]> matita.cs.unibo.it Git - helm.git/blobdiff - helm/software/matita/library/nat/chebyshev.ma
- libraryObjects: new default "natural numbers" with the uri of nat.
[helm.git] / helm / software / matita / library / nat / chebyshev.ma
index c06675d0e2d3db98e1019496b3ed94887609fba5..701ad7ad16ac82b14a05a6c27ed14524d9b98552 100644 (file)
 (*                                                                        *)
 (**************************************************************************)
 
-set "baseuri" "cic:/matita/nat/chebishev".
-
 include "nat/log.ma".
 include "nat/pi_p.ma".
 include "nat/factorization.ma".
 include "nat/factorial2.ma".
+include "nat/o.ma".
 
 definition prim: nat \to nat \def
-\lambda n. sigma_p (S n) primeb (\lambda p.(S O)).
+\lambda n. sigma_p (S n) primeb (\lambda p.1).
+
+theorem le_prim_n: \forall n. prim n \le n.
+intros.unfold prim. elim n
+  [apply le_n
+  |apply (bool_elim ? (primeb (S n1)));intro
+    [rewrite > true_to_sigma_p_Sn
+      [rewrite > sym_plus.
+       rewrite < plus_n_Sm.
+       rewrite < plus_n_O.
+       apply le_S_S.assumption
+      |assumption
+      ]
+    |rewrite > false_to_sigma_p_Sn
+      [apply le_S.assumption
+      |assumption
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
 
