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

Theorem wallispilem1 37927
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 9643 . . . . 5  |-  0  e.  RR
21a1i 11 . . . 4  |-  ( ph  ->  0  e.  RR )
3 pire 23413 . . . . 5  |-  pi  e.  RR
43a1i 11 . . . 4  |-  ( ph  ->  pi  e.  RR )
5 wallispilem1.2 . . . . 5  |-  ( ph  ->  N  e.  NN0 )
6 peano2nn0 10910 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( N  +  1 )  e. 
NN0 )
75, 6syl 17 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( N  +  1 )  e.  NN0 )
8 iblioosinexp 37829 . . . 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 1268 . . 3  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 (,) pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ ( N  +  1 ) ) )  e.  L^1 )
10 iblioosinexp 37829 . . . 4  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  pi  e.  RR  /\  N  e.  NN0 )  ->  (
x  e.  ( 0 (,) pi )  |->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  e.  L^1 )
112, 4, 5, 10syl3anc 1268 . . 3  |-  ( ph  ->  ( x  e.  ( 0 (,) pi ) 
|->  ( ( sin `  x
) ^ N ) )  e.  L^1 )
12 elioore 11666 . . . . . 6  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  x  e.  RR )
1312resincld 14197 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  ( sin `  x )  e.  RR )
1413adantl 468 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( sin `  x )  e.  RR )
157adantr 467 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( N  +  1 )  e.  NN0 )
1614, 15reexpcld 12433 . . 3  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ ( N  +  1 ) )  e.  RR )
175adantr 467 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  N  e.  NN0 )
1814, 17reexpcld 12433 . . 3  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ N )  e.  RR )
195nn0zd 11038 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  N  e.  ZZ )
20 uzid 11173 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  ZZ  ->  N  e.  ( ZZ>= `  N )
)
2119, 20syl 17 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  N  e.  ( ZZ>= `  N ) )
22 peano2uz 11212 . . . . . 6  |-  ( N  e.  ( ZZ>= `  N
)  ->  ( N  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  N )
)
2321, 22syl 17 . . . . 5  |-  ( ph  ->  ( N  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  N ) )
2423adantr 467 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( N  +  1 )  e.  ( ZZ>= `  N
) )
2513, 1jctil 540 . . . . . 6  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  (
0  e.  RR  /\  ( sin `  x )  e.  RR ) )
26 sinq12gt0 23462 . . . . . 6  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  0  <  ( sin `  x
) )
27 ltle 9722 . . . . . 6  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  ( sin `  x )  e.  RR )  -> 
( 0  <  ( sin `  x )  -> 
0  <_  ( sin `  x ) ) )
2825, 26, 27sylc 62 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  0  <_  ( sin `  x
) )
2928adantl 468 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  0  <_  ( sin `  x
) )
30 sinbnd 14234 . . . . . . 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 465 . . . . 5  |-  ( x  e.  ( 0 (,) pi )  ->  ( sin `  x )  <_ 
