products/sources/formale sprachen/Coq/plugins/micromega image not shown  

Quellcode-Bibliothek

© Kompilation durch diese Firma

[Weder Korrektheit noch Funktionsfähigkeit der Software werden zugesichert.]

Datei: deferclear.v   Sprache: Coq

Original von: Coq©

(************************************************************************)
(*         *   The Coq Proof Assistant / The Coq Development Team       *)
(*  v      *   INRIA, CNRS and contributors - Copyright 1999-2018       *)
(* <O___,, *       (see CREDITS file for the list of authors)           *)
(*   \VV/  **************************************************************)
(*    //   *    This file is distributed under the terms of the         *)
(*         *     GNU Lesser General Public License Version 2.1          *)
(*         *     (see LICENSE file for the text of the license)         *)
(************************************************************************)

Require Import Rbase.
Require Import Rfunctions.
Require Export Rlimit.
Require Export Rderiv.
Local Open Scope R_scope.
Implicit Type f : R -> R.

(****************************************************)
(** *         Basic operations on functions         *)
(****************************************************)
Definition plus_fct f1 f2 (x:R) : R := f1 x + f2 x.
Definition opp_fct f (x:R) : R := - f x.
Definition mult_fct f1 f2 (x:R) : R := f1 x * f2 x.
Definition mult_real_fct (a:R) f (x:R) : R := a * f x.
Definition minus_fct f1 f2 (x:R) : R := f1 x - f2 x.
Definition div_fct f1 f2 (x:R) : R := f1 x / f2 x.
Definition div_real_fct (a:R) f (x:R) : R := a / f x.
Definition comp f1 f2 (x:R) : R := f1 (f2 x).
Definition inv_fct f (x:R) : R := / f x.

Declare Scope Rfun_scope.
Delimit Scope Rfun_scope with F.

Arguments plus_fct (f1 f2)%F x%R.
Arguments mult_fct (f1 f2)%F x%R.
Arguments minus_fct (f1 f2)%F x%R.
Arguments div_fct (f1 f2)%F x%R.
Arguments inv_fct f%F x%R.
Arguments opp_fct f%F x%R.
Arguments mult_real_fct a%R f%F x%R.
Arguments div_real_fct a%R f%F x%R.
Arguments comp (f1 f2)%F x%R.

Infix "+" := plus_fct : Rfun_scope.
Notation "- x" := (opp_fct x) : Rfun_scope.
Infix "*" := mult_fct : Rfun_scope.
Infix "-" := minus_fct : Rfun_scope.
Infix "/" := div_fct : Rfun_scope.
Local Notation "f1 'o' f2" := (comp f1 f2)
  (at level 20, right associativity) : Rfun_scope.
Notation "/ x" := (inv_fct x) : Rfun_scope.

Definition fct_cte (a x:R) : R := a.
Definition id (x:R) := x.

(****************************************************)
(** *          Variations of functions              *)
(****************************************************)
Definition increasing f : Prop := forall x y:R, x <= y -> f x <= f y.
Definition decreasing f : Prop := forall x y:R, x <= y -> f y <= f x.
Definition strict_increasing f : Prop := forall x y:R, x < y -> f x < f y.
Definition strict_decreasing f : Prop := forall x y:R, x < y -> f y < f x.
Definition constant f : Prop := forall x y:R, f x = f y.

(**********)
Definition no_cond (x:R) : Prop := True.

(**********)
Definition constant_D_eq f (D:R -> Prop) (c:R) : Prop :=
  forall x:R, D x -> f x = c.

(***************************************************)
(** *    Definition of continuity as a limit       *)
(***************************************************)

(**********)
Definition continuity_pt f (x0:R) : Prop := continue_in f no_cond x0.
Definition continuity f : Prop := forall x:R, continuity_pt f x.

Arguments continuity_pt f%F x0%R.
Arguments continuity f%F.

Lemma continuity_pt_locally_ext :
  forall f g a x, 0 < a -> (forall y, R_dist y x < a -> f y = g y) ->
  continuity_pt f x -> continuity_pt g x.
intros f g a x a0 q cf eps ep.
destruct (cf eps ep) as [a' [a'p Pa']].
exists (Rmin a a'); split.
 unfold Rmin; destruct (Rle_dec a a').
  assumption.
 assumption.
intros y cy; rewrite <- !q.
  apply Pa'.
  split;[| apply Rlt_le_trans with (Rmin a a');[ | apply Rmin_r]];tauto.
 rewrite R_dist_eq; assumption.   
apply Rlt_le_trans with (Rmin a a');[ | apply Rmin_l]; tauto.
Qed.


(**********)
Lemma continuity_pt_plus :
  forall f1 f2 (x0:R),
    continuity_pt f1 x0 -> continuity_pt f2 x0 -> continuity_pt (f1 + f2) x0.
Proof.
  unfold continuity_pt, plus_fct; unfold continue_in; intros;
    apply limit_plus; assumption.
Qed.

Lemma continuity_pt_opp :
  forall f (x0:R), continuity_pt f x0 -> continuity_pt (- f) x0.
Proof.
  unfold continuity_pt, opp_fct; unfold continue_in; intros;
    apply limit_Ropp; assumption.
Qed.

Lemma continuity_pt_minus :
  forall f1 f2 (x0:R),
    continuity_pt f1 x0 -> continuity_pt f2 x0 -> continuity_pt (f1 - f2) x0.
Proof.
  unfold continuity_pt, minus_fct; unfold continue_in; intros;
    apply limit_minus; assumption.
Qed.

Lemma continuity_pt_mult :
  forall f1 f2 (x0:R),
    continuity_pt f1 x0 -> continuity_pt f2 x0 -> continuity_pt (f1 * f2) x0.
Proof.
  unfold continuity_pt, mult_fct; unfold continue_in; intros;
    apply limit_mul; assumption.
Qed.

Lemma continuity_pt_const : forall f (x0:R), constant f -> continuity_pt f x0.
Proof.
  unfold constant, continuity_pt; unfold continue_in;
    unfold limit1_in; unfold limit_in;
      introsexists 1; split;
        [ apply Rlt_0_1
          | introsgeneralize (H x x0); introrewrite H2; simpl;
            rewrite R_dist_eq; assumption ].
Qed.

Lemma continuity_pt_scal :
  forall f (a x0:R),
    continuity_pt f x0 -> continuity_pt (mult_real_fct a f) x0.
Proof.
  unfold continuity_pt, mult_real_fct; unfold continue_in;
    introsapply (limit_mul (fun x:R => a) f (D_x no_cond x0) a (f x0) x0).
  unfold limit1_in; unfold limit_in; introsexists 1; split.
  apply Rlt_0_1.
  introsrewrite R_dist_eq; assumption.
  assumption.
Qed.

Lemma continuity_pt_inv :
  forall f (x0:R), continuity_pt f x0 -> f x0 <> 0 -> continuity_pt (/ f) x0.
Proof.
  intros.
  replace (/ f)%F with (fun x:R => / f x).
  unfold continuity_pt; unfold continue_in; intros;
    apply limit_inv; assumption.
  unfold inv_fct; reflexivity.
Qed.

Lemma div_eq_inv : forall f1 f2, (f1 / f2)%F = (f1 * / f2)%F.
Proof.
  introsreflexivity.
Qed.

Lemma continuity_pt_div :
  forall f1 f2 (x0:R),
    continuity_pt f1 x0 ->
    continuity_pt f2 x0 -> f2 x0 <> 0 -> continuity_pt (f1 / f2) x0.
Proof.
  introsrewrite (div_eq_inv f1 f2); apply continuity_pt_mult;
    [ assumption | apply continuity_pt_inv; assumption ].
Qed.

Lemma continuity_pt_comp :
  forall f1 f2 (x:R),
    continuity_pt f1 x -> continuity_pt f2 (f1 x) -> continuity_pt (f2 o f1) x.
Proof.
  unfold continuity_pt; unfold continue_in; intros;
    unfold comp.
  cut
    (limit1_in (fun x0:R => f2 (f1 x0))
      (Dgf (D_x no_cond x) (D_x no_cond (f1 x)) f1) (
        f2 (f1 x)) x ->
      limit1_in (fun x0:R => f2 (f1 x0)) (D_x no_cond x) (f2 (f1 x)) x).
  introapply H1.
  eapply limit_comp.
  apply H.
  apply H0.
  unfold limit1_in; unfold limit_in; unfold dist;
    simplunfold R_dist; intros.
  assert (H3 := H1 eps H2).
  elim H3; intros.
  exists x0.
  split.
  elim H4; intros; assumption.
  introscase (Req_dec (f1 x) (f1 x1)); intro.
  rewrite H6; unfold Rminus; rewrite Rplus_opp_r; rewrite Rabs_R0;
    assumption.
  elim H4; introsapply H8.
  split.
  unfold Dgf, D_x, no_cond.
  split.
  split.
  trivial.
  elim H5; unfold D_x, no_cond; intros.
  elim H9; intros; assumption.
  split.
  trivial.
  assumption.
  elim H5; intros; assumption.
Qed.