+theorem not_prime_times_SSO: \forall n. 1 < n \to \lnot prime (2*n).
+intros.intro.elim H1.
+absurd (2 = 2*n)
+  [apply H3
+    [apply (witness ? ? n).reflexivity
+    |apply le_n
+    ]
+  |apply lt_to_not_eq.
+   rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
+   apply lt_times_r.
+   assumption
+  ]
+qed.
+
+theorem eq_prim_prim_pred: \forall n. 1 < n \to 
+(prim (2*n)) = (prim (pred (2*n))).
+intros.unfold prim.
+rewrite < S_pred
+  [rewrite > false_to_sigma_p_Sn
+    [reflexivity
+    |apply not_prime_to_primeb_false.
+     apply not_prime_times_SSO.
+     assumption
+    ]
+  |apply (trans_lt ? (2*1))
+    [simplify.apply lt_O_S
+    |apply lt_times_r.
+     assumption
+    ]
+  ]
+qed.
+
+theorem le_prim_n1: \forall n. 4 \le n \to prim (S(2*n)) \le n.
+intros.unfold prim. elim H
+  [simplify.apply le_n
+  |cut (sigma_p (2*S n1) primeb (λp:nat.1) = sigma_p (S (2*S n1)) primeb (λp:nat.1))
+    [apply (bool_elim ? (primeb (S(2*(S n1)))));intro
+      [rewrite > true_to_sigma_p_Sn
+        [rewrite > sym_plus.
+         rewrite < plus_n_Sm.
+         rewrite < plus_n_O.
+         apply le_S_S.
+         rewrite < Hcut.
+         rewrite > times_SSO.
+         assumption
+        |assumption
+        ]
+      |rewrite > false_to_sigma_p_Sn
+        [apply le_S.
+         rewrite < Hcut.
+         rewrite > times_SSO.
+         assumption
+        |assumption
+        ]
+      ]
+    |apply sym_eq.apply (eq_prim_prim_pred (S n1)).
+     apply le_S_S.apply (trans_le ? 4)
+      [apply leb_true_to_le.reflexivity
+      |assumption
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+(* usefull to kill a successor in bertrand *) 
+theorem le_prim_n2: \forall n. 7 \le n \to prim (S(2*n)) \le pred n.
+intros.unfold prim. elim H
+  [apply leb_true_to_le.reflexivity.
+  |cut (sigma_p (2*S n1) primeb (λp:nat.1) = sigma_p (S (2*S n1)) primeb (λp:nat.1))
+    [apply (bool_elim ? (primeb (S(2*(S n1)))));intro
+      [rewrite > true_to_sigma_p_Sn
+        [rewrite > sym_plus.
+         rewrite < plus_n_Sm.
+         rewrite < plus_n_O.
+         simplify in  ⊢ (? ? %).
+         rewrite > S_pred in ⊢ (? ? %)
+          [apply le_S_S.
+           rewrite < Hcut.
+           rewrite > times_SSO.
+           assumption
+          |apply (ltn_to_ltO ? ? H1)
+          ]
+        |assumption
+        ]
+      |rewrite > false_to_sigma_p_Sn
+        [simplify in  ⊢ (? ? %).
+         apply (trans_le ? ? ? ? (le_pred_n n1)).
+         rewrite < Hcut.
+         rewrite > times_SSO.
+         assumption
+        |assumption
+        ]
+      ]
+    |apply sym_eq.apply (eq_prim_prim_pred (S n1)).
+     apply le_S_S.apply (trans_le ? 4)
+      [apply leb_true_to_le.reflexivity
+      |apply (trans_le ? ? ? ? H1).
+       apply leb_true_to_le.reflexivity
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
+
+(* da spostare *)
+theorem le_pred: \forall n,m. n \le m \to pred n \le pred m.
+apply nat_elim2;intros
+  [apply le_O_n
+  |apply False_ind.apply (le_to_not_lt ? ? H).
+   apply lt_O_S
+  |simplify.apply le_S_S_to_le.assumption
+  ]
+qed.
+
+(* la prova potrebbe essere migliorata *)
+theorem le_prim_n3: \forall n. 15 \le n \to
+prim n \le pred (n/2).
+intros.
+elim (or_eq_eq_S (pred n)).
+elim H1
+  [cut (n = S (2*a))
+    [rewrite > Hcut.
+     apply (trans_le ? (pred a))
+      [apply le_prim_n2.
+       apply (le_times_to_le 2)
+        [apply le_n_Sn
+        |apply le_S_S_to_le.
+         rewrite < Hcut.
+         assumption
+        ]
+      |apply le_pred.
+       apply le_times_to_le_div
+        [apply lt_O_S
+        |apply le_n_Sn
+        ]
+      ]
+    |rewrite < H2.
+     apply S_pred.
+     apply (ltn_to_ltO ? ? H)
+    ]
+  |cut (n=2*(S a))
+    [rewrite > Hcut.
+     rewrite > eq_prim_prim_pred
+      [rewrite > times_SSO in ⊢ (? % ?).
+       change in ⊢ (? (? %) ?) with (S (2*a)).
+       rewrite > sym_times in ⊢ (? ? (? (? % ?))).
+       rewrite > lt_O_to_div_times
+        [apply (trans_le ? (pred a))
+          [apply le_prim_n2.
+           apply le_S_S_to_le.
+           apply (lt_times_to_lt 2)
+            [apply le_n_Sn
+            |apply le_S_S_to_le.
+             rewrite < Hcut.
+             apply le_S_S.
+             assumption
+            ]
+          |apply le_pred.
+           apply le_n_Sn
+          ]
+        |apply lt_O_S
+        ]
+      |apply le_S_S.
+       apply not_lt_to_le.intro.
+       apply (le_to_not_lt ? ? H).
+       rewrite > Hcut.
+       lapply (le_S_S_to_le ? ? H3) as H4.
+       apply (le_n_O_elim ? H4).
+       apply leb_true_to_le.reflexivity
+      ]
+    |rewrite > times_SSO.
+     rewrite > S_pred
+      [apply eq_f.assumption
+      |apply (ltn_to_ltO ? ? H)
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.   
+
+(* This is chebishev psi function *)
 definition A: nat \to nat \def
 \lambda n. pi_p (S n) primeb (\lambda p.exp p (log p n)).
 
@@ -79,6 +276,7 @@ elim (le_to_or_lt_eq ? ? (le_O_n n))
   ]
 qed.
 
