Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  wallispilem1 Structured version   Unicode version

Theorem wallispilem1 37215
Description:  I is monotone: increasing the exponent, the integral decreases. (Contributed by Glauco Siliprandi, 29-Jun-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
wallispilem1.1  |-  I  =  ( n  e.  NN0  |->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ n
)  _d x )
wallispilem1.2  |-  ( ph  ->  N  e.  NN0 )
Assertion
Ref Expression
wallispilem1  |-  ( ph  ->  ( I `  ( N  +  1 ) )  <_  ( I `  N ) )
Distinct variable groups:    x, n, N    ph, x
Allowed substitution hints:    ph( n)    I( x, n)

Proof of Theorem wallispilem1
StepHypRef Expression
1 0re 9626 . . . . 5  |-  0  e.  RR
21a1i 11 . . . 4  |-  ( ph  ->  0  e.  RR )
3 pire 23143 . . . . 5  |-  pi  e.  RR
43a1i 11 . . . 4  |-  ( ph  ->  pi  e.  RR )
5 wallispilem1.2 . . . . 5  |-  ( ph  ->  N  e.  NN0 )
6 peano2nn0 10877 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( N  +  1 )  e. 
NN0 )
75, 6syl 17 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( N  +  1 )  e.  NN0 )
8 iblioosinexp 37119 . . . 4  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  pi  e.  RR  /\  ( N  +  1 )  e.  NN0 )  -> 
( x  e.  ( 0 (,) pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  +  1 ) ) )  e.  L^1 )
92, 4, 7, 8syl3anc 1230 . . 3  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 (,) pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  +  1 ) ) )  e.  L^1 )
10 iblioosinexp 37119 . . . 4  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  pi  e.  RR  /\  N  e.  NN0 )  ->  (
x  e.  ( 0 (,) pi )  |->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  e.  L^1 )
112, 4, 5, 10syl3anc 1230 . . 3  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 (,) pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  e.  L^1 )
12 elioore 11612 . . . . . 6  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  x  e.  RR )
1312resincld 14087 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  ( sin `  x )  e.  RR )
1413adantl 464 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( sin `  x )  e.  RR )
157adantr 463 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( N  +  1 )  e.  NN0 )
1614, 15reexpcld 12371 . . 3  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ ( N  +  1 ) )  e.  RR )
175adantr 463 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  N  e.  NN0 )
1814, 17reexpcld 12371 . . 3  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ N )  e.  RR )
195nn0zd 11006 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  N  e.  ZZ )
20 uzid 11141 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  ZZ  ->  N  e.  ( ZZ>= `  N )
)
2119, 20syl 17 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  N  e.  ( ZZ>= `  N ) )
22 peano2uz 11180 . . . . . 6  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  N
)  ->  ( N  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  N )
)
2321, 22syl 17 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( N  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  N ) )
2423adantr 463 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( N  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  N
) )
2513, 1jctil 535 . . . . . 6  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  (
0  e.  RR  /\  ( sin `  x )  e.  RR ) )
26 sinq12gt0 23192 . . . . . 6  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  0  <  ( sin `  x
) )
27 ltle 9704 . . . . . 6  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  ( sin `  x )  e.  RR )  -> 
( 0  <  ( sin `  x )  -> 
0  <_  ( sin `  x ) ) )