(**********)
Lemma continuity_plus :
  forall f1 f2, continuity f1 -> continuity f2 -> continuity (f1 + f2).
Proof.
  unfold continuity; intros;
    apply (continuity_pt_plus f1 f2 x (H x) (H0 x)).
Qed.

Lemma continuity_opp : forall f, continuity f -> continuity (- f).
Proof.
  unfold continuity; introsapply (continuity_pt_opp f x (H x)).
Qed.

Lemma continuity_minus :
  forall f1 f2, continuity f1 -> continuity f2 -> continuity (f1 - f2).
Proof.
  unfold continuity; intros;
    apply (continuity_pt_minus f1 f2 x (H x) (H0 x)).
Qed.

Lemma continuity_mult :
  forall f1 f2, continuity f1 -> continuity f2 -> continuity (f1 * f2).
Proof.
  unfold continuity; intros;
    apply (continuity_pt_mult f1 f2 x (H x) (H0 x)).
Qed.

Lemma continuity_const : forall f, constant f -> continuity f.
Proof.
  unfold continuity; introsapply (continuity_pt_const f x H).
Qed.

Lemma continuity_scal :
  forall f (a:R), continuity f -> continuity (mult_real_fct a f).
Proof.
  unfold continuity; introsapply (continuity_pt_scal f a x (H x)).
Qed.

Lemma continuity_inv :
  forall f, continuity f -> (forall x:R, f x <> 0) -> continuity (/ f).
Proof.
  unfold continuity; introsapply (continuity_pt_inv f x (H x) (H0 x)).
Qed.

Lemma continuity_div :
  forall f1 f2,
    continuity f1 ->
    continuity f2 -> (forall x:R, f2 x <> 0) -> continuity (f1 / f2).
Proof.
  unfold continuity; intros;
    apply (continuity_pt_div f1 f2 x (H x) (H0 x) (H1 x)).
Qed.

Lemma continuity_comp :
  forall f1 f2, continuity f1 -> continuity f2 -> continuity (f2 o f1).
Proof.
  unfold continuity; intros.
  apply (continuity_pt_comp f1 f2 x (H x) (H0 (f1 x))).
Qed.


(*****************************************************)
(** * Derivative's definition using Landau's kernel  *)
(*****************************************************)

Definition derivable_pt_lim f (x l:R) : Prop :=
  forall eps:R,
    0 < eps ->
    exists delta : posreal,
      (forall h:R,
        h <> 0 -> Rabs h < delta -> Rabs ((f (x + h) - f x) / h - l) < eps).

Definition derivable_pt_abs f (x l:R) : Prop := derivable_pt_lim f x l.

Definition derivable_pt f (x:R) := { l:R | derivable_pt_abs f x l }.
Definition derivable f := forall x:R, derivable_pt f x.

Definition derive_pt f (x:R) (pr:derivable_pt f x) := proj1_sig pr.
Definition derive f (pr:derivable f) (x:R) := derive_pt f x (pr x).

Arguments derivable_pt_lim f%F x%R l.
Arguments derivable_pt_abs f%F (x l)%R.
Arguments derivable_pt f%F x%R.
Arguments derivable f%F.
Arguments derive_pt f%F x%R pr.
Arguments derive f%F pr x.

Definition antiderivative f (g:R -> R) (a b:R) : Prop :=
  (forall x:R,
    a <= x <= b ->  exists pr : derivable_pt g x, f x = derive_pt g x pr) /\
  a <= b.
(**************************************)
(** * Class of differential functions *)
(**************************************)
Record Differential : Type := mkDifferential
  {d1 :> R -> R; cond_diff : derivable d1}.

Record Differential_D2 : Type := mkDifferential_D2
  {d2 :> R -> R;
    cond_D1 : derivable d2;
    cond_D2 : derivable (derive d2 cond_D1)}.

(**********)
Lemma uniqueness_step1 :
  forall f (x l1 l2:R),
    limit1_in (fun h:R => (f (x + h) - f x) / h) (fun h:R => h <> 0) l1 0 ->
    limit1_in (fun h:R => (f (x + h) - f x) / h) (fun h:R => h <> 0) l2 0 ->
    l1 = l2.
Proof.
  intros;
    apply
      (single_limit (fun h:R => (f (x + h) - f x) / h) (
        fun h:R => h <> 0) l1 l2 0); try assumption.
  unfold adhDa; introsexists (alp / 2).
  split.
  unfold Rdiv; apply prod_neq_R0.
  redintrorewrite H2 in H1; elim (Rlt_irrefl _ H1).
  apply Rinv_neq_0_compat; discrR.
  unfold R_dist; unfold Rminus; rewrite Ropp_0;
    rewrite Rplus_0_r; unfold Rdiv; rewrite Rabs_mult.
  replace (Rabs (/ 2)) with (/ 2).
  replace (Rabs alp) with alp.
  apply Rmult_lt_reg_l with 2.
  prove_sup0.
  rewrite (Rmult_comm 2); rewrite Rmult_assoc; rewrite <- Rinv_l_sym;
    [ idtac | discrR ]; rewrite Rmult_1_r; rewrite double;
      pattern alp at 1; replace alp with (alp + 0);
        [ idtac | ring ]; apply Rplus_lt_compat_l; assumption.
  symmetry ; apply Rabs_right; left; assumption.
  symmetry ; apply Rabs_right; leftchange (0 < / 2);
    apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0.
Qed.

Lemma uniqueness_step2 :
  forall f (x l:R),
    derivable_pt_lim f x l ->
    limit1_in (fun h:R => (f (x + h) - f x) / h) (fun h:R => h <> 0) l 0.
Proof.
  unfold derivable_pt_lim; introsunfold limit1_in;
    unfold limit_in; intros.
  assert (H1 := H eps H0).
  elim H1; intros.
  exists (pos x0).
  split.
  apply (cond_pos x0).
  simplunfold R_dist; intros.
  elim H3; intros.
  apply H2;
    [ assumption
      | unfold Rminus in H5; rewrite Ropp_0 in H5; rewrite Rplus_0_r in H5;
        assumption ].
Qed.

Lemma uniqueness_step3 :
  forall f (x l:R),
    limit1_in (fun h:R => (f (x + h) - f x) / h) (fun h:R => h <> 0) l 0 ->
    derivable_pt_lim f x l.
Proof.
  unfold limit1_in, derivable_pt_lim; unfold limit_in;
    unfold dist; simplintros.
  elim (H eps H0).
  introselim H1; intros.
  exists (mkposreal x0 H2).
  simplintrosunfold R_dist in H3; apply (H3 h).
  split;
    [ assumption
      | unfold Rminus; rewrite Ropp_0; rewrite Rplus_0_r; assumption ].
Qed.

Lemma uniqueness_limite :
  forall f (x l1 l2:R),
    derivable_pt_lim f x l1 -> derivable_pt_lim f x l2 -> l1 = l2.
Proof.
  intros.
  assert (H1 := uniqueness_step2 _ _ _ H).
  assert (H2 := uniqueness_step2 _ _ _ H0).
  assert (H3 := uniqueness_step1 _ _ _ _ H1 H2).
  assumption.
Qed.

Lemma derive_pt_eq :
  forall f (x l:R) (pr:derivable_pt f x),
    derive_pt f x pr = l <-> derivable_pt_lim f x l.
Proof.
  introssplit.
  introassert (H1 := proj2_sig pr); unfold derive_pt in H; rewrite H in H1;
    assumption.
  introassert (H1 := proj2_sig pr); unfold derivable_pt_abs in H1.
  assert (H2 := uniqueness_limite _ _ _ _ H H1).
  unfold derive_pt; unfold derivable_pt_abs.
  symmetry ; assumption.
Qed.

(**********)
Lemma derive_pt_eq_0 :
  forall f (x l:R) (pr:derivable_pt f x),
    derivable_pt_lim f x l -> derive_pt f x pr = l.
Proof.
  introselim (derive_pt_eq f x l pr); intros.
  apply (H1 H).
Qed.

(**********)
Lemma derive_pt_eq_1 :
  forall f (x l:R) (pr:derivable_pt f x),
    derive_pt f x pr = l -> derivable_pt_lim f x l.
Proof.
  introselim (derive_pt_eq f x l pr); intros.
  apply (H0 H).
Qed.


