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Theorem fllog2 42890
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 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) = 𝐼)

Proof of Theorem fllog2
StepHypRef Expression
1 nn0z 11612 . . . 4 (𝐼 ∈ ℕ0𝐼 ∈ ℤ)
21adantr 472 . . 3 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 ∈ ℤ)
3 2rp 12050 . . . . . 6 2 ∈ ℝ+
43a1i 11 . . . . 5 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 2 ∈ ℝ+)
5 elfzoelz 12684 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) → 𝑁 ∈ ℤ)
65zred 11694 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) → 𝑁 ∈ ℝ)
76adantl 473 . . . . . 6 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝑁 ∈ ℝ)
8 elfzo2 12687 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) ↔ (𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 < (2↑(𝐼 + 1))))
9 eluz2 11905 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ↔ ((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁))
10 2re 11302 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 ∈ ℝ
1110a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐼 ∈ ℕ0 → 2 ∈ ℝ)
12 2pos 11324 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 0 < 2
1312a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 2)
14 expgt0 13107 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((2 ∈ ℝ ∧ 𝐼 ∈ ℤ ∧ 0 < 2) → 0 < (2↑𝐼))
1511, 1, 13, 14syl3anc 1477 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < (2↑𝐼))
1615adantl 473 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 < (2↑𝐼))
17 0red 10253 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 ∈ ℝ)
18 zre 11593 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((2↑𝐼) ∈ ℤ → (2↑𝐼) ∈ ℝ)
1918adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (2↑𝐼) ∈ ℝ)
2019adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2↑𝐼) ∈ ℝ)
21 zre 11593 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℤ → 𝑁 ∈ ℝ)
2221ad2antlr 765 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ)
23 ltletr 10341 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((0 ∈ ℝ ∧ (2↑𝐼) ∈ ℝ ∧ 𝑁 ∈ ℝ) → ((0 < (2↑𝐼) ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁) → 0 < 𝑁))
2417, 20, 22, 23syl3anc 1477 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((0 < (2↑𝐼) ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁) → 0 < 𝑁))
2516, 24mpand 713 . . . . . . . . . . . . 13 ((((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → 0 < 𝑁))
2625ex 449 . . . . . . . . . . . 12 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝐼 ∈ ℕ0 → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → 0 < 𝑁)))
2726com23 86 . . . . . . . . . . 11 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁)))
28273impia 1110 . . . . . . . . . 10 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
299, 28sylbi 207 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
30293ad2ant1 1128 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 < (2↑(𝐼 + 1))) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
318, 30sylbi 207 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
3231impcom 445 . . . . . 6 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 0 < 𝑁)
337, 32elrpd 12082 . . . . 5 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝑁 ∈ ℝ+)
34 1ne2 11452 . . . . . . 7 1 ≠ 2
3534necomi 2986 . . . . . 6 2 ≠ 1
3635a1i 11 . . . . 5 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 2 ≠ 1)
37 relogbcl 24731 . . . . 5 ((2 ∈ ℝ+𝑁 ∈ ℝ+ ∧ 2 ≠ 1) → (2 logb 𝑁) ∈ ℝ)
384, 33, 36, 37syl3anc 1477 . . . 4 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (2 logb 𝑁) ∈ ℝ)
3938flcld 12813 . . 3 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ∈ ℤ)
40 eluzelz 11909 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) → 𝑁 ∈ ℤ)
41 zltlem1 11642 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → (𝑁 < (2↑(𝐼 + 1)) ↔ 𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)))
4240, 41sylan 489 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → (𝑁 < (2↑(𝐼 + 1)) ↔ 𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)))