+(* an equivalent formulation for psi *)
 definition A': nat \to nat \def
 \lambda n. pi_p (S n) primeb 
   (\lambda p.(pi_p (log p n) (\lambda i.true) (\lambda i.p))).
@@ -134,7 +332,7 @@ elim n
     ]
   ]
 qed.
-    
+
 theorem lt_max_to_pi_p_primeb: \forall q,m. O < m \to max m (\lambda i.primeb i \land divides_b i m) < q \to
 m = pi_p q (\lambda i.primeb i \land divides_b i m) (\lambda p.exp p (ord m p)).
 intro.elim q
@@ -327,7 +525,8 @@ intro.elim q
     ]
   ]
 qed.
-    
+
+(* factorization of n into primes *)
 theorem pi_p_primeb_divides_b: \forall n. O < n \to 
 n = pi_p (S n) (\lambda i.primeb i \land divides_b i n) (\lambda p.exp p (ord n p)).
 intros.
@@ -346,7 +545,7 @@ apply pi_p_primeb_divides_b.
 assumption.
 qed.
 
-theorem le_ord_log: \forall n,p. O < n \to S O < p \to
+theorem le_ord_log: \forall n,p. O < n \to 1 < p \to
 ord n p \le log p n.
 intros.
 rewrite > (exp_ord p) in ⊢ (? ? (? ? %))
@@ -457,7 +656,7 @@ qed.
 theorem eq_ord_sigma_p:
 \forall n,m,x. O < n \to prime x \to 
 exp x m \le n \to n < exp x (S m) \to
-ord n x=sigma_p m (λi:nat.divides_b (x\sup (S i)) n) (λx:nat.S O).
+ord n x=sigma_p m (λi:nat.divides_b (x\sup (S i)) n) (λx:nat.1).
 intros.
 lapply (prime_to_lt_SO ? H1).
 rewrite > (exp_ord x n) in ⊢ (? ? ? (? ? (λi:?.? ? %) ?))
@@ -505,6 +704,7 @@ apply eq_pi_p1
   ]
 qed.
 
+(* the factorial function *)
 theorem eq_fact_pi_p:\forall n. fact n = 
 pi_p (S n) (\lambda i.leb (S O) i) (\lambda i.i).
 intro.elim n
@@ -590,6 +790,7 @@ apply (div_mod_spec_to_eq n q ? (n \mod q) ? (n \mod q))
   ]
 qed.              
 
+(* still another characterization of the factorial *)
 theorem fact_pi_p: \forall n. fact n =
 pi_p (S n) primeb 
   (\lambda p.(pi_p (log p n) 
@@ -597,20 +798,20 @@ pi_p (S n) primeb
 intros.
 rewrite > eq_fact_pi_p.
 apply (trans_eq ? ? 
-  (pi_p (S n) (λi:nat.leb (S O) i
-   (λn.pi_p (S n) primeb 
-    (\lambda p.(pi_p (log p n
-     (\lambda i.divides_b (exp p (S i)) n) (\lambda i.p))))))
+  (pi_p (S n) (λm:nat.leb (S O) m
+   (λm.pi_p (S m) primeb 
+    (\lambda p.(pi_p (log p m
+     (\lambda i.divides_b (exp p (S i)) m) (\lambda i.p))))))
   [apply eq_pi_p1;intros
     [reflexivity
     |apply pi_p_primeb1.
      apply leb_true_to_le.assumption
     ]
   |apply (trans_eq ? ? 
-    (pi_p (S n) (λi:nat.leb (S O) i)
-     (λn:nat
-      .pi_p (S n) (\lambda p.primeb p\land leb p n)
-       (λp:nat.pi_p (log p n) (λi:nat.divides_b ((p)\sup(S i)) n) (λi:nat.p)))))
+    (pi_p (S n) (λm:nat.leb (S O) m)
+     (λm:nat
+      .pi_p (S m) (\lambda p.primeb p\land leb p m)
+       (λp:nat.pi_p (log p m) (λi:nat.divides_b ((p)\sup(S i)) m) (λi:nat.p)))))
     [apply eq_pi_p1
       [intros.reflexivity
       |intros.apply eq_pi_p1
@@ -625,7 +826,7 @@ apply (trans_eq ? ?
         ]
       ]
     |apply (trans_eq ? ? 
-      (pi_p (S n) (λi:nat.leb (S O) i)
+      (pi_p (S n) (λm:nat.leb (S O) m)
        (λm:nat
         .pi_p (S n) (λp:nat.primeb p∧leb p m)
          (λp:nat.pi_p (log p m) (λi:nat.divides_b ((p)\sup(S i)) m) (λi:nat.p)))))
@@ -676,13 +877,6 @@ apply (trans_eq ? ?
                   [apply prime_to_lt_SO.
                    apply primeb_true_to_prime.
                    assumption
-                  |apply (lt_to_le_to_lt ? x)
-                    [apply prime_to_lt_O.
-                     apply primeb_true_to_prime.
-                     assumption
-                    |apply leb_true_to_le.
-                     assumption
-                    ]
                   |apply le_S_S_to_le.
                    assumption
                   ]
@@ -816,10 +1010,10 @@ intro.elim n
   |
 *)
 