(**********************************************************************)
(** * Equivalence of this definition with the one using limit concept *)
(**********************************************************************)
Lemma derive_pt_D_in :
  forall f (df:R -> R) (x:R) (pr:derivable_pt f x),
    D_in f df no_cond x <-> derive_pt f x pr = df x.
Proof.
  introssplit.
  unfold D_in; unfold limit1_in; unfold limit_in;
    simplunfold R_dist; intros.
  apply derive_pt_eq_0.
  unfold derivable_pt_lim.
  introselim (H eps H0); intros alpha H1; elim H1; intros;
    exists (mkposreal alpha H2); introsgeneralize (H3 (x + h));
      introcut (x + h - x = h);
        [ introcut (D_x no_cond x (x + h) /\ Rabs (x + h - x) < alpha);
          [ introgeneralize (H6 H8); rewrite H7; intro; assumption
            | split;
              [ unfold D_x; split;
                [ unfold no_cond; trivial
                  | apply Rminus_not_eq_right; rewrite H7; assumption ]
                | rewrite H7; assumption ] ]
          | ring ].
  intro.
  assert (H0 := derive_pt_eq_1 f x (df x) pr H).
  unfold D_in; unfold limit1_in; unfold limit_in;
    unfold dist; simplunfold R_dist;
      intros.
  elim (H0 eps H1); intros alpha H2; exists (pos alpha); split.
  apply (cond_pos alpha).
  introselim H3; introsunfold D_x in H4; elim H4; introscut (x0 - x <> 0).
  introgeneralize (H2 (x0 - x) H8 H5); replace (x + (x0 - x)) with x0.
  intro; assumption.
  ring.
  auto with real.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_D_in :
  forall f (df:R -> R) (x:R),
    D_in f df no_cond x <-> derivable_pt_lim f x (df x).
Proof.
  introssplit.
  unfold D_in; unfold limit1_in; unfold limit_in;
    simplunfold R_dist; intros.
  unfold derivable_pt_lim.
  introselim (H eps H0); intros alpha H1; elim H1; intros;
    exists (mkposreal alpha H2); introsgeneralize (H3 (x + h));
      introcut (x + h - x = h);
        [ introcut (D_x no_cond x (x + h) /\ Rabs (x + h - x) < alpha);
          [ introgeneralize (H6 H8); rewrite H7; intro; assumption
            | split;
              [ unfold D_x; split;
                [ unfold no_cond; trivial
                  | apply Rminus_not_eq_right; rewrite H7; assumption ]
                | rewrite H7; assumption ] ]
          | ring ].
  intro.
  unfold derivable_pt_lim in H.
  unfold D_in; unfold limit1_in; unfold limit_in;
    unfold dist; simplunfold R_dist;
      intros.
  elim (H eps H0); intros alpha H2; exists (pos alpha); split.
  apply (cond_pos alpha).
  intros.
  elim H1; introsunfold D_x in H3; elim H3; introscut (x0 - x <> 0).
  introgeneralize (H2 (x0 - x) H7 H4); replace (x + (x0 - x)) with x0.
  intro; assumption.
  ring.
  auto with real.
Qed.

(* Extensionally equal functions have the same derivative. *)

Lemma derivable_pt_lim_ext : forall f g x l, (forall z, f z = g z) -> 
  derivable_pt_lim f x l -> derivable_pt_lim g x l.
intros f g x l fg df e ep; destruct (df e ep) as [d pd]; exists d; intros h;
rewrite <- !fg; apply pd.
Qed.

(* extensionally equal functions have the same derivative, locally. *)

Lemma derivable_pt_lim_locally_ext : forall f g x a b l, 
  a < x < b ->
  (forall z, a < z < b -> f z = g z) ->
  derivable_pt_lim f x l -> derivable_pt_lim g x l.
intros f g x a b l axb fg df e ep.
destruct (df e ep) as [d pd].
assert (d'h : 0 < Rmin d (Rmin (b - x) (x - a))).
 apply Rmin_pos;[apply cond_pos | apply Rmin_pos; apply Rlt_Rminus; tauto].
exists (mkposreal _ d'h); simplintros h hn0 cmp.
rewrite <- !fg;[ |assumption | ].
  apply pd;[assumption |].
 apply Rlt_le_trans with (1 := cmp), Rmin_l.
assert (-h < x - a).
 apply Rle_lt_trans with (1 := Rle_abs _).
 rewrite Rabs_Ropp; apply Rlt_le_trans with (1 := cmp).
 rewrite Rmin_assoc; apply Rmin_r.
assert (h < b - x).
 apply Rle_lt_trans with (1 := Rle_abs _).
 apply Rlt_le_trans with (1 := cmp).
 rewrite Rmin_comm, <- Rmin_assoc; apply Rmin_l.
split.
 apply (Rplus_lt_reg_l (- h)).
 replace ((-h) + (x + h)) with x by ring.
 apply (Rplus_lt_reg_r (- a)).
 replace (((-h) + a) + - a) with (-h) by ring.
 assumption.
apply (Rplus_lt_reg_r (- x)).
replace (x + h + - x) with h by ring.
assumption.
Qed.


(***********************************)
(** * derivability -> continuity   *)
(***********************************)
(**********)
Lemma derivable_derive :
  forall f (x:R) (pr:derivable_pt f x),  exists l : R, derive_pt f x pr = l.
Proof.
  introsexists (proj1_sig pr).
  unfold derive_pt; reflexivity.
Qed.

Theorem derivable_continuous_pt :
  forall f (x:R), derivable_pt f x -> continuity_pt f x.
Proof.
  intros f x X.
  generalize (derivable_derive f x X); intro.
  elim H; intros l H1.
  cut (l = fct_cte l x).
  intro.
  rewrite H0 in H1.
  generalize (derive_pt_D_in f (fct_cte l) x); intro.
  elim (H2 X); intros.
  generalize (H4 H1); intro.
  unfold continuity_pt.
  apply (cont_deriv f (fct_cte l) no_cond x H5).
  unfold fct_cte; reflexivity.
Qed.

Theorem derivable_continuous : forall f, derivable f -> continuity f.
Proof.
  unfold derivable, continuity; intros f X x.
  apply (derivable_continuous_pt f x (X x)).
Qed.

(****************************************************************)
(** *                    Main rules                             *)
(****************************************************************)

Lemma derivable_pt_lim_plus :
  forall f1 f2 (x l1 l2:R),
    derivable_pt_lim f1 x l1 ->
    derivable_pt_lim f2 x l2 -> derivable_pt_lim (f1 + f2) x (l1 + l2).
  intros.
  apply uniqueness_step3.
  assert (H1 := uniqueness_step2 _ _ _ H).
  assert (H2 := uniqueness_step2 _ _ _ H0).
  unfold plus_fct.
  cut
    (forall h:R,
      (f1 (x + h) + f2 (x + h) - (f1 x + f2 x)) / h =
      (f1 (x + h) - f1 x) / h + (f2 (x + h) - f2 x) / h).
  intro.
  generalize
    (limit_plus (fun h':R => (f1 (x + h') - f1 x) / h')
      (fun h':R => (f2 (x + h') - f2 x) / h') (fun h:R => h <> 0) l1 l2 0 H1 H2).
  unfold limit1_in; unfold limit_in; unfold dist;
    simplunfold R_dist; intros.
  elim (H4 eps H5); intros.
  exists x0.
  elim H6; intros.
  split.
  assumption.
  introsrewrite H3; apply H8; assumption.
  introunfold Rdiv; ring.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_opp :
  forall f (x l:R), derivable_pt_lim f x l -> derivable_pt_lim (- f) x (- l).
Proof.
  intros.
  apply uniqueness_step3.
  assert (H1 := uniqueness_step2 _ _ _ H).
  unfold opp_fct.
  cut (forall h:R, (- f (x + h) - - f x) / h = - ((f (x + h) - f x) / h)).
  intro.
  generalize
    (limit_Ropp (fun h:R => (f (x + h) - f x) / h) (fun h:R => h <> 0) l 0 H1).
  unfold limit1_in; unfold limit_in; unfold dist;
    simplunfold R_dist; intros.
  elim (H2 eps H3); intros.
  exists x0.
  elim H4; intros.
  split.
  assumption.
  introsrewrite H0; apply H6; assumption.
  introunfold Rdiv; ring.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_minus :
  forall f1 f2 (x l1 l2:R),
    derivable_pt_lim f1 x l1 ->
    derivable_pt_lim f2 x l2 -> derivable_pt_lim (f1 - f2) x (l1 - l2).
Proof.
  intros.
  apply uniqueness_step3.
  assert (H1 := uniqueness_step2 _ _ _ H).
  assert (H2 := uniqueness_step2 _ _ _ H0).
  unfold minus_fct.
  cut
    (forall h:R,
      (f1 (x + h) - f1 x) / h - (f2 (x + h) - f2 x) / h =
      (f1 (x + h) - f2 (x + h) - (f1 x - f2 x)) / h).
  intro.
  generalize
    (limit_minus (fun h':R => (f1 (x + h') - f1 x) / h')
      (fun h':R => (f2 (x + h') - f2 x) / h') (fun h:R => h <> 0) l1 l2 0 H1 H2).
  unfold limit1_in; unfold limit_in; unfold dist;
    simplunfold R_dist; intros.
  elim (H4 eps H5); intros.
  exists x0.
  elim H6; intros.
  split.
  assumption.
  introsrewrite <- H3; apply H8; assumption.
  introunfold Rdiv; ring.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_mult :
  forall f1 f2 (x l1 l2:R),
    derivable_pt_lim f1 x l1 ->
    derivable_pt_lim f2 x l2 ->
    derivable_pt_lim (f1 * f2) x (l1 * f2 x + f1 x * l2).
Proof.
  intros.
  assert (H1 := derivable_pt_lim_D_in f1 (fun y:R => l1) x).
  elim H1; intros.
  assert (H4 := H3 H).
  assert (H5 := derivable_pt_lim_D_in f2 (fun y:R => l2) x).
  elim H5; intros.
  assert (H8 := H7 H0).
  clear H1 H2 H3 H5 H6 H7.
  assert
    (H1 :=
      derivable_pt_lim_D_in (f1 * f2)%F (fun y:R => l1 * f2 x + f1 x * l2) x).
  elim H1; intros.
  clear H1 H3.
  apply H2.
  unfold mult_fct.
  apply (Dmult no_cond (fun y:R => l1) (fun y:R => l2) f1 f2 x); assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_const : forall a x:R, derivable_pt_lim (fct_cte a) x 0.
Proof.
  introsunfold fct_cte, derivable_pt_lim.
  introsexists (mkposreal 1 Rlt_0_1); introsunfold Rminus;
    rewrite Rplus_opp_r; unfold Rdiv; rewrite Rmult_0_l;
      rewrite Rplus_opp_r; rewrite Rabs_R0; assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_scal :
  forall f (a x l:R),
    derivable_pt_lim f x l -> derivable_pt_lim (mult_real_fct a f) x (a * l).
Proof.
  intros.
  assert (H0 := derivable_pt_lim_const a x).
  replace (mult_real_fct a f) with (fct_cte a * f)%F.
  replace (a * l) with (0 * f x + a * l); [ idtac | ring ].
  apply (derivable_pt_lim_mult (fct_cte a) f x 0 l); assumption.
  unfold mult_real_fct, mult_fct, fct_cte; reflexivity.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_div_scal :
  forall f x l a, derivable_pt_lim f x l ->
     derivable_pt_lim (fun y => f y / a) x (l / a).
intros f x l a df;
  apply (derivable_pt_lim_ext (fun y => /a * f y)).
 intros z; rewrite Rmult_comm; reflexivity.
unfold Rdiv; rewrite Rmult_comm; apply derivable_pt_lim_scal; assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_scal_right :
  forall f x l a, derivable_pt_lim f x l ->
     derivable_pt_lim (fun y => f y * a) x (l * a).
intros f x l a df;
  apply (derivable_pt_lim_ext (fun y => a * f y)).
 intros z; rewrite Rmult_comm; reflexivity.
unfold Rdiv; rewrite Rmult_comm; apply derivable_pt_lim_scal; assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_id : forall x:R, derivable_pt_lim id x 1.
Proof.
  introunfold derivable_pt_lim.
  intros eps Heps; exists (mkposreal eps Heps); intros h H1 H2;
    unfold id; replace ((x + h - x) / h - 1) with 0.
  rewrite Rabs_R0; apply Rle_lt_trans with (Rabs h).
  apply Rabs_pos.
  assumption.
  unfold Rminus; rewrite Rplus_assoc; rewrite (Rplus_comm x);
    rewrite Rplus_assoc.
  rewrite Rplus_opp_l; rewrite Rplus_0_r; unfold Rdiv;
    rewrite <- Rinv_r_sym.
  symmetry ; apply Rplus_opp_r.
  assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_Rsqr : forall x:R, derivable_pt_lim Rsqr x (2 * x).
Proof.
  introunfold derivable_pt_lim.
  unfold Rsqr; intros eps Heps; exists (mkposreal eps Heps);
    intros h H1 H2; replace (((x + h) * (x + h) - x * x) / h - 2 * x) with h.
  assumption.
  replace ((x + h) * (x + h) - x * x) with (2 * x * h + h * h);
  [ idtac | ring ].
  unfold Rdiv; rewrite Rmult_plus_distr_r.
  repeat rewrite Rmult_assoc.
  repeat rewrite <- Rinv_r_sym; [ idtac | assumption ].
  ring.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_comp :
  forall f1 f2 (x l1 l2:R),
    derivable_pt_lim f1 x l1 ->
    derivable_pt_lim f2 (f1 x) l2 -> derivable_pt_lim (f2 o f1) x (l2 * l1).
Proof.
  introsassert (H1 := derivable_pt_lim_D_in f1 (fun y:R => l1) x).
  elim H1; intros.
  assert (H4 := H3 H).
  assert (H5 := derivable_pt_lim_D_in f2 (fun y:R => l2) (f1 x)).
  elim H5; intros.
  assert (H8 := H7 H0).
  clear H1 H2 H3 H5 H6 H7.
  assert (H1 := derivable_pt_lim_D_in (f2 o f1)%F (fun y:R => l2 * l1) x).
  elim H1; intros.
  clear H1 H3; apply H2.
  unfold comp;
    cut
      (D_in (fun x0:R => f2 (f1 x0)) (fun y:R => l2 * l1)
        (Dgf no_cond no_cond f1) x ->
        D_in (fun x0:R => f2 (f1 x0)) (fun y:R => l2 * l1) no_cond x).
  introapply H1.
  rewrite Rmult_comm;
    apply (Dcomp no_cond no_cond (fun y:R => l1) (fun y:R => l2) f1 f2 x);
      assumption.
  unfold Dgf, D_in, no_cond; unfold limit1_in;
    unfold limit_in; unfold dist; simpl;
      unfold R_dist; intros.
  elim (H1 eps H3); intros.
  exists x0; introssplit.
  elim H5; intros; assumption.
  introselim H5; introsapply H9; split.
  unfold D_x; split.
  splittrivial.
  elim H6; introsunfold D_x in H10; elim H10; intros; assumption.
  elim H6; intros; assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_plus :
  forall f1 f2 (x:R),
    derivable_pt f1 x -> derivable_pt f2 x -> derivable_pt (f1 + f2) x.
Proof.
  unfold derivable_pt; intros f1 f2 x X X0.
  elim X; intros.
  elim X0; intros.
  exists (x0 + x1).
  apply derivable_pt_lim_plus; assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_opp :
  forall f (x:R), derivable_pt f x -> derivable_pt (- f) x.
Proof.
  unfold derivable_pt; intros f x X.
  elim X; intros.
  exists (- x0).
  apply derivable_pt_lim_opp; assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_minus :
  forall f1 f2 (x:R),
    derivable_pt f1 x -> derivable_pt f2 x -> derivable_pt (f1 - f2) x.
Proof.
  unfold derivable_pt; intros f1 f2 x X X0.
  elim X; intros.
  elim X0; intros.
  exists (x0 - x1).
  apply derivable_pt_lim_minus; assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_mult :
  forall f1 f2 (x:R),
    derivable_pt f1 x -> derivable_pt f2 x -> derivable_pt (f1 * f2) x.
Proof.
  unfold derivable_pt; intros f1 f2 x X X0.
  elim X; intros.
  elim X0; intros.
  exists (x0 * f2 x + f1 x * x1).
  apply derivable_pt_lim_mult; assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_const : forall a x:R, derivable_pt (fct_cte a) x.
Proof.
  introsunfold derivable_pt.
  exists 0.
  apply derivable_pt_lim_const.
Qed.

Lemma derivable_pt_scal :
  forall f (a x:R), derivable_pt f x -> derivable_pt (mult_real_fct a f) x.
Proof.
  unfold derivable_pt; intros f1 a x X.
  elim X; intros.
  exists (a * x0).
  apply derivable_pt_lim_scal; assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_id : forall x:R, derivable_pt id x.
Proof.
  unfold derivable_pt; intro.
  exists 1.
  apply derivable_pt_lim_id.
Qed.

Lemma derivable_pt_Rsqr : forall x:R, derivable_pt Rsqr x.
Proof.
  unfold derivable_pt; introexists (2 * x).
  apply derivable_pt_lim_Rsqr.
Qed.

Lemma derivable_pt_comp :
  forall f1 f2 (x:R),
    derivable_pt f1 x -> derivable_pt f2 (f1 x) -> derivable_pt (f2 o f1) x.
Proof.
  unfold derivable_pt; intros f1 f2 x X X0.
  elim X; intros.
  elim X0; intros.
  exists (x1 * x0).
  apply derivable_pt_lim_comp; assumption.
Qed.

Lemma derivable_plus :
  forall f1 f2, derivable f1 -> derivable f2 -> derivable (f1 + f2).
Proof.
  unfold derivable; intros f1 f2 X X0 x.
  apply (derivable_pt_plus _ _ x (X _) (X0 _)).
Qed.

Lemma derivable_opp : forall f, derivable f -> derivable (- f).
Proof.
  unfold derivable; intros f X x.
  apply (derivable_pt_opp _ x (X _)).
Qed.

Lemma derivable_minus :
  forall f1 f2, derivable f1 -> derivable f2 -> derivable (f1 - f2).
Proof.
  unfold derivable; intros f1 f2 X X0 x.
  apply (derivable_pt_minus _ _ x (X _) (X0 _)).
Qed.

Lemma derivable_mult :
  forall f1 f2, derivable f1 -> derivable f2 -> derivable (f1 * f2).
Proof.
  unfold derivable; intros f1 f2 X X0 x.
  apply (derivable_pt_mult _ _ x (X _) (X0 _)).
Qed.

Lemma derivable_const : forall a:R, derivable (fct_cte a).
Proof.
  unfold derivable; intros.
  apply derivable_pt_const.
Qed.

Lemma derivable_scal :
  forall f (a:R), derivable f -> derivable (mult_real_fct a f).
Proof.
  unfold derivable; intros f a X x.
  apply (derivable_pt_scal _ a x (X _)).
Qed.

Lemma derivable_id : derivable id.
Proof.
  unfold derivable; introapply derivable_pt_id.
Qed.

Lemma derivable_Rsqr : derivable Rsqr.
Proof.
  unfold derivable; introapply derivable_pt_Rsqr.
Qed.

Lemma derivable_comp :
  forall f1 f2, derivable f1 -> derivable f2 -> derivable (f2 o f1).
Proof.
  unfold derivable; intros f1 f2 X X0 x.
  apply (derivable_pt_comp _ _ x (X _) (X0 _)).
Qed.

Lemma derive_pt_plus :
  forall f1 f2 (x:R) (pr1:derivable_pt f1 x) (pr2:derivable_pt f2 x),
    derive_pt (f1 + f2) x (derivable_pt_plus _ _ _ pr1 pr2) =
    derive_pt f1 x pr1 + derive_pt f2 x pr2.
Proof.
  intros.
  assert (H := derivable_derive f1 x pr1).
  assert (H0 := derivable_derive f2 x pr2).
  assert
    (H1 := derivable_derive (f1 + f2)%F x (derivable_pt_plus _ _ _ pr1 pr2)).
  elim H; clear H; intros l1 H.
  elim H0; clear H0; intros l2 H0.
  elim H1; clear H1; intros l H1.
  rewrite H; rewrite H0; apply derive_pt_eq_0.
  assert (H3 := proj2_sig pr1).
  unfold derive_pt in H; rewrite H in H3.
  assert (H4 := proj2_sig pr2).
  unfold derive_pt in H0; rewrite H0 in H4.
  apply derivable_pt_lim_plus; assumption.
Qed.

Lemma derive_pt_opp :
  forall f (x:R) (pr1:derivable_pt f x),
    derive_pt (- f) x (derivable_pt_opp _ _ pr1) = - derive_pt f x pr1.
Proof.
  intros.
  assert (H := derivable_derive f x pr1).
  assert (H0 := derivable_derive (- f)%F x (derivable_pt_opp _ _ pr1)).
  elim H; clear H; intros l1 H.
  elim H0; clear H0; intros l2 H0.
  rewrite H; apply derive_pt_eq_0.
  assert (H3 := proj2_sig pr1).
  unfold derive_pt in H; rewrite H in H3.
  apply derivable_pt_lim_opp; assumption.
Qed.

Lemma derive_pt_minus :
  forall f1 f2 (x:R) (pr1:derivable_pt f1 x) (pr2:derivable_pt f2 x),
    derive_pt (f1 - f2) x (derivable_pt_minus _ _ _ pr1 pr2) =
    derive_pt f1 x pr1 - derive_pt f2 x pr2.
Proof.
  intros.
  assert (H := derivable_derive f1 x pr1).
  assert (H0 := derivable_derive f2 x pr2).
  assert
    (H1 := derivable_derive (f1 - f2)%F x (derivable_pt_minus _ _ _ pr1 pr2)).
  elim H; clear H; intros l1 H.
  elim H0; clear H0; intros l2 H0.
  elim H1; clear H1; intros l H1.
  rewrite H; rewrite H0; apply derive_pt_eq_0.
  assert (H3 := proj2_sig pr1).
  unfold derive_pt in H; rewrite H in H3.
  assert (H4 := proj2_sig pr2).
  unfold derive_pt in H0; rewrite H0 in H4.
  apply derivable_pt_lim_minus; assumption.
Qed.

Lemma derive_pt_mult :
  forall f1 f2 (x:R) (pr1:derivable_pt f1 x) (pr2:derivable_pt f2 x),
    derive_pt (f1 * f2) x (derivable_pt_mult _ _ _ pr1 pr2) =
    derive_pt f1 x pr1 * f2 x + f1 x * derive_pt f2 x pr2.
Proof.
  intros.
  assert (H := derivable_derive f1 x pr1).
  assert (H0 := derivable_derive f2 x pr2).
  assert
    (H1 := derivable_derive (f1 * f2)%F x (derivable_pt_mult _ _ _ pr1 pr2)).
  elim H; clear H; intros l1 H.
  elim H0; clear H0; intros l2 H0.
  elim H1; clear H1; intros l H1.
  rewrite H; rewrite H0; apply derive_pt_eq_0.
  assert (H3 := proj2_sig pr1).
  unfold derive_pt in H; rewrite H in H3.
  assert (H4 := proj2_sig pr2).
  unfold derive_pt in H0; rewrite H0 in H4.
  apply derivable_pt_lim_mult; assumption.
Qed.

Lemma derive_pt_const :
  forall a x:R, derive_pt (fct_cte a) x (derivable_pt_const a x) = 0.
Proof.
  intros.
  apply derive_pt_eq_0.
  apply derivable_pt_lim_const.
Qed.

Lemma derive_pt_scal :
  forall f (a x:R) (pr:derivable_pt f x),
    derive_pt (mult_real_fct a f) x (derivable_pt_scal _ _ _ pr) =
    a * derive_pt f x pr.
Proof.
  intros.
  assert (H := derivable_derive f x pr).
  assert
    (H0 := derivable_derive (mult_real_fct a f) x (derivable_pt_scal _ _ _ pr)).
  elim H; clear H; intros l1 H.
  elim H0; clear H0; intros l2 H0.
  rewrite H; apply derive_pt_eq_0.
  assert (H3 := proj2_sig pr).
  unfold derive_pt in H; rewrite H in H3.
  apply derivable_pt_lim_scal; assumption.
Qed.

Lemma derive_pt_id : forall x:R, derive_pt id x (derivable_pt_id _) = 1.
Proof.
  intros.
  apply derive_pt_eq_0.
  apply derivable_pt_lim_id.
Qed.

Lemma derive_pt_Rsqr :
  forall x:R, derive_pt Rsqr x (derivable_pt_Rsqr _) = 2 * x.
Proof.
  intros.
  apply derive_pt_eq_0.
  apply derivable_pt_lim_Rsqr.
Qed.

Lemma derive_pt_comp :
  forall f1 f2 (x:R) (pr1:derivable_pt f1 x) (pr2:derivable_pt f2 (f1 x)),
    derive_pt (f2 o f1) x (derivable_pt_comp _ _ _ pr1 pr2) =
    derive_pt f2 (f1 x) pr2 * derive_pt f1 x pr1.
Proof.
  intros.
  assert (H := derivable_derive f1 x pr1).
  assert (H0 := derivable_derive f2 (f1 x) pr2).
  assert
    (H1 := derivable_derive (f2 o f1)%F x (derivable_pt_comp _ _ _ pr1 pr2)).
  elim H; clear H; intros l1 H.
  elim H0; clear H0; intros l2 H0.
  elim H1; clear H1; intros l H1.
  rewrite H; rewrite H0; apply derive_pt_eq_0.
  assert (H3 := proj2_sig pr1).
  unfold derive_pt in H; rewrite H in H3.
  assert (H4 := proj2_sig pr2).
  unfold derive_pt in H0; rewrite H0 in H4.
  apply derivable_pt_lim_comp; assumption.
Qed.