2825, 26, 27sylc 59 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  0  <_  ( sin `  x
) )
2928adantl 464 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  0  <_  ( sin `  x
) )
30 sinbnd 14124 . . . . . . 7  |-  ( x  e.  RR  ->  ( -u 1  <_  ( sin `  x )  /\  ( sin `  x )  <_ 
1 ) )
3112, 30syl 17 . . . . . 6  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  ( -u 1  <_  ( sin `  x )  /\  ( sin `  x )  <_ 
1 ) )
3231simprd 461 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  ( sin `  x )  <_ 
1 )
3332adantl 464 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( sin `  x )  <_ 
1 )
3414, 17, 24, 29, 33leexp2rd 12387 . . 3  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ ( N  +  1 ) )  <_  ( ( sin `  x ) ^ N
) )
359, 11, 16, 18, 34itgle 22508 . 2  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ ( N  + 
1 ) )  _d x  <_  S. (
0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ N )  _d x )
36 oveq2 6286 . . . . . 6  |-  ( n  =  ( N  + 
1 )  ->  (
( sin `  x
) ^ n )  =  ( ( sin `  x ) ^ ( N  +  1 ) ) )
3736adantr 463 . . . . 5  |-  ( ( n  =  ( N  +  1 )  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( ( sin `  x ) ^ n
)  =  ( ( sin `  x ) ^ ( N  + 
1 ) ) )
3837itgeq2dv 22480 . . . 4  |-  ( n  =  ( N  + 
1 )  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ n
)  _d x  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ ( N  + 
1 ) )  _d x )
39 wallispilem1.1 . . . 4  |-  I  =  ( n  e.  NN0  |->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ n
)  _d x )
40 itgex 22469 . . . 4  |-  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  +  1 ) )  _d x  e.  _V
4138, 39, 40fvmpt 5932 . . 3  |-  ( ( N  +  1 )  e.  NN0  ->  ( I `
 ( N  + 
1 ) )  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ ( N  + 
1 ) )  _d x )
427, 41syl 17 . 2  |-  ( ph  ->  ( I `  ( N  +  1 ) )  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  +  1 ) )  _d x )
43 oveq2 6286 . . . . . 6  |-  ( n  =  N  ->  (
( sin `  x
) ^ n )  =  ( ( sin `  x ) ^ N
) )
4443adantr 463 . . . . 5  |-  ( ( n  =  N  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( ( sin `  x ) ^ n
)  =  ( ( sin `  x ) ^ N ) )
4544itgeq2dv 22480 . . . 4  |-  ( n  =  N  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ n
)  _d x  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N )  _d x )
46 itgex 22469 . . . 4  |-  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ N )  _d x  e.  _V
4745, 39, 46fvmpt 5932 . . 3  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( I `
 N )  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N )  _d x )
485, 47syl 17 . 2  |-  ( ph  ->  ( I `  N
)  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ N )  _d x )
4935, 42, 483brtr4d 4425 1  |-  ( ph  ->  ( I `  ( N  +  1 ) )  <_  ( I `  N ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 367    = wceq 1405    e. wcel 1842   class class class wbr 4395    |-> cmpt 4453   ` cfv 5569  (class class class)co 6278   RRcr 9521   0cc0 9522   1c1 9523    + caddc 9525    < clt 9658    <_ cle 9659   -ucneg 9842   NN0cn0 10836   ZZcz 10905   ZZ>=cuz 11127   (,)cioo 11582   ^cexp 12210   sincsin 14008   picpi 14011   L^1cibl 22318   S.citg 22319
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1639  ax-4 1652  ax-5 1725  ax-6 1771  ax-7 1814  ax-8 1844  ax-9 1846  ax-10 1861  ax-11 1866  ax-12 1878  ax-13 2026  ax-ext 2380  ax-rep 4507  ax-sep 4517  ax-nul 4525  ax-pow 4572  ax-pr 4630  ax-un 6574  ax-inf2 8091  ax-cc 8847  ax-cnex 9578  ax-resscn 9579  ax-1cn 9580  ax-icn 9581  ax-addcl 9582  ax-addrcl 9583  ax-mulcl 9584  ax-mulrcl 9585  ax-mulcom 9586  ax-addass 9587  ax-mulass 9588  ax-distr 9589  ax-i2m1 9590  ax-1ne0 9591  ax-1rid 9592  ax-rnegex 9593  ax-rrecex 9594  ax-cnre 9595  ax-pre-lttri 9596  ax-pre-lttrn 9597  ax-pre-ltadd 9598  ax-pre-mulgt0 9599  ax-pre-sup 9600  ax-addf 9601  ax-mulf 9602