-theorem fact_pi_p2: \forall n. fact ((S(S O))*n) =
-pi_p (S ((S(S O))*n)) primeb 
-  (\lambda p.(pi_p (log p ((S(S O))*n)) 
-    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p ((S(S O))*(n /(exp p (S i))))*(exp p (mod ((S(S O))*n /(exp p (S i))) (S(S O)))))))).
+theorem fact_pi_p2: \forall n. fact (2*n) =
+pi_p (S (2*n)) primeb 
+  (\lambda p.(pi_p (log p (2*n)) 
+    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (2*(n /(exp p (S i))))*(exp p (mod (2*n /(exp p (S i))) 2)))))).
 intros.rewrite > fact_pi_p.
 apply eq_pi_p1
   [intros.reflexivity
@@ -838,13 +1032,13 @@ apply eq_pi_p1
   ]
 qed.
 
-theorem fact_pi_p3: \forall n. fact ((S(S O))*n) =
-pi_p (S ((S(S O))*n)) primeb 
-  (\lambda p.(pi_p (log p ((S(S O))*n)) 
-    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p ((S(S O))*(n /(exp p (S i))))))))*
-pi_p (S ((S(S O))*n)) primeb 
-  (\lambda p.(pi_p (log p ((S(S O))*n))   
-    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (mod ((S(S O))*n /(exp p (S i))) (S(S O))))))).
+theorem fact_pi_p3: \forall n. fact (2*n) =
+pi_p (S (2*n)) primeb 
+  (\lambda p.(pi_p (log p (2*n)) 
+    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (2*(n /(exp p (S i))))))))*
+pi_p (S (2*n)) primeb 
+  (\lambda p.(pi_p (log p (2*n))   
+    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (mod (2*n /(exp p (S i))) 2))))).
 intros.
 rewrite < times_pi_p.
 rewrite > fact_pi_p2.
@@ -854,14 +1048,14 @@ apply eq_pi_p;intros
   ]
 qed.
 
-theorem pi_p_primeb4: \forall n. S O < n \to
-pi_p (S ((S(S O))*n)) primeb 
-  (\lambda p.(pi_p (log p ((S(S O))*n)) 
-    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p ((S(S O))*(n /(exp p (S i))))))))
+theorem pi_p_primeb4: \forall n. 1 < n \to
+pi_p (S (2*n)) primeb 
+  (\lambda p.(pi_p (log p (2*n)) 
+    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (2*(n /(exp p (S i))))))))
 = 
 pi_p (S n) primeb 
-  (\lambda p.(pi_p (log p (S(S O)*n)) 
-    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p ((S(S O))*(n /(exp p (S i)))))))).
+  (\lambda p.(pi_p (log p (2*n)) 
+    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (2*(n /(exp p (S i)))))))).
 intros.
 apply or_false_eq_SO_to_eq_pi_p
   [apply le_S_S.
@@ -883,14 +1077,14 @@ apply or_false_eq_SO_to_eq_pi_p
   ]
 qed.
    