(* Pow *)
Definition pow_fct (n:nat) (y:R) : R := y ^ n.

Lemma derivable_pt_lim_pow_pos :
  forall (x:R) (n:nat),
    (0 < n)%nat -> derivable_pt_lim (fun y:R => y ^ n) x (INR n * x ^ pred n).
Proof.
  intros.
  induction  n as [| n Hrecn].
  elim (lt_irrefl _ H).
  cut (n = 0%nat \/ (0 < n)%nat).
  introelim H0; intro.
  rewrite H1; simpl.
  replace (fun y:R => y * 1) with (id * fct_cte 1)%F.
  replace (1 * 1) with (1 * fct_cte 1 x + id x * 0).
  apply derivable_pt_lim_mult.
  apply derivable_pt_lim_id.
  apply derivable_pt_lim_const.
  unfold fct_cte, id; ring.
  reflexivity.
  replace (fun y:R => y ^ S n) with (fun y:R => y * y ^ n).
  replace (pred (S n)) with n; [ idtac | reflexivity ].
  replace (fun y:R => y * y ^ n) with (id * (fun y:R => y ^ n))%F.
  set (f := fun y:R => y ^ n).
  replace (INR (S n) * x ^ n) with (1 * f x + id x * (INR n * x ^ pred n)).
  apply derivable_pt_lim_mult.
  apply derivable_pt_lim_id.
  unfold f; apply Hrecn; assumption.
  unfold f.
  pattern n at 1 5; replace n with (S (pred n)).
  unfold id; rewrite S_INR; simpl.
  ring.
  symmetry ; apply S_pred with 0%nat; assumption.
  unfold mult_fct, id; reflexivity.
  reflexivity.
  inversion H.
  leftreflexivity.
  right.
  apply lt_le_trans with 1%nat.
  apply lt_O_Sn.
  assumption.
Qed.

Lemma derivable_pt_lim_pow :
  forall (x:R) (n:nat),
    derivable_pt_lim (fun y:R => y ^ n) x (INR n * x ^ pred n).
Proof.
  intros.
  induction  n as [| n Hrecn].
  simpl.
  rewrite Rmult_0_l.
  replace (fun _:R => 1) with (fct_cte 1);
  [ apply derivable_pt_lim_const | reflexivity ].
  apply derivable_pt_lim_pow_pos.
  apply lt_O_Sn.
Qed.

Lemma derivable_pt_pow :
  forall (n:nat) (x:R), derivable_pt (fun y:R => y ^ n) x.
Proof.
  introsunfold derivable_pt.
  exists (INR n * x ^ pred n).
  apply derivable_pt_lim_pow.
Qed.

Lemma derivable_pow : forall n:nat, derivable (fun y:R => y ^ n).
Proof.
  introunfold derivable; introapply derivable_pt_pow.
Qed.

Lemma derive_pt_pow :
  forall (n:nat) (x:R),
    derive_pt (fun y:R => y ^ n) x (derivable_pt_pow n x) = INR n * x ^ pred n.
Proof.
  introsapply derive_pt_eq_0.
  apply derivable_pt_lim_pow.
Qed.

Lemma pr_nu :
  forall f (x:R) (pr1 pr2:derivable_pt f x),
    derive_pt f x pr1 = derive_pt f x pr2.
Proof.
  intros f x (x0,H0) (x1,H1).
  apply (uniqueness_limite f x x0 x1 H0 H1).
Qed.


(************************************************************)
(** *           Local extremum's condition                  *)
(************************************************************)