1 )
3332adantl 468 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( sin `  x )  <_ 
1 )
3414, 17, 24, 29, 33leexp2rd 12449 . . 3  |-  ( (
ph  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  (
( sin `  x
) ^ ( N  +  1 ) )  <_  ( ( sin `  x ) ^ N
) )
359, 11, 16, 18, 34itgle 22767 . 2  |-  ( ph  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ ( N  + 
1 ) )  _d x  <_  S. (
0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ N )  _d x )
36 oveq2 6298 . . . . . 6  |-  ( n  =  ( N  + 
1 )  ->  (
( sin `  x
) ^ n )  =  ( ( sin `  x ) ^ ( N  +  1 ) ) )
3736adantr 467 . . . . 5  |-  ( ( n  =  ( N  +  1 )  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( ( sin `  x ) ^ n
)  =  ( ( sin `  x ) ^ ( N  + 
1 ) ) )
3837itgeq2dv 22739 . . . 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 22728 . . . 4  |-  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ ( N  +  1 ) )  _d x  e.  _V
4138, 39, 40fvmpt 5948 . . 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 6298 . . . . . 6  |-  ( n  =  N  ->  (
( sin `  x
) ^ n )  =  ( ( sin `  x ) ^ N
) )
4443adantr 467 . . . . 5  |-  ( ( n  =  N  /\  x  e.  ( 0 (,) pi ) )  ->  ( ( sin `  x ) ^ n
)  =  ( ( sin `  x ) ^ N ) )
4544itgeq2dv 22739 . . . 4  |-  ( n  =  N  ->  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ n
)  _d x  =  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x ) ^ N )  _d x )
46 itgex 22728 . . . 4  |-  S. ( 0 (,) pi ) ( ( sin `  x
) ^ N )  _d x  e.  _V
4745, 39, 46fvmpt 5948 . . 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 4433 1  |-  ( ph  ->  ( I `  ( N  +  1 ) )  <_  ( I `  N ) )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 371    = wceq 1444    e. wcel 1887   class class class wbr 4402    |-> cmpt 4461   ` cfv 5582  (class class class)co 6290   RRcr 9538   0cc0 9539   1c1 9540    + caddc 9542    < clt 9675    <_ cle 9676   -ucneg 9861   NN0cn0 10869   ZZcz 10937   ZZ>=cuz 11159   (,)cioo 11635   ^cexp 12272   sincsin 14116   picpi 14119   L^1cibl 22575   S.citg 22576
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1669  ax-4 1682  ax-5 1758  ax-6 1805  ax-7 1851  ax-8 1889  ax-9 1896  ax-10 1915  ax-11 1920  ax-12 1933  ax-13 2091  ax-ext 2431  ax-rep 4515  ax-sep 4525  ax-nul 4534  ax-pow 4581  ax-pr 4639  ax-un 6583  ax-inf2 8146  ax-cc 8865  ax-cnex 9595  ax-resscn 9596  ax-1cn 9597  ax-icn 9598  ax-addcl 9599  ax-addrcl 9600  ax-mulcl 9601  ax-mulrcl 9602  ax-mulcom 9603  ax-addass 9604  ax-mulass 9605  ax-distr 9606  ax-i2m1 9607  ax-1ne0 9608  ax-1rid 9609  ax-rnegex 9610  ax-rrecex 9611  ax-cnre 9612  ax-pre-lttri 9613  ax-pre-lttrn 9614  ax-pre-ltadd 9615  ax-pre-mulgt0 9616  ax-pre-sup 9617  ax-addf 9618  ax-mulf 9619