43 2z 11621 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℤ
44 uzid 11914 . . . . . . . . . . . . 13 (2 ∈ ℤ → 2 ∈ (ℤ‘2))
4543, 44ax-mp 5 . . . . . . . . . . . 12 2 ∈ (ℤ‘2)
4645a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 2 ∈ (ℤ‘2))
47 eluzelre 11910 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) → 𝑁 ∈ ℝ)
4847adantr 472 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ)
4911, 1, 133jca 1123 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝐼 ∈ ℕ0 → (2 ∈ ℝ ∧ 𝐼 ∈ ℤ ∧ 0 < 2))
50493ad2ant3 1130 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2 ∈ ℝ ∧ 𝐼 ∈ ℤ ∧ 0 < 2))
5150, 14syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 < (2↑𝐼))
52 0red 10253 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 ∈ ℝ)
53183ad2ant1 1128 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2↑𝐼) ∈ ℝ)
54213ad2ant2 1129 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ)
5552, 53, 54, 23syl3anc 1477 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((0 < (2↑𝐼) ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁) → 0 < 𝑁))
5651, 55mpand 713 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → 0 < 𝑁))
57563exp 1113 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((2↑𝐼) ∈ ℤ → (𝑁 ∈ ℤ → (𝐼 ∈ ℕ0 → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → 0 < 𝑁))))
5857com34 91 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((2↑𝐼) ∈ ℤ → (𝑁 ∈ ℤ → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))))
59583imp 1102 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((2↑𝐼) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ (2↑𝐼) ≤ 𝑁) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
609, 59sylbi 207 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) → (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < 𝑁))
6160imp 444 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 < 𝑁)
6248, 61elrpd 12082 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ+)
6362adantlr 753 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ+)
6410a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 2 ∈ ℝ)
65 peano2nn0 11545 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐼 ∈ ℕ0 → (𝐼 + 1) ∈ ℕ0)
6665adantl 473 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (𝐼 + 1) ∈ ℕ0)
6764, 66reexpcld 13239 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℝ)
68 peano2rem 10560 . . . . . . . . . . . . 13 ((2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℝ → ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ)
6967, 68syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ)
70 nn0p1nn 11544 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐼 ∈ ℕ0 → (𝐼 + 1) ∈ ℕ)
71 1lt2 11406 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1 < 2
7271a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐼 ∈ ℕ0 → 1 < 2)
7311, 70, 723jca 1123 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐼 ∈ ℕ0 → (2 ∈ ℝ ∧ (𝐼 + 1) ∈ ℕ ∧ 1 < 2))
7473adantl 473 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2 ∈ ℝ ∧ (𝐼 + 1) ∈ ℕ ∧ 1 < 2))
75 expgt1 13112 . . . . . . . . . . . . . 14 ((2 ∈ ℝ ∧ (𝐼 + 1) ∈ ℕ ∧ 1 < 2) → 1 < (2↑(𝐼 + 1)))
7674, 75syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 1 < (2↑(𝐼 + 1)))
77 1red 10267 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 1 ∈ ℝ)
78 zre 11593 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ → (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℝ)
7978ad2antlr 765 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℝ)
8077, 79posdifd 10826 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (1 < (2↑(𝐼 + 1)) ↔ 0 < ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)))
8176, 80mpbid 222 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 < ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))
8269, 81elrpd 12082 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+)
83 logbleb 24741 . . . . . . . . . . 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))))
8446, 63, 82, 83syl3anc 1477 . . . . . . . . . 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))))
853a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 2 ∈ ℝ+)
8647adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → 𝑁 ∈ ℝ)
8786adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ)
8861adantlr 753 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 0 < 𝑁)
8987, 88elrpd 12082 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℝ+)
9035a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → 2 ≠ 1)
9185, 89, 90, 37syl3anc 1477 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2 logb 𝑁) ∈ ℝ)
9291adantr 472 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) ∧ (2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) → (2 logb 𝑁) ∈ ℝ)
9345a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝐼 ∈ ℕ0 → 2 ∈ (ℤ‘2))
9411, 65reexpcld 13239 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝐼 ∈ ℕ0 → (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℝ)
9594, 68syl 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝐼 ∈ ℕ0 → ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ)
9611, 70, 72, 75syl3anc 1477 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝐼 ∈ ℕ0 → 1 < (2↑(𝐼 + 1)))
97 1red 10267 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝐼 ∈ ℕ0 → 1 ∈ ℝ)
9897, 94posdifd 10826 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝐼 ∈ ℕ0 → (1 < (2↑(𝐼 + 1)) ↔ 0 < ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)))
9996, 98mpbid 222 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 < ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))
10095, 99elrpd 12082 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝐼 ∈ ℕ0 → ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+)
10193, 100jca 555 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐼 ∈ ℕ0 → (2 ∈ (ℤ‘2) ∧ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+))
102101adantl 473 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2 ∈ (ℤ‘2) ∧ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+))
103 relogbzcl 24732 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((2 ∈ (ℤ‘2) ∧ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) ∈ ℝ+) → (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)) ∈ ℝ)
104102, 103syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)) ∈ ℝ)
105104adantr 472 . . . . . . . . . . . . 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)
106 simpr 479 . . . . . . . . . . . . 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)))
107 flwordi 12827 . . . . . . . . . . . . 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))))
10892, 105, 106, 107syl3anc 1477 . . . . . . . . . . . 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))))
109108ex 449 . . . . . . . . . . 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)))))
11070adantl 473 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (𝐼 + 1) ∈ ℕ)
111 logbpw2m1 42889 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝐼 + 1) ∈ ℕ → (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) = ((𝐼 + 1) − 1))
112110, 111syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) = ((𝐼 + 1) − 1))
113 nn0cn 11514 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐼 ∈ ℕ0𝐼 ∈ ℂ)
114 pncan1 10666 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝐼 ∈ ℂ → ((𝐼 + 1) − 1) = 𝐼)
115113, 114syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝐼 ∈ ℕ0 → ((𝐼 + 1) − 1) = 𝐼)
116115adantl 473 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((𝐼 + 1) − 1) = 𝐼)
117112, 116eqtrd 2794 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) = 𝐼)
118117breq2d 4816 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ (⌊‘(2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1))) ↔ (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼))
119109, 118sylibd 229 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → ((2 logb 𝑁) ≤ (2 logb ((2↑(𝐼 + 1)) − 1)) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼))
12084, 119sylbid 230 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) ∧ 𝐼 ∈ ℕ0) → (𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼))
121120ex 449 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → (𝐼 ∈ ℕ0 → (𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼)))
122121com23 86 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → (𝑁 ≤ ((2↑(𝐼 + 1)) − 1) → (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼)))
12342, 122sylbid 230 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ) → (𝑁 < (2↑(𝐼 + 1)) → (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼)))
1241233impia 1110 . . . . 5 ((𝑁 ∈ (ℤ‘(2↑𝐼)) ∧ (2↑(𝐼 + 1)) ∈ ℤ ∧ 𝑁 < (2↑(𝐼 + 1))) → (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼))
1258, 124sylbi 207 . . . 4 (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) → (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼))
126125impcom 445 . . 3 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼)
127 nn0re 11513 . . . . . . . 8 (𝐼 ∈ ℕ0𝐼 ∈ ℝ)
128 nn0ge0 11530 . . . . . . . 8 (𝐼 ∈ ℕ0 → 0 ≤ 𝐼)
129 flge0nn0 12835 . . . . . . . 8 ((𝐼 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐼) → (⌊‘𝐼) ∈ ℕ0)
130127, 128, 129syl2anc 696 . . . . . . 7 (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘𝐼) ∈ ℕ0)
131130nn0red 11564 . . . . . 6 (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘𝐼) ∈ ℝ)
132131adantr 472 . . . . 5 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘𝐼) ∈ ℝ)
133127adantr 472 . . . . 5 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 ∈ ℝ)
134 flle 12814 . . . . . . 7 (𝐼 ∈ ℝ → (⌊‘𝐼) ≤ 𝐼)
135127, 134syl 17 . . . . . 6 (𝐼 ∈ ℕ0 → (⌊‘𝐼) ≤ 𝐼)
136135adantr 472 . . . . 5 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘𝐼) ≤ 𝐼)
1373a1i 11 . . . . . . . 8 (𝐼 ∈ ℕ0 → 2 ∈ ℝ+)
138137, 1rpexpcld 13246 . . . . . . . 8 (𝐼 ∈ ℕ0 → (2↑𝐼) ∈ ℝ+)
13935a1i 11 . . . . . . . 8 (𝐼 ∈ ℕ0 → 2 ≠ 1)
140 relogbcl 24731 . . . . . . . 8 ((2 ∈ ℝ+ ∧ (2↑𝐼) ∈ ℝ+ ∧ 2 ≠ 1) → (2 logb (2↑𝐼)) ∈ ℝ)
141137, 138, 139, 140syl3anc 1477 . . . . . . 7 (𝐼 ∈ ℕ0 → (2 logb (2↑𝐼)) ∈ ℝ)
142141adantr 472 . . . . . 6 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (2 logb (2↑𝐼)) ∈ ℝ)
143127leidd 10806 . . . . . . . 8 (𝐼 ∈ ℕ0𝐼𝐼)
144 nnlogbexp 24739 . . . . . . . . 9 ((2 ∈ (ℤ‘2) ∧ 𝐼 ∈ ℤ) → (2 logb (2↑𝐼)) = 𝐼)
14593, 1, 144syl2anc 696 . . . . . . . 8 (𝐼 ∈ ℕ0 → (2 logb (2↑𝐼)) = 𝐼)
146143, 145breqtrrd 4832 . . . . . . 7 (𝐼 ∈ ℕ0𝐼 ≤ (2 logb (2↑𝐼)))
147146adantr 472 . . . . . 6 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 ≤ (2 logb (2↑𝐼)))
148 elfzole1 12692 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1))) → (2↑𝐼) ≤ 𝑁)
149148adantl 473 . . . . . . 7 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (2↑𝐼) ≤ 𝑁)
15045a1i 11 . . . . . . . 8 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 2 ∈ (ℤ‘2))
151138adantr 472 . . . . . . . 8 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (2↑𝐼) ∈ ℝ+)
152 logbleb 24741 . . . . . . . 8 ((2 ∈ (ℤ‘2) ∧ (2↑𝐼) ∈ ℝ+𝑁 ∈ ℝ+) → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 ↔ (2 logb (2↑𝐼)) ≤ (2 logb 𝑁)))
153150, 151, 33, 152syl3anc 1477 . . . . . . 7 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → ((2↑𝐼) ≤ 𝑁 ↔ (2 logb (2↑𝐼)) ≤ (2 logb 𝑁)))
154149, 153mpbid 222 . . . . . 6 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (2 logb (2↑𝐼)) ≤ (2 logb 𝑁))
155133, 142, 38, 147, 154letrd 10406 . . . . 5 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 ≤ (2 logb 𝑁))
156132, 133, 38, 136, 155letrd 10406 . . . 4 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘𝐼) ≤ (2 logb 𝑁))
157 flflp1 12822 . . . . 5 ((𝐼 ∈ ℝ ∧ (2 logb 𝑁) ∈ ℝ) → ((⌊‘𝐼) ≤ (2 logb 𝑁) ↔ 𝐼 < ((⌊‘(2 logb 𝑁)) + 1)))
158133, 38, 157syl2anc 696 . . . 4 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → ((⌊‘𝐼) ≤ (2 logb 𝑁) ↔ 𝐼 < ((⌊‘(2 logb 𝑁)) + 1)))
159156, 158mpbid 222 . . 3 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 < ((⌊‘(2 logb 𝑁)) + 1))
160 zgeltp1eq 41846 . . . 4 ((𝐼 ∈ ℤ ∧ (⌊‘(2 logb 𝑁)) ∈ ℤ) → (((⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼𝐼 < ((⌊‘(2 logb 𝑁)) + 1)) → 𝐼 = (⌊‘(2 logb 𝑁))))
161160imp 444 . . 3 (((𝐼 ∈ ℤ ∧ (⌊‘(2 logb 𝑁)) ∈ ℤ) ∧ ((⌊‘(2 logb 𝑁)) ≤ 𝐼𝐼 < ((⌊‘(2 logb 𝑁)) + 1))) → 𝐼 = (⌊‘(2 logb 𝑁)))
1622, 39, 126, 159, 161syl22anc 1478 . 2 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → 𝐼 = (⌊‘(2 logb 𝑁)))
163162eqcomd 2766 1 ((𝐼 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ((2↑𝐼)..^(2↑(𝐼 + 1)))) → (⌊‘(2 logb 𝑁)) = 𝐼)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383  w3a 1072   = wceq 1632  wcel 2139  wne 2932   class class class wbr 4804  cfv 6049  (class class class)co 6814  cc 10146  cr 10147  0cc0 10148  1c1 10149   + caddc 10151   < clt 10286  cle 10287  cmin 10478  cn 11232  2c2 11282  0cn0 11504  cz 11589  cuz 11899  +crp 12045  ..^cfzo 12679  cfl 12805  cexp 13074   logb clogb 24722
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-rep 4923  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7115  ax-inf2 8713  ax-cnex 10204  ax-resscn 10205  ax-1cn 10206  ax-icn 10207  ax-addcl 10208  ax-addrcl 10209  ax-mulcl 10210  ax-mulrcl 10211  ax-mulcom 10212  ax-addass 10213  ax-mulass 10214  ax-distr 10215  ax-i2m1 10216  ax-1ne0 10217  ax-1rid 10218  ax-rnegex 10219  ax-rrecex 10220  ax-cnre 10221  ax-pre-lttri 10222  ax-pre-lttrn 10223  ax-pre-ltadd 10224  ax-pre-mulgt0 10225  ax-pre-sup 10226  ax-addf 10227  ax-mulf 10228
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-fal 1638  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rmo 3058  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-int 4628  df-iun 4674  df-iin 4675  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-se 5226  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-isom 6058  df-riota 6775  df-ov 6817  df-oprab 6818  df-mpt2 6819  df-of 7063  df-om 7232  df-1st 7334  df-2nd 7335  df-supp 7465  df-wrecs 7577  df-recs 7638  df-rdg 7676  df-1o 7730  df-2o 7731  df-oadd 7734  df-er 7913  df-map 8027  df-pm 8028  df-ixp 8077  df-en 8124  df-dom 8125  df-sdom 8126  df-fin 8127  df-fsupp 8443  df-fi 8484  df-sup 8515  df-inf 8516  df-oi 8582  df-card 8975  df-cda 9202  df-pnf 10288  df-mnf 10289  df-xr 10290  df-ltxr 10291  df-le 10292  df-sub 10480  df-neg 10481  df-div 10897  df-nn 11233  df-2 11291  df-3 11292  df-4 11293  df-5 11294  df-6 11295  df-7 11296  df-8 11297  df-9 11298  df-n0 11505  df-z 11590  df-dec 11706  df-uz 11900  df-q 12002  df-rp 12046  df-xneg 12159  df-xadd 12160  df-xmul 12161  df-ioo 12392  df-ioc 12393  df-ico 12394  df-icc 12395  df-fz 12540  df-fzo 12680  df-fl 12807  df-mod 12883  df-seq 13016  df-exp 13075  df-fac 13275  df-bc 13304  df-hash 13332  df-shft 14026  df-cj 14058  df-re 14059  df-im 14060  df-sqrt 14194  df-abs 14195  df-limsup 14421  df-clim 14438  df-rlim 14439  df-sum 14636  df-ef 15017  df-sin 15019  df-cos 15020  df-pi 15022  df-struct 16081  df-ndx 16082  df-slot 16083  df-base 16085  df-sets 16086  df-ress 16087  df-plusg 16176  df-mulr 16177  df-starv 16178  df-sca 16179  df-vsca 16180  df-ip 16181  df-tset 16182  df-ple 16183  df-ds 16186  df-unif 16187  df-hom 16188  df-cco 16189  df-rest 16305  df-topn 16306  df-0g 16324  df-gsum 16325  df-topgen 16326  df-pt 16327  df-prds 16330  df-xrs 16384  df-qtop 16389  df-imas 16390  df-xps 16392  df-mre 16468  df-mrc 16469  df-acs 16471  df-mgm 17463  df-sgrp 17505  df-mnd 17516  df-submnd 17557  df-mulg 17762  df-cntz 17970  df-cmn 18415  df-psmet 19960  df-xmet 19961  df-met 19962  df-bl 19963  df-mopn 19964  df-fbas 19965  df-fg 19966  df-cnfld 19969  df-top 20921  df-topon 20938  df-topsp 20959  df-bases 20972  df-cld 21045  df-ntr 21046  df-cls 21047  df-nei 21124  df-lp 21162  df-perf 21163  df-cn 21253  df-cnp 21254  df-haus 21341  df-tx 21587  df-hmeo 21780  df-fil 21871  df-fm 21963  df-flim 21964  df-flf 21965  df-xms 22346  df-ms 22347  df-tms 22348  df-cncf 22902  df-limc 23849  df-dv 23850  df-log 24523  df-cxp 24524  df-logb 24723
This theorem is referenced by:  nnolog2flm1  42912
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