Theorem deriv_maximum :
  forall f (a b c:R) (pr:derivable_pt f c),
    a < c ->
    c < b ->
    (forall x:R, a < x -> x < b -> f x <= f c) -> derive_pt f c pr = 0.
Proof.
  introscase (Rtotal_order 0 (derive_pt f c pr)); intro.
  assert (H3 := derivable_derive f c pr).
  elim H3; intros l H4; rewrite H4 in H2.
  assert (H5 := derive_pt_eq_1 f c l pr H4).
  cut (0 < l / 2);
    [ intro
      | unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat;
        [ assumption | apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0 ] ].
  elim (H5 (l / 2) H6); intros delta H7.
  cut (0 < (b - c) / 2).
  introcut (Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2) <> 0).
  introcut (Rabs (Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2)) < delta).
  intro.
  assert (H11 := H7 (Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2)) H9 H10).
  cut (0 < Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2)).
  introcut (a < c + Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2)).
  introcut (c + Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2) < b).
  introassert (H15 := H1 (c + Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2)) H13 H14).
  cut
    ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2)) - f c) /
      Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2) <= 0).
  introcut (- l < 0).
  introunfold Rminus in H11.
  cut
    ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
      Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2) + - l < 0).
  intro;
    cut
      (Rabs
        ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
          Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2) + - l) < l / 2).
  unfold Rabs;
    case
    (Rcase_abs
      ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
        Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2) + - l)) as [Hlt|Hge].
  replace
  (-
    ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
      Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2) + - l)) with
  (l +
    -
    ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
      Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2))).
  intro;
    generalize
      (Rplus_lt_compat_l (- l)
        (l +
          -
          ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
            Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2))) (l / 2) H19);
      repeat rewrite <- Rplus_assoc; rewrite Rplus_opp_l;
        rewrite Rplus_0_l; replace (- l + l / 2) with (- (l / 2)).
  intro;
    generalize
      (Ropp_lt_gt_contravar
        (-
          ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
            Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2))) (- (l / 2)) H20);
      repeat rewrite Ropp_involutive; intro;
        generalize
          (Rlt_trans 0 (l / 2)
            ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
              Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) H6 H21); intro;
          elim
            (Rlt_irrefl 0
              (Rlt_le_trans 0
                ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
                  Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) 0 H22 H16)).
  pattern l at 2; rewrite double_var.
  ring.
  ring.
  intro.
  assert
    (H20 :=
      Rge_le
      ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
        Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2) + - l) 0 Hge).
  elim (Rlt_irrefl _ (Rle_lt_trans _ _ _ H20 H18)).
  assumption.
  rewrite <- Ropp_0;
    replace
    ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) + - f c) /
      Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2) + - l) with
    (-
      (l +
        -
        ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) - f c) /
          Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)))).
  apply Ropp_gt_lt_contravar;
    change
      (0 <
        l +
        -
        ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2)) - f c) /
          Rmin (delta / 2) ((b + - c) / 2))); apply Rplus_lt_le_0_compat;
      [ assumption
        | rewrite <- Ropp_0; apply Ropp_ge_le_contravar; apply Rle_ge; assumption ].
  unfold Rminus; ring.
  rewrite <- Ropp_0; apply Ropp_lt_gt_contravar; assumption.
  replace
  ((f (c + Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2)) - f c) /
    Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2)) with
  (-
    ((f c - f (c + Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2))) /
      Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2))).
  rewrite <- Ropp_0; apply Ropp_ge_le_contravar; apply Rle_ge;
    unfold Rdiv; apply Rmult_le_pos;
      [ generalize
        (Rplus_le_compat_r (- f (c + Rmin (delta * / 2) ((b - c) * / 2)))
          (f (c + Rmin (delta * / 2) ((b - c) * / 2))) (
            f c) H15); rewrite Rplus_opp_r; intro; assumption
        | leftapply Rinv_0_lt_compat; assumption ].
  unfold Rdiv.
  rewrite <- Ropp_mult_distr_l_reverse.
  repeat rewrite <- (Rmult_comm (/ Rmin (delta * / 2) ((b - c) * / 2))).
  apply Rmult_eq_reg_l with (Rmin (delta * / 2) ((b - c) * / 2)).
  repeat rewrite <- Rmult_assoc.
  rewrite <- Rinv_r_sym.
  repeat rewrite Rmult_1_l.
  ring.
  redintro.
  unfold Rdiv in H12; rewrite H16 in H12; elim (Rlt_irrefl 0 H12).
  redintro.
  unfold Rdiv in H12; rewrite H16 in H12; elim (Rlt_irrefl 0 H12).
  assert (H14 := Rmin_r (delta / 2) ((b - c) / 2)).
  assert
    (H15 :=
      Rplus_le_compat_l c (Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2)) ((b - c) / 2) H14).
  apply Rle_lt_trans with (c + (b - c) / 2).
  assumption.
  apply Rmult_lt_reg_l with 2.
  prove_sup0.
  replace (2 * (c + (b - c) / 2)) with (c + b).
  replace (2 * b) with (b + b).
  apply Rplus_lt_compat_r; assumption.
  ring.
  unfold Rdiv; rewrite Rmult_plus_distr_l.
  repeat rewrite (Rmult_comm 2).
  rewrite Rmult_assoc; rewrite <- Rinv_l_sym.
  rewrite Rmult_1_r.
  ring.
  discrR.
  apply Rlt_trans with c.
  assumption.
  pattern c at 1; rewrite <- (Rplus_0_r c); apply Rplus_lt_compat_l;
    assumption.
  cut (0 < delta / 2).
  intro;
    apply
      (Rmin_stable_in_posreal (mkposreal (delta / 2) H12)
        (mkposreal ((b - c) / 2) H8)).
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat;
    [ apply (cond_pos delta) | apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0 ].
  unfold Rabs; case (Rcase_abs (Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2))) as [Hlt|Hge].
  cut (0 < delta / 2).
  intro.
  generalize
    (Rmin_stable_in_posreal (mkposreal (delta / 2) H10)
      (mkposreal ((b - c) / 2) H8)); simplintro;
    elim (Rlt_irrefl 0 (Rlt_trans 0 (Rmin (delta / 2) ((b - c) / 2)) 0 H11 Hlt)).
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat;
    [ apply (cond_pos delta) | apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0 ].
  apply Rle_lt_trans with (delta / 2).
  apply Rmin_l.
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_reg_l with 2.
  prove_sup0.
  rewrite <- (Rmult_comm (/ 2)); rewrite <- Rmult_assoc; rewrite <- Rinv_r_sym.
  rewrite Rmult_1_l.
  replace (2 * delta) with (delta + delta).
  pattern delta at 2; rewrite <- (Rplus_0_r delta);
    apply Rplus_lt_compat_l.
  rewrite Rplus_0_r; apply (cond_pos delta).
  symmetry ; apply double.
  discrR.
  cut (0 < delta / 2).
  intro;
    generalize
      (Rmin_stable_in_posreal (mkposreal (delta / 2) H9)
        (mkposreal ((b - c) / 2) H8)); simpl;
      introredintrorewrite H11 in H10; elim (Rlt_irrefl 0 H10).
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat;
    [ apply (cond_pos delta) | apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0 ].
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat.
  generalize (Rplus_lt_compat_r (- c) c b H0); rewrite Rplus_opp_r; intro;
    assumption.
  apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0.
  elim H2; intro.
  symmetry ; assumption.
  generalize (derivable_derive f c pr); introelim H4; intros l H5.
  rewrite H5 in H3; generalize (derive_pt_eq_1 f c l pr H5); intro;
    cut (0 < - (l / 2)).
  introelim (H6 (- (l / 2)) H7); intros delta H9.
  cut (0 < (c - a) / 2).
  introcut (Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2) < 0).
  introcut (Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2) <> 0).
  introcut (Rabs (Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) < delta).
  introgeneralize (H9 (Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) H11 H12); intro;
    cut (a < c + Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)).
  cut (c + Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2) < b).
  introsgeneralize (H1 (c + Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) H15 H14);
    intro;
      cut
        (0 <=
          (f (c + Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) - f c) /
          Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)).
  introcut (0 < - l).
  introunfold Rminus in H13;
    cut
      (0 <
        (f (c + Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2)) + - f c) /
        Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2) + - l).
  intro;
    cut
      (Rabs
        ((f (c + Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2)) + - f c) /
          Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2) + - l) <
        - (l / 2)).
  unfold Rabs;
    case
    (Rcase_abs
      ((f (c + Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2)) + - f c) /
        Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2) + - l)) as [Hlt|Hge].
  elim
      (Rlt_irrefl 0
        (Rlt_trans 0
          ((f (c + Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2)) + - f c) /
            Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2) + - l) 0 H19 Hlt)).
  intros;
    generalize
      (Rplus_lt_compat_r l
        ((f (c + Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2)) + - f c) /
          Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2) + - l) (
            - (l / 2)) H20); repeat rewrite Rplus_assoc; rewrite Rplus_opp_l;
      rewrite Rplus_0_r; replace (- (l / 2) + l) with (l / 2).
  cut (l / 2 < 0).
  intros;
    generalize
      (Rlt_trans
        ((f (c + Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2)) + - f c) /
          Rmax (- (delta / 2)) ((a + - c) / 2)) (l / 2) 0 H22 H21);
      intro;
        elim
          (Rlt_irrefl 0
            (Rle_lt_trans 0
              ((f (c + Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) - f c) /
                Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) 0 H17 H23)).
  rewrite <- (Ropp_involutive (l / 2)); rewrite <- Ropp_0;
    apply Ropp_lt_gt_contravar; assumption.
  pattern l at 3; rewrite double_var.
  ring.
  assumption.
  apply Rplus_le_lt_0_compat; assumption.
  rewrite <- Ropp_0; apply Ropp_lt_gt_contravar; assumption.
  unfold Rdiv;
    replace
    ((f (c + Rmax (- (delta * / 2)) ((a - c) * / 2)) - f c) *
      / Rmax (- (delta * / 2)) ((a - c) * / 2)) with
    (- (f (c + Rmax (- (delta * / 2)) ((a - c) * / 2)) - f c) *
      / - Rmax (- (delta * / 2)) ((a - c) * / 2)).
  apply Rmult_le_pos.
  generalize
    (Rplus_le_compat_l (- f (c + Rmax (- (delta * / 2)) ((a - c) * / 2)))
      (f (c + Rmax (- (delta * / 2)) ((a - c) * / 2))) (
        f c) H16); rewrite Rplus_opp_l;
    replace (- (f (c + Rmax (- (delta * / 2)) ((a - c) * / 2)) - f c)) with
    (- f (c + Rmax (- (delta * / 2)) ((a - c) * / 2)) + f c).
  intro; assumption.
  ring.
  leftapply Rinv_0_lt_compat; rewrite <- Ropp_0; apply Ropp_lt_gt_contravar;
    assumption.
  unfold Rdiv.
  rewrite <- Ropp_inv_permute.
  rewrite Rmult_opp_opp.
  reflexivity.
  unfold Rdiv in H11; assumption.
  generalize (Rplus_lt_compat_l c (Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) 0 H10);
    rewrite Rplus_0_r; introapply Rlt_trans with c;
      assumption.
  generalize (RmaxLess2 (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)); intro;
    generalize
      (Rplus_le_compat_l c ((a - c) / 2) (Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) H14);
      introapply Rlt_le_trans with (c + (a - c) / 2).
  apply Rmult_lt_reg_l with 2.
  prove_sup0.
  replace (2 * (c + (a - c) / 2)) with (a + c).
  rewrite double.
  apply Rplus_lt_compat_l; assumption.
  field; discrR.
  assumption.
  unfold Rabs; case (Rcase_abs (Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2))) as [Hlt|Hge].
  generalize (RmaxLess1 (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)); intro;
    generalize
      (Ropp_le_ge_contravar (- (delta / 2)) (Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2))
        H12); rewrite Ropp_involutive; intro;
      generalize (Rge_le (delta / 2) (- Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) H13);
        introapply Rle_lt_trans with (delta / 2).
  assumption.
  apply Rmult_lt_reg_l with 2.
  prove_sup0.
  unfold Rdiv; rewrite <- (Rmult_comm (/ 2)); rewrite <- Rmult_assoc;
    rewrite <- Rinv_r_sym.
  rewrite Rmult_1_l; rewrite double.
  pattern delta at 2; rewrite <- (Rplus_0_r delta);
    apply Rplus_lt_compat_l; rewrite Rplus_0_r; apply (cond_pos delta).
  discrR.
  cut (- (delta / 2) < 0).
  cut ((a - c) / 2 < 0).
  intros;
    generalize
      (Rmax_stable_in_negreal (mknegreal (- (delta / 2)) H13)
        (mknegreal ((a - c) / 2) H12)); simpl;
      introgeneralize (Rge_le (Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) 0 Hge);
        intro;
          elim
            (Rlt_irrefl 0
              (Rle_lt_trans 0 (Rmax (- (delta / 2)) ((a - c) / 2)) 0 H15 H14)).
  rewrite <- Ropp_0; rewrite <- (Ropp_involutive ((a - c) / 2));
    apply Ropp_lt_gt_contravar; replace (- ((a - c) / 2)) with ((c - a) / 2).
  assumption.
  unfold Rdiv.
  rewrite <- Ropp_mult_distr_l_reverse.
  rewrite (Ropp_minus_distr a c).
  reflexivity.
  rewrite <- Ropp_0; apply Ropp_lt_gt_contravar; unfold Rdiv;
    apply Rmult_lt_0_compat;
      [ apply (cond_pos delta)
        | assert (Hyp : 0 < 2); [ prove_sup0 | apply (Rinv_0_lt_compat 2 Hyp) ] ].
  redintrorewrite H11 in H10; elim (Rlt_irrefl 0 H10).
  cut ((a - c) / 2 < 0).
  introcut (- (delta / 2) < 0).
  intro;
    apply
      (Rmax_stable_in_negreal (mknegreal (- (delta / 2)) H11)
        (mknegreal ((a - c) / 2) H10)).
  rewrite <- Ropp_0; apply Ropp_lt_gt_contravar; unfold Rdiv;
    apply Rmult_lt_0_compat;
      [ apply (cond_pos delta)
        | assert (Hyp : 0 < 2); [ prove_sup0 | apply (Rinv_0_lt_compat 2 Hyp) ] ].
  rewrite <- Ropp_0; rewrite <- (Ropp_involutive ((a - c) / 2));
    apply Ropp_lt_gt_contravar; replace (- ((a - c) / 2)) with ((c - a) / 2).
  assumption.
  unfold Rdiv.
  rewrite <- Ropp_mult_distr_l_reverse.
  rewrite (Ropp_minus_distr a c).
  reflexivity.
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat;
    [ generalize (Rplus_lt_compat_r (- a) a c H); rewrite Rplus_opp_r; intro;
      assumption
      | assert (Hyp : 0 < 2); [ prove_sup0 | apply (Rinv_0_lt_compat 2 Hyp) ] ].
  replace (- (l / 2)) with (- l / 2).
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat.
  rewrite <- Ropp_0; apply Ropp_lt_gt_contravar; assumption.
  assert (Hyp : 0 < 2); [ prove_sup0 | apply (Rinv_0_lt_compat 2 Hyp) ].
  unfold Rdiv; apply Ropp_mult_distr_l_reverse.
Qed.

Theorem deriv_minimum :
  forall f (a b c:R) (pr:derivable_pt f c),
    a < c ->
    c < b ->
    (forall x:R, a < x -> x < b -> f c <= f x) -> derive_pt f c pr = 0.
Proof.
  intros.
  rewrite <- (Ropp_involutive (derive_pt f c pr)).
  apply Ropp_eq_0_compat.
  rewrite <- (derive_pt_opp f c pr).
  cut (forall x:R, a < x -> x < b -> (- f)%F x <= (- f)%F c).
  intro.
  apply (deriv_maximum (- f)%F a b c (derivable_pt_opp _ _ pr) H H0 H2).
  introsunfold opp_fct; apply Ropp_ge_le_contravar; apply Rle_ge.
  apply (H1 x H2 H3).
Qed.

Theorem deriv_constant2 :
  forall f (a b c:R) (pr:derivable_pt f c),
    a < c ->
    c < b -> (forall x:R, a < x -> x < b -> f x = f c) -> derive_pt f c pr = 0.
Proof.
  intros.
  eapply deriv_maximum with a b; try assumption.
  introsrightapply (H1 x H2 H3).
Qed.

(**********)
Lemma nonneg_derivative_0 :
  forall f (pr:derivable f),
    increasing f -> forall x:R, 0 <= derive_pt f x (pr x).
Proof.
  introsunfold increasing in H.
  assert (H0 := derivable_derive f x (pr x)).
  elim H0; intros l H1.
  rewrite H1; case (Rtotal_order 0 l); intro.
  left; assumption.
  elim H2; intro.
  right; assumption.
  assert (H4 := derive_pt_eq_1 f x l (pr x) H1).
  cut (0 < - (l / 2)).
  introelim (H4 (- (l / 2)) H5); intros delta H6.
  cut (delta / 2 <> 0 /\ 0 < delta / 2 /\ Rabs (delta / 2) < delta).
  introdecompose [and] H7; introsgeneralize (H6 (delta / 2) H8 H11);
    cut (0 <= (f (x + delta / 2) - f x) / (delta / 2)).
  introcut (0 <= (f (x + delta / 2) - f x) / (delta / 2) - l).
  introunfold Rabs;
    case (Rcase_abs ((f (x + delta / 2) - f x) / (delta / 2) - l)) as [Hlt|Hge].
  elim
      (Rlt_irrefl 0
        (Rle_lt_trans 0 ((f (x + delta / 2) - f x) / (delta / 2) - l) 0 H12 Hlt)).
  intros;
    generalize
      (Rplus_lt_compat_r l ((f (x + delta / 2) - f x) / (delta / 2) - l)
        (- (l / 2)) H13); unfold Rminus;
      replace (- (l / 2) + l) with (l / 2).
  rewrite Rplus_assoc; rewrite Rplus_opp_l; rewrite Rplus_0_r; intro;
    generalize
      (Rle_lt_trans 0 ((f (x + delta / 2) - f x) / (delta / 2)) (l / 2) H9 H14);
      introcut (l / 2 < 0).
  introelim (Rlt_irrefl 0 (Rlt_trans 0 (l / 2) 0 H15 H16)).
  rewrite <- Ropp_0 in H5;
    generalize (Ropp_lt_gt_contravar (-0) (- (l / 2)) H5);
      repeat rewrite Ropp_involutive; intro; assumption.
  pattern l at 3; rewrite double_var.
  ring.
  unfold Rminus; apply Rplus_le_le_0_compat.
  unfold Rdiv; apply Rmult_le_pos.
  cut (x <= x + delta * / 2).
  introgeneralize (H x (x + delta * / 2) H12); intro;
    generalize (Rplus_le_compat_l (- f x) (f x) (f (x + delta * / 2)) H13);
      rewrite Rplus_opp_l; rewrite Rplus_comm; intro; assumption.
  pattern x at 1; rewrite <- (Rplus_0_r x); apply Rplus_le_compat_l;
    left; assumption.
  leftapply Rinv_0_lt_compat; assumption.
  leftrewrite <- Ropp_0; apply Ropp_lt_gt_contravar; assumption.
  unfold Rdiv; apply Rmult_le_pos.
  cut (x <= x + delta * / 2).
  introgeneralize (H x (x + delta * / 2) H9); intro;
    generalize (Rplus_le_compat_l (- f x) (f x) (f (x + delta * / 2)) H12);
      rewrite Rplus_opp_l; rewrite Rplus_comm; intro; assumption.
  pattern x at 1; rewrite <- (Rplus_0_r x); apply Rplus_le_compat_l;
    left; assumption.
  leftapply Rinv_0_lt_compat; assumption.
  split.
  unfold Rdiv; apply prod_neq_R0.
  generalize (cond_pos delta); introredintro H9; rewrite H9 in H7;
    elim (Rlt_irrefl 0 H7).
  apply Rinv_neq_0_compat; discrR.
  split.
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_0_compat;
    [ apply (cond_pos delta) | apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0 ].
  replace (Rabs (delta / 2)) with (delta / 2).
  unfold Rdiv; apply Rmult_lt_reg_l with 2.
  prove_sup0.
  rewrite (Rmult_comm 2).
  rewrite Rmult_assoc; rewrite <- Rinv_l_sym; [ idtac | discrR ].
  rewrite Rmult_1_r.
  rewrite double.
  pattern (pos delta) at 1; rewrite <- Rplus_0_r.
  apply Rplus_lt_compat_l; apply (cond_pos delta).
  symmetry ; apply Rabs_right.
  leftchange (0 < delta / 2); unfold Rdiv;
    apply Rmult_lt_0_compat;
      [ apply (cond_pos delta) | apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0 ].
  unfold Rdiv; rewrite <- Ropp_mult_distr_l_reverse;
    apply Rmult_lt_0_compat.
  apply Rplus_lt_reg_l with l.
  unfold Rminus; rewrite Rplus_opp_r; rewrite Rplus_0_r; assumption.
  apply Rinv_0_lt_compat; prove_sup0.
Qed.

¤ Dauer der Verarbeitung: 0.66 Sekunden  (vorverarbeitet)  ¤





Download des
Quellennavigators
Download des
sprechenden Kalenders

Eigene Datei ansehen




Haftungshinweis

Die Informationen auf dieser Webseite wurden nach bestem Wissen sorgfältig zusammengestellt. Es wird jedoch weder Vollständigkeit, noch Richtigkeit, noch Qualität der bereit gestellten Informationen zugesichert.


Bemerkung:

Die farbliche Syntaxdarstellung ist noch experimentell.


Bot Zugriff