This theorem depends on definitions:  df-bi 189  df-or 372  df-an 373  df-3or 986  df-3an 987  df-tru 1447  df-fal 1450  df-ex 1664  df-nf 1668  df-sb 1798  df-eu 2303  df-mo 2304  df-clab 2438  df-cleq 2444  df-clel 2447  df-nfc 2581  df-ne 2624  df-nel 2625  df-ral 2742  df-rex 2743  df-reu 2744  df-rmo 2745  df-rab 2746  df-v 3047  df-sbc 3268  df-csb 3364  df-dif 3407  df-un 3409  df-in 3411  df-ss 3418  df-pss 3420  df-nul 3732  df-if 3882  df-pw 3953  df-sn 3969  df-pr 3971  df-tp 3973  df-op 3975  df-uni 4199  df-int 4235  df-iun 4280  df-iin 4281  df-disj 4374  df-br 4403  df-opab 4462  df-mpt 4463  df-tr 4498  df-eprel 4745  df-id 4749  df-po 4755  df-so 4756  df-fr 4793  df-se 4794  df-we 4795  df-xp 4840  df-rel 4841  df-cnv 4842  df-co 4843  df-dm 4844  df-rn 4845  df-res 4846  df-ima 4847  df-pred 5380  df-ord 5426  df-on 5427  df-lim 5428  df-suc 5429  df-iota 5546  df-fun 5584  df-fn 5585  df-f 5586  df-f1 5587  df-fo 5588  df-f1o 5589  df-fv 5590  df-isom 5591  df-riota 6252  df-ov 6293  df-oprab 6294  df-mpt2 6295  df-of 6531  df-ofr 6532  df-om 6693  df-1st 6793  df-2nd 6794  df-supp 6915  df-wrecs 7028  df-recs 7090  df-rdg 7128  df-1o 7182  df-2o 7183  df-oadd 7186  df-omul 7187  df-er 7363  df-map 7474  df-pm 7475  df-ixp 7523  df-en 7570  df-dom 7571  df-sdom 7572  df-fin 7573  df-fsupp 7884  df-fi 7925  df-sup 7956  df-inf 7957  df-oi 8025  df-card 8373  df-acn 8376  df-cda 8598  df-pnf 9677  df-mnf 9678  df-xr 9679  df-ltxr 9680  df-le 9681  df-sub 9862  df-neg 9863  df-div 10270  df-nn 10610  df-2 10668  df-3 10669  df-4 10670  df-5 10671  df-6 10672  df-7 10673  df-8 10674  df-9 10675  df-10 10676  df-n0 10870  df-z 10938  df-dec 11052  df-uz 11160  df-q 11265  df-rp 11303  df-xneg 11409  df-xadd 11410  df-xmul 11411  df-ioo 11639  df-ioc 11640  df-ico 11641  df-icc 11642  df-fz 11785  df-fzo 11916  df-fl 12028  df-mod 12097  df-seq 12214  df-exp 12273  df-fac 12460  df-bc 12488  df-hash 12516  df-shft 13130  df-cj 13162  df-re 13163  df-im 13164  df-sqrt 13298  df-abs 13299  df-limsup 13526  df-clim 13552  df-rlim 13553  df-sum 13753  df-ef 14121  df-sin 14123  df-cos 14124  df-pi 14126  df-struct 15123  df-ndx 15124  df-slot 15125  df-base 15126  df-sets 15127  df-ress 15128  df-plusg 15203  df-mulr 15204  df-starv 15205  df-sca 15206  df-vsca 15207  df-ip 15208  df-tset 15209  df-ple 15210  df-ds 15212  df-unif 15213  df-hom 15214  df-cco 15215  df-rest 15321  df-topn 15322  df-0g 15340  df-gsum 15341  df-topgen 15342  df-pt 15343  df-prds 15346  df-xrs 15400  df-qtop 15406  df-imas 15407  df-xps 15410  df-mre 15492  df-mrc 15493  df-acs 15495  df-mgm 16488  df-sgrp 16527  df-mnd 16537  df-submnd 16583  df-mulg 16676  df-cntz 16971  df-cmn 17432  df-psmet 18962  df-xmet 18963  df-met 18964  df-bl 18965  df-mopn 18966  df-fbas 18967  df-fg 18968  df-cnfld 18971  df-top 19921  df-bases 19922  df-topon 19923  df-topsp 19924  df-cld 20034  df-ntr 20035  df-cls 20036  df-nei 20114  df-lp 20152  df-perf 20153  df-cn 20243  df-cnp 20244  df-haus 20331  df-cmp 20402  df-tx 20577  df-hmeo 20770  df-fil 20861  df-fm 20953  df-flim 20954  df-flf 20955  df-xms 21335  df-ms 21336  df-tms 21337  df-cncf 21910  df-ovol 22416  df-vol 22418  df-mbf 22577  df-itg1 22578  df-itg2 22579  df-ibl 22580  df-itg 22581  df-0p 22628  df-limc 22821  df-dv 22822
This theorem is referenced by:  wallispilem5  37931
  Copyright terms: Public domain W3C validator