-theorem pi_p_primeb5: \forall n. S O < n \to
-pi_p (S ((S(S O))*n)) primeb 
+theorem pi_p_primeb5: \forall n. 1 < n \to
+pi_p (S (2*n)) primeb 
   (\lambda p.(pi_p (log p ((S(S O))*n)) 
-    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p ((S(S O))*(n /(exp p (S i))))))))
+    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (2*(n /(exp p (S i))))))))
 = 
 pi_p (S n) primeb 
   (\lambda p.(pi_p (log p n) 
-    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p ((S(S O))*(n /(exp p (S i)))))))).
+    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (2*(n /(exp p (S i)))))))).
 intros.
 rewrite > (pi_p_primeb4 ? H).
 apply eq_pi_p1;intros
@@ -900,7 +1094,6 @@ apply eq_pi_p1;intros
       [apply prime_to_lt_SO.
        apply primeb_true_to_prime.
        assumption
-      |apply lt_to_le.assumption
       |apply le_times_n.
        apply lt_O_S
       ]
@@ -926,11 +1119,11 @@ apply eq_pi_p1;intros
 qed.
 
 theorem exp_fact_SSO: \forall n.
-exp (fact n) (S(S O))
+exp (fact n) 2
 = 
 pi_p (S n) primeb 
   (\lambda p.(pi_p (log p n) 
-    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p ((S(S O))*(n /(exp p (S i)))))))).
+    (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (2*(n /(exp p (S i)))))))).
 intros.
 rewrite > fact_pi_p.
 rewrite < exp_pi_p.
@@ -947,8 +1140,32 @@ pi_p (S n) primeb
   (\lambda p.(pi_p (log p n)   
     (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (mod (n /(exp p (S i))) (S(S O))))))).
 
+theorem B_SSSO: B 3 = 6.
+reflexivity.
+qed.
+
+theorem B_SSSSO: B 4 = 6.
+reflexivity.
+qed.
+
+theorem B_SSSSSO: B 5 = 30.
+reflexivity.
+qed.
+
+theorem B_SSSSSSO: B 6 = 20.
+reflexivity.
+qed.
+
+theorem B_SSSSSSSO: B 7 = 140.
+reflexivity.
+qed.
+
+theorem B_SSSSSSSSO: B 8 = 70.
+reflexivity.
+qed.
+
 theorem eq_fact_B:\forall n.S O < n \to
-fact ((S(S O))*n) = exp (fact n) (S(S O)) * B((S(S O))*n).
+fact (2*n) = exp (fact n) 2 * B(2*n).
 intros. unfold B.
 rewrite > fact_pi_p3.
 apply eq_f2
@@ -978,18 +1195,101 @@ apply le_exp
   ]
 qed.
 
+theorem le_B_A4: \forall n. O < n \to (S(S O))* B ((S(S(S(S O))))*n) \le A ((S(S(S(S O))))*n).
+intros.unfold B.
+rewrite > eq_A_A'.
+unfold A'.
+cut ((S(S O)) < (S ((S(S(S(S O))))*n)))
+  [cut (O<log (S(S O)) ((S(S(S(S O))))*n))
+    [rewrite > (pi_p_gi ? ? (S(S O)))
+      [rewrite > (pi_p_gi ? ? (S(S O))) in ⊢ (? ? %)
+        [rewrite < assoc_times.
+         apply le_times
+          [rewrite > (pi_p_gi ? ? O)
+            [rewrite > (pi_p_gi ? ? O) in ⊢ (? ? %)
+              [rewrite < assoc_times.
+               apply le_times
+                [rewrite < exp_n_SO.
+                 change in ⊢ (? (? ? (? ? (? (? (? % ?) ?) ?))) ?)
+                 with ((S(S O))*(S(S O))).
+                 rewrite > assoc_times.
+                 rewrite > sym_times in ⊢ (? (? ? (? ? (? (? % ?) ?))) ?).
+                 rewrite > lt_O_to_div_times
+                  [rewrite > divides_to_mod_O
+                    [apply le_n
+                    |apply lt_O_S
+                    |apply (witness ? ? n).reflexivity
+                    ]
+                  |apply lt_O_S
+                  ]
+                |apply le_pi_p.intros.
+                 rewrite > exp_n_SO in ⊢ (? ? %).
+                 apply le_exp
+                  [apply lt_O_S
+                  |apply le_S_S_to_le.
+                   apply lt_mod_m_m.
+                   apply lt_O_S
+                  ]
+                ]
+              |assumption
+              |reflexivity
+              ]
+            |assumption
+            |reflexivity
+            ]
+          |apply le_pi_p.intros.
+           apply le_pi_p.intros.
+           rewrite > exp_n_SO in ⊢ (? ? %).
+           apply le_exp
+            [apply prime_to_lt_O.
+             apply primeb_true_to_prime.
+             apply (andb_true_true ? ? H2)
+            |apply le_S_S_to_le.
+             apply lt_mod_m_m.
+             apply lt_O_S
+            ]
+          ]
+        |assumption
+        |reflexivity
+        ]
+      |assumption
+      |reflexivity
+      ]
+    |apply lt_O_log
+      [rewrite > (times_n_O (S(S(S(S O))))) in ⊢ (? % ?).
+       apply lt_times_r1
+        [apply lt_O_S
+        |assumption
+        ]
+      |rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
+       apply le_times
+        [apply le_S.apply le_S.apply le_n
+        |assumption
+        ]
+      ]
+    ]
+  |apply le_S_S.
+   rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
+   apply le_times
+    [apply le_S.apply le_n_Sn
+    |assumption
+    ]
+  ]
+qed.
+
+(* not usefull    
 theorem le_fact_A:\forall n.S O < n \to
-fact ((S(S O))*n) \le exp (fact n) (S(S O)) * A ((S(S O))*n).
+fact (2*n) \le exp (fact n) 2 * A (2*n).
 intros.
 rewrite > eq_fact_B
   [apply le_times_r.
    apply le_B_A
   |assumption
   ]
-qed.
+qed. *)
 
 theorem lt_SO_to_le_B_exp: \forall n.S O < n \to
-B ((S(S O))*n) \le exp (S(S O)) ((S(S O))*n).
+B (2*n) \le exp 2 (pred (2*n)).
 intros.
 apply (le_times_to_le (exp (fact n) (S(S O))))
   [apply lt_O_exp.
@@ -1005,21 +1305,66 @@ apply (le_times_to_le (exp (fact n) (S(S O))))
 qed.
 
 theorem le_B_exp: \forall n.
-B ((S(S O))*n) \le exp (S(S O)) ((S(S O))*n).
+B (2*n) \le exp 2 (pred (2*n)).
 intro.cases n
   [apply le_n
   |cases n1
-    [simplify.apply le_S.apply le_S.apply le_n
+    [simplify.apply le_n
     |apply lt_SO_to_le_B_exp.
      apply le_S_S.apply lt_O_S.
     ]
   ]
 qed.
 
+theorem lt_SSSSO_to_le_B_exp: \forall n.4 < n \to
+B (2*n) \le exp 2 ((2*n)-2).
+intros.
+apply (le_times_to_le (exp (fact n) (S(S O))))
+  [apply lt_O_exp.
+   apply lt_O_fact
+  |rewrite < eq_fact_B
+    [rewrite < sym_times in ⊢ (? ? %).
+     rewrite > exp_SSO.
+     rewrite < assoc_times.
+     apply lt_SSSSO_to_fact.assumption
+    |apply lt_to_le.apply lt_to_le.
+     apply lt_to_le.assumption
+    ]
+  ]
+qed.
+
+theorem lt_SO_to_le_exp_B: \forall n. 1 < n \to
+exp 2 (2*n) \le 2 * n * B (2*n).
+intros.
+apply (le_times_to_le (exp (fact n) (S(S O))))
+  [apply lt_O_exp.
+   apply lt_O_fact
+  |rewrite < assoc_times in ⊢ (? ? %).
+   rewrite > sym_times in ⊢ (? ? (? % ?)).
+   rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
+   rewrite < eq_fact_B
+    [rewrite < sym_times.
+     apply fact3.
+     apply lt_to_le.assumption
+    |assumption
+    ]
+  ]
+qed.
+
+theorem le_exp_B: \forall n. O < n \to
+exp 2 (2*n) \le 2 * n * B (2*n).
+intros.
+elim H
+  [apply le_n
+  |apply lt_SO_to_le_exp_B.
+   apply le_S_S.assumption
+  ]
+qed.
+
 theorem eq_A_SSO_n: \forall n.O < n \to
-A((S(S O))*n) =
- pi_p (S ((S(S O))*n)) primeb 
-  (\lambda p.(pi_p (log p ((S(S O))*n) )   
+A(2*n) =
+ pi_p (S (2*n)) primeb 
+  (\lambda p.(pi_p (log p (2*n) )   
     (\lambda i.true) (\lambda i.(exp p (bool_to_nat (leb (S n) (exp p (S i))))))))
  *A n.
 intro.
@@ -1088,7 +1433,6 @@ cut (
             [apply prime_to_lt_SO.
              apply primeb_true_to_prime.
              assumption
-            |assumption
             |simplify.
              apply le_plus_n_r
             ]
@@ -1116,7 +1460,7 @@ cut (
 qed.
                
 theorem le_A_BA1: \forall n. O < n \to 
-A((S(S O))*n) \le B((S(S O))*n)*A n.
+A(2*n) \le B(2*n)*A n.
 intros.
 rewrite > eq_A_SSO_n
   [apply le_times_l.
@@ -1142,8 +1486,7 @@ rewrite > eq_A_SSO_n
            assumption
           |cut (i\sup(S i1)≤(S(S O))*n)
             [apply div_mod_spec_intro
-              [alias id "lt_plus_to_lt_minus" = "cic:/matita/nat/map_iter_p.ma/lt_plus_to_lt_minus.con".
-               apply lt_plus_to_lt_minus
+              [apply lt_plus_to_lt_minus
                 [assumption
                 |simplify in ⊢ (? % ?).
                  rewrite < plus_n_O.
@@ -1190,521 +1533,791 @@ intros.cases n
 qed.
 
 theorem le_A_exp: \forall n.
-A((S(S O))*n) \le (exp (S(S O)) ((S(S O)*n)))*A n.
+A(2*n) \le (exp 2 (pred (2*n)))*A n.
 intro.
-apply (trans_le ? (B((S(S O))*n)*A n))
+apply (trans_le ? (B(2*n)*A n))
   [apply le_A_BA
   |apply le_times_l.
    apply le_B_exp
   ]
 qed.
 
-(* da spostare *)
-theorem times_exp: \forall n,m,p.exp n p * exp m p = exp (n*m) p.
-intros.elim p
-  [reflexivity
-  |simplify.autobatch
+theorem lt_SSSSO_to_le_A_exp: \forall n. 4 < n \to
+A(2*n) \le exp 2 ((2*n)-2)*A n.
+intros.
+apply (trans_le ? (B(2*n)*A n))
+  [apply le_A_BA
+  |apply le_times_l.
+   apply lt_SSSSO_to_le_B_exp.assumption
   ]
 qed.
 
-theorem le_exp_log: \forall p,n. O < n \to
-exp p (
-log n) \le n.
-intros.
-apply leb_true_to_le.
-unfold log.
-apply (f_max_true (\lambda x.leb (exp p x) n)).
-apply (ex_intro ? ? O).
-split
-  [apply le_O_n
-  |apply le_to_leb_true.simplify.assumption
+theorem times_SSO_pred: \forall n. 2*(pred n) \le pred (2*n).
+intro.cases n
+  [apply le_n
+  |simplify.apply le_plus_r.
+   apply le_n_Sn
   ]
 qed.
 
-theorem lt_log_n_n: \forall n. O < n \to log n < n.
+theorem le_S_times_SSO: \forall n. O < n \to S n \le 2*n.
 intros.
-cut (log n \le n)
-  [elim (le_to_or_lt_eq ? ? Hcut)
+elim H
+  [apply le_n
+  |rewrite > times_SSO.
+   apply le_S_S.
+   apply (trans_le ? (2*n1))
     [assumption
-    |absurd (exp (S(S O)) n \le n)
-      [rewrite < H1 in ⊢ (? (? ? %) ?).
-       apply le_exp_log.
+    |apply le_n_Sn
+    ]
+  ]
+qed.
+
+theorem le_A_exp1: \forall n.
+A(exp 2 n) \le (exp 2 ((2*(exp 2 n)-(S(S n))))).
+intro.elim n
+  [simplify.apply le_n
+  |change in ⊢ (? % ?) with (A(2*(exp 2 n1))).
+   apply (trans_le ? ((exp 2 (pred(2*(exp (S(S O)) n1))))*A (exp (S(S O)) n1)))
+    [apply le_A_exp
+    |apply (trans_le ? ((2)\sup(pred (2*(2)\sup(n1)))*(2)\sup(2*(2)\sup(n1)-S (S n1))))
+      [apply le_times_r.
        assumption
-      |apply lt_to_not_le.
-       apply lt_m_exp_nm.
-       apply le_n
+      |rewrite < exp_plus_times.
+       apply le_exp
+        [apply lt_O_S
+        |cut (S(S n1) \le 2*(exp 2 n1))
+          [apply le_S_S_to_le.
+           change in ⊢ (? % ?) with (S(pred (2*(2)\sup(n1)))+(2*(2)\sup(n1)-S (S n1))).
+           rewrite < S_pred
+            [rewrite > eq_minus_S_pred in ⊢ (? ? %).
+             rewrite < S_pred
+              [rewrite < eq_minus_plus_plus_minus
+                [rewrite > plus_n_O in ⊢ (? (? (? ? %) ?) ?).
+                 apply le_n
+                |assumption
+                ]
+              |apply lt_to_lt_O_minus.
+               apply (lt_to_le_to_lt ? (2*(S(S n1))))
+                [rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
+                 rewrite > sym_times.
+                 apply lt_times_l1
+                  [apply lt_O_S
+                  |apply le_n
+                  ]
+                |apply le_times_r.
+                 assumption
+                ]
+              ]
+            |unfold.rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
+             apply le_times
+              [apply le_n_Sn
+              |apply lt_O_exp.
+               apply lt_O_S
+              ]
+            ]
+          |elim n1
+            [apply le_n
+            |apply (trans_le ? (2*(S(S n2))))
+              [apply le_S_times_SSO.
+               apply lt_O_S
+              |apply le_times_r.
+               assumption
+              ]
+            ]
+          ]
+        ]
       ]
     ]
-  |unfold log.apply le_max_n
   ]
 qed.
 
-theorem le_log_n_n: \forall n. log n \le n.
-intro.
-cases n
+theorem monotonic_A: monotonic nat le A.
+unfold.intros.
+elim H
   [apply le_n
-  |apply lt_to_le.
-   apply lt_log_n_n.
-   apply lt_O_S
+  |apply (trans_le ? (A n1))
+    [assumption
+    |unfold A.
+     cut (pi_p (S n1) primeb (λp:nat.(p)\sup(log p n1))
+          ≤pi_p (S n1) primeb (λp:nat.(p)\sup(log p (S n1))))
+      [apply (bool_elim ? (primeb (S n1)));intro
+        [rewrite > (true_to_pi_p_Sn ? ? ? H3).
+         rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
+         rewrite > sym_times.
+         apply le_times
+          [apply lt_O_exp.apply lt_O_S
+          |assumption
+          ]
+        |rewrite > (false_to_pi_p_Sn ? ? ? H3).
+         assumption
+        ]
+      |apply le_pi_p.intros.
+       apply le_exp
+        [apply prime_to_lt_O.
+         apply primeb_true_to_prime.
+         assumption
+        |apply le_log
+          [apply prime_to_lt_SO.
+           apply primeb_true_to_prime.
+           assumption
+          |apