-9 12282  df-n0 12473  df-z 12559  df-dec 12678  df-uz 12823  df-q 12933  df-rp 12975  df-xneg 13092  df-xadd 13093  df-xmul 13094  df-ioo 13328  df-ioc 13329  df-ico 13330  df-icc 13331  df-fz 13485  df-fzo 13628  df-fl 13757  df-mod 13835  df-seq 13967  df-exp 14028  df-fac 14234  df-bc 14263  df-hash 14291  df-shft 15014  df-cj 15046  df-re 15047  df-im 15048  df-sqrt 15182  df-abs 15183  df-limsup 15415  df-clim 15432  df-rlim 15433  df-sum 15633  df-ef 16011  df-sin 16013  df-cos 16014  df-pi 16016  df-struct 17080  df-sets 17097  df-slot 17115  df-ndx 17127  df-base 17145  df-ress 17174  df-plusg 17210  df-mulr 17211  df-starv 17212  df-sca 17213  df-vsca 17214  df-ip 17215  df-tset 17216  df-ple 17217  df-ds 17219  df-unif 17220  df-hom 17221  df-cco 17222  df-rest 17368  df-topn 17369  df-0g 17387  df-gsum 17388  df-topgen 17389  df-pt 17390  df-prds 17393  df-xrs 17448  df-qtop 17453  df-imas 17454  df-xps 17456  df-mre 17530  df-mrc 17531  df-acs 17533  df-mgm 18561  df-sgrp 18610  df-mnd 18626  df-submnd 18672  df-mulg 18951  df-cntz 19181  df-cmn 19650  df-psmet 20936  df-xmet 20937  df-met 20938  df-bl 20939  df-mopn 20940  df-fbas 20941  df-fg 20942  df-cnfld 20945  df-top 22396  df-topon 22413  df-topsp 22435  df-bases 22449  df-cld 22523  df-ntr 22524  df-cls 22525  df-nei 22602  df-lp 22640  df-perf 22641  df-cn 22731  df-cnp 22732  df-haus 22819  df-cmp 22891  df-tx 23066  df-hmeo 23259  df-fil 23350  df-fm 23442  df-flim 23443  df-flf 23444  df-xms 23826  df-ms 23827  df-tms 23828  df-cncf 24394  df-ovol 24981  df-vol 24982  df-mbf 25136  df-itg1 25137  df-itg2 25138  df-ibl 25139  df-itg 25140  df-0p 25187  df-limc 25383  df-dv 25384

This theorem is referenced by:  wallispilem5  44785