let n, k be natural number ; ( n >= 4 & k >= 1 & n > k & not n is even implies Lucas (n + k) = [\(((tau to_power k) * (Lucas n)) + 1)/] )
assume A0:
( n >= 4 & k >= 1 & n > k & not n is even )
; Lucas (n + k) = [\(((tau to_power k) * (Lucas n)) + 1)/]
set tb = tau_bar ;
set tk = tau to_power k;
set tn = tau to_power n;
set tbn = tau_bar to_power n;
F:
sqrt 5 > 1
by SQUARE_1:83, SQUARE_1:95;
A1:
((tau to_power k) * (Lucas n)) + 1 >= Lucas (n + k)
proof
((tau to_power k) * (tau_bar to_power n)) + 1
>= tau_bar to_power (n + k)
proof
consider m being
Nat such that V1:
n = k + m
by A0, NAT_1:10;
V0:
m is non
empty Nat
by A0, V1;
then h0:
m >= 1
by NAT_1:14;
t1:
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * ((- 1) to_power k)) / (2 to_power m)) + 1
>= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
proof
per cases
( k is even or not k is even )
;
suppose W1:
k is
even
;
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * ((- 1) to_power k)) / (2 to_power m)) + 1 >= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))then W2:
not
m is
even
by A0, V1;
m1:
2
to_power m > 0
by POWER:39;
W3:
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * ((- 1) to_power k)) / (2 to_power m)) + 1 =
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * 1) / (2 to_power m)) + 1
by W1, FIB_NUM2:5
.=
(((- ((- 1) + (sqrt 5))) to_power m) / (2 to_power m)) + ((2 to_power m) / (2 to_power m))
by m1, XCMPLX_1:60
.=
((((- 1) * ((sqrt 5) - 1)) to_power m) + (2 to_power m)) / (2 to_power m)
by XCMPLX_1:63
.=
((((- 1) to_power m) * (((sqrt 5) - 1) to_power m)) + (2 to_power m)) / (2 to_power m)
by NEWTON:12
.=
((2 to_power m) + ((- 1) * (((sqrt 5) - 1) to_power m))) / (2 to_power m)
by W2, FIB_NUM2:3
.=
((2 to_power m) - (((sqrt 5) - 1) to_power m)) / (2 to_power m)
;
z:
(
sqrt (3 ^2 ) > sqrt 5 &
sqrt 5
> sqrt 1 )
by SQUARE_1:95;
then
( 3
> sqrt 5 &
sqrt 5
> 1 )
by SQUARE_1:83, SQUARE_1:def 4;
then
( 3
- 1
> (sqrt 5) - 1 &
(sqrt 5) - 1
> 1
- 1 )
by XREAL_1:11;
then
2
to_power m > ((sqrt 5) - 1) to_power m
by V0, POWER:42;
then w4:
(2 to_power m) - (((sqrt 5) - 1) to_power m) > (((sqrt 5) - 1) to_power m) - (((sqrt 5) - 1) to_power m)
by XREAL_1:11;
W5:
((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m)) =
(((- 1) * ((- 1) + (sqrt 5))) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
.=
(((- 1) to_power ((2 * k) + m)) * (((- 1) + (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m))) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by NEWTON:12
.=
((- 1) * (((- 1) + (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m))) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by W2, FIB_NUM2:3
.=
(- 1) * ((((- 1) + (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m)))
by XCMPLX_1:75
;
(sqrt 5) - 1
> 1
- 1
by z, SQUARE_1:83, XREAL_1:11;
then
((- 1) + (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m) > 0
by POWER:39;
then
((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m)) <= 0
by W5;
hence
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * ((- 1) to_power k)) / (2 to_power m)) + 1
>= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by w4, W3;
verum end; suppose W1:
not
k is
even
;
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * ((- 1) to_power k)) / (2 to_power m)) + 1 >= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))then W2:
m is
even
by A0, V1;
m1:
2
to_power m > 0
by POWER:39;
m2:
2
to_power (2 * k) > 0
by POWER:39;
m > 1
by W2, h0, POLYFORM:4, XXREAL_0:1;
then V2:
m - 1 is non
empty Nat
by NAT_1:20;
W3:
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * ((- 1) to_power k)) / (2 to_power m)) + 1 =
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * (- 1)) / (2 to_power m)) + 1
by W1, FIB_NUM2:3
.=
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * (- 1)) / (2 to_power m)) + ((2 to_power m) / (2 to_power m))
by m1, XCMPLX_1:60
.=
(((((- 1) * ((- 1) + (sqrt 5))) to_power m) * (- 1)) + (2 to_power m)) / (2 to_power m)
by XCMPLX_1:63
.=
(((((- 1) to_power m) * (((- 1) + (sqrt 5)) to_power m)) * (- 1)) + (2 to_power m)) / (2 to_power m)
by NEWTON:12
.=
(((1 * (((- 1) + (sqrt 5)) to_power m)) * (- 1)) + (2 to_power m)) / (2 to_power m)
by W2, FIB_NUM2:5
.=
(((- (((- 1) + (sqrt 5)) to_power m)) + (2 to_power m)) * (2 to_power (2 * k))) / ((2 to_power m) * (2 to_power (2 * k)))
by m2, XCMPLX_1:92
.=
((- ((((- 1) + (sqrt 5)) to_power m) * (2 to_power (2 * k)))) + ((2 to_power m) * (2 to_power (2 * k)))) / (2 to_power (m + (2 * k)))
by JakPower32
.=
((- ((((- 1) + (sqrt 5)) to_power m) * (2 to_power (2 * k)))) + (2 to_power (m + (2 * k)))) / (2 to_power (m + (2 * k)))
by JakPower32
.=
((2 to_power (m + (2 * k))) - ((((- 1) + (sqrt 5)) to_power m) * (2 to_power (2 * k)))) / (2 to_power (m + (2 * k)))
;
W4:
((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m)) =
(((- 1) * ((- 1) + (sqrt 5))) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
.=
(((- 1) to_power ((2 * k) + m)) * (((- 1) + (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m))) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by NEWTON:12
.=
(1 * (((- 1) + (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m))) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by W2, FIB_NUM2:5
.=
(((sqrt 5) - 1) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
;
(2 to_power m) - (((sqrt 5) - 1) to_power m) >= ((sqrt 5) - 1) to_power m
then
((2 to_power m) - (((sqrt 5) - 1) to_power m)) * (2 to_power (2 * k)) >= (((sqrt 5) - 1) to_power m) * (2 to_power (2 * k))
by XREAL_1:66;
then
((2 to_power m) * (2 to_power (2 * k))) - ((((sqrt 5) - 1) to_power m) * (2 to_power (2 * k))) >= (((sqrt 5) - 1) to_power m) * (2 to_power (2 * k))
;
then
(2 to_power (m + (2 * k))) - ((((sqrt 5) - 1) to_power m) * (2 to_power (2 * k))) >= (((sqrt 5) - 1) to_power m) * (2 to_power (2 * k))
by JakPower32;
then
((2 to_power (m + (2 * k))) - ((((sqrt 5) - 1) to_power m) * (2 to_power (2 * k)))) / (2 to_power (m + (2 * k))) >= ((((sqrt 5) - 1) to_power m) * (2 to_power (2 * k))) / (2 to_power (m + (2 * k)))
by XREAL_1:74;
then w6:
(((2 to_power m) * (2 to_power (2 * k))) - ((((sqrt 5) - 1) to_power m) * (2 to_power (2 * k)))) / (2 to_power (m + (2 * k))) >= ((((sqrt 5) - 1) to_power m) * (2 to_power (2 * k))) / (2 to_power (m + (2 * k)))
by JakPower32;
X1:
(sqrt 5) - 1
> 1
- 1
by F, XREAL_1:11;
(
sqrt (3 ^2 ) > sqrt 5 &
sqrt 5
> sqrt 1 )
by SQUARE_1:95;
then
( 3
> sqrt 5 &
sqrt 5
> 1 )
by SQUARE_1:83, SQUARE_1:def 4;
then M4:
( 3
- 1
> (sqrt 5) - 1 &
(sqrt 5) - 1
> 1
- 1 )
by XREAL_1:11;
then m5:
((sqrt 5) - 1) to_power m > 0
by POWER:39;
2
to_power (2 * k) >= ((sqrt 5) - 1) to_power (2 * k)
by M4, A0, POWER:42;
then
(2 to_power (2 * k)) * (((sqrt 5) - 1) to_power m) >= (((sqrt 5) - 1) to_power (2 * k)) * (((sqrt 5) - 1) to_power m)
by m5, XREAL_1:66;
then
((2 to_power (2 * k)) * (((sqrt 5) - 1) to_power m)) / (2 to_power ((2 * k) + m)) >= ((((sqrt 5) - 1) to_power (2 * k)) * (((sqrt 5) - 1) to_power m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by XREAL_1:74;
then
(((2 to_power m) - (((sqrt 5) - 1) to_power m)) * (2 to_power (2 * k))) / (2 to_power (m + (2 * k))) >= ((((sqrt 5) - 1) to_power (2 * k)) * (((sqrt 5) - 1) to_power m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by w6, XXREAL_0:2;
then
(((2 to_power m) * (2 to_power (2 * k))) - ((((sqrt 5) - 1) to_power m) * (2 to_power (2 * k)))) / (2 to_power (m + (2 * k))) >= (((sqrt 5) - 1) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by JakPower32, X1;
hence
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * ((- 1) to_power k)) / (2 to_power m)) + 1
>= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by W3, W4, JakPower32;
verum end; end;
end;
(sqrt 5) - 1
> 1
- 1
by F, XREAL_1:11;
then YX:
- ((sqrt 5) - 1) < 0
;
((1 + (sqrt 5)) * (1 - (sqrt 5))) / (2 to_power 2) =
((1 + (sqrt 5)) * (1 - (sqrt 5))) / (2 ^2 )
by POWER:53
.=
((1 ^2 ) - ((sqrt 5) ^2 )) / 4
.=
(1 - 5) / 4
by SQUARE_1:def 4
.=
- 1
;
then (- 1) to_power k =
(((1 + (sqrt 5)) * (1 - (sqrt 5))) to_power k) / ((2 to_power 2) to_power k)
by JakPower36
.=
(((1 + (sqrt 5)) * (1 - (sqrt 5))) to_power k) / (2 to_power (2 * k))
by NEWTON:14
;
then
(((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * (((1 + (sqrt 5)) * (1 - (sqrt 5))) to_power k)) / (2 to_power (2 * k))) / (2 to_power m)) + 1
>= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by t1, XCMPLX_1:75;
then
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * (((1 + (sqrt 5)) * (1 - (sqrt 5))) to_power k)) / ((2 to_power (2 * k)) * (2 to_power m))) + 1
>= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by XCMPLX_1:79;
then
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * (((1 + (sqrt 5)) * (1 - (sqrt 5))) to_power k)) / (2 to_power ((2 * k) + m))) + 1
>= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by JakPower32;
then
((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * (((1 + (sqrt 5)) to_power k) * ((1 - (sqrt 5)) to_power k))) / (2 to_power ((2 * k) + m))) + 1
>= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by NEWTON:12;
then
(((((1 - (sqrt 5)) to_power m) * ((1 - (sqrt 5)) to_power k)) * ((1 + (sqrt 5)) to_power k)) / (2 to_power ((2 * k) + m))) + 1
>= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
;
then
((((1 - (sqrt 5)) to_power (m + k)) * ((1 + (sqrt 5)) to_power k)) / (2 to_power ((k + k) + m))) + 1
>= ((1 - (sqrt 5)) to_power ((2 * k) + m)) / (2 to_power ((2 * k) + m))
by JakPower32, YX;
then
((((1 - (sqrt 5)) to_power n) * ((1 + (sqrt 5)) to_power k)) / (2 to_power (k + n))) + 1
>= ((1 - (sqrt 5)) / 2) to_power ((k + k) + m)
by V1, JakPower36;
then
((((1 - (sqrt 5)) to_power n) * ((1 + (sqrt 5)) to_power k)) / ((2 to_power n) * (2 to_power k))) + 1
>= tau_bar to_power (k + n)
by JakPower32, V1, FIB_NUM:def 2;
then
((((1 - (sqrt 5)) to_power n) / (2 to_power n)) * (((1 + (sqrt 5)) to_power k) / (2 to_power k))) + 1
>= tau_bar to_power (k + n)
by XCMPLX_1:77;
then
((((1 - (sqrt 5)) / 2) to_power n) * (((1 + (sqrt 5)) to_power k) / (2 to_power k))) + 1
>= tau_bar to_power (k + n)
by JakPower36;
hence
((tau to_power k) * (tau_bar to_power n)) + 1
>= tau_bar to_power (n + k)
by JakPower36, FIB_NUM:def 1, FIB_NUM:def 2;
verum
end;
then
(((tau to_power k) * (tau_bar to_power n)) + 1) + (tau to_power (n + k)) >= (tau_bar to_power (n + k)) + (tau to_power (n + k))
by XREAL_1:8;
then
((tau to_power (n + k)) + ((tau to_power k) * (tau_bar to_power n))) + 1
>= (tau to_power (n + k)) + (tau_bar to_power (n + k))
;
then
(((tau to_power k) * (tau to_power n)) + ((tau to_power k) * (tau_bar to_power n))) + 1
>= (tau to_power (n + k)) + (tau_bar to_power (n + k))
by JakPower32;
then
((tau to_power k) * ((tau to_power n) + (tau_bar to_power n))) + 1
>= Lucas (n + k)
by FIB_NUM3:21;
hence
((tau to_power k) * (Lucas n)) + 1
>= Lucas (n + k)
by FIB_NUM3:21;
verum
end;
(((tau to_power k) * (Lucas n)) + 1) - 1 < Lucas (n + k)
hence
Lucas (n + k) = [\(((tau to_power k) * (Lucas n)) + 1)/]
by A1, INT_1:def 4; verum