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 368  df-an 369  df-3or 975  df-3an 976  df-tru 1408  df-fal 1411  df-ex 1634  df-nf 1638  df-sb 1764  df-eu 2242  df-mo 2243  df-clab 2388  df-cleq 2394  df-clel 2397  df-nfc 2552  df-ne 2600  df-nel 2601  df-ral 2759  df-rex 2760  df-reu 2761  df-rmo 2762  df-rab 2763  df-v 3061  df-sbc 3278  df-csb 3374  df-dif 3417  df-un 3419  df-in 3421  df-ss 3428  df-pss 3430  df-nul 3739  df-if 3886  df-pw 3957  df-sn 3973  df-pr 3975  df-tp 3977  df-op 3979  df-uni 4192  df-int 4228  df-iun 4273  df-iin 4274  df-disj 4367  df-br 4396  df-opab 4454  df-mpt 4455  df-tr 4490  df-eprel 4734  df-id 4738  df-po 4744  df-so 4745  df-fr 4782  df-se 4783  df-we 4784  df-xp 4829  df-rel 4830  df-cnv 4831  df-co 4832  df-dm 4833  df-rn 4834  df-res 4835  df-ima 4836  df-pred 5367  df-ord 5413  df-on 5414  df-lim 5415  df-suc 5416  df-iota 5533  df-fun 5571  df-fn 5572  df-f 5573  df-f1 5574  df-fo 5575  df-f1o 5576  df-fv 5577  df-isom 5578  df-riota 6240  df-ov 6281  df-oprab 6282  df-mpt2 6283  df-of 6521  df-ofr 6522  df-om 6684  df-1st 6784  df-2nd 6785  df-supp 6903  df-wrecs 7013  df-recs 7075  df-rdg 7113  df-1o 7167  df-2o 7168  df-oadd 7171  df-omul 7172  df-er 7348  df-map 7459  df-pm 7460  df-ixp 7508  df-en 7555  df-dom 7556  df-sdom 7557  df-fin 7558  df-fsupp 7864  df-fi 7905  df-sup 7935  df-oi 7969  df-card 8352  df-acn 8355  df-cda 8580  df-pnf 9660  df-mnf 9661  df-xr 9662  df-ltxr 9663  df-le 9664  df-sub 9843  df-neg 9844  df-div 10248  df-nn 10577  df-2 10635  df-3 10636  df-4 10637  df-5 10638  df-6 10639  df-7 10640  df-8 10641  df-9 10642  df-10 10643  df-n0 10837  df-z 10906  df-dec 11020  df-uz 11128  df-q 11228  df-rp 11266  df-xneg 11371  df-xadd 11372  df-xmul 11373  df-ioo 11586  df-ioc 11587  df-ico 11588  df-icc 11589  df-fz 11727  df-fzo 11855  df-fl 11966  df-mod 12035  df-seq 12152  df-exp 12211  df-fac 12398  df-bc 12425  df-hash 12453  df-shft 13049  df-cj 13081  df-re 13082  df-im 13083  df-sqrt 13217  df-abs 13218  df-limsup 13443  df-clim 13460  df-rlim 13461  df-sum 13658  df-ef 14012  df-sin 14014  df-cos 14015  df-pi 14017  df-struct 14843  df-ndx 14844  df-slot 14845  df-base 14846  df-sets 14847  df-ress 14848  df-plusg 14922  df-mulr 14923  df-starv 14924  df-sca 14925  df-vsca 14926  df-ip 14927  df-tset 14928  df-ple 14929  df-ds 14931  df-unif 14932  df-hom 14933  df-cco 14934  df-rest 15037  df-topn 15038  df-0g 15056  df-gsum 15057  df-topgen 15058  df-pt 15059  df-prds 15062  df-xrs 15116  df-qtop 15121  df-imas 15122  df-xps 15124  df-mre 15200  df-mrc 15201  df-acs 15203  df-mgm 16196  df-sgrp 16235  df-mnd 16245  df-submnd 16291  df-mulg 16384  df-cntz 16679  df-cmn 17124  df-psmet 18731  df-xmet 18732  df-met 18733  df-bl 18734  df-mopn 18735  df-fbas 18736  df-fg 18737  df-cnfld 18741  df-top 19691  df-bases 19693  df-topon 19694  df-topsp 19695  df-cld 19812  df-ntr 19813  df-cls 19814  df-nei 19892  df-lp 19930  df-perf 19931  df-cn 20021  df-cnp 20022  df-haus 20109  df-cmp 20180  df-tx 20355  df-hmeo 20548  df-fil 20639  df-fm 20731  df-flim 20732  df-flf 20733  df-xms 21115  df-ms 21116  df-tms 21117  df-cncf 21674  df-ovol 22168  df-vol 22169  df-mbf 22320  df-itg1 22321  df-itg2 22322  df-ibl 22323  df-itg 22324  df-0p 22369  df-limc 22562  df-dv 22563
This theorem is referenced by:  wallispilem5  37219
  Copyright terms: Public domain W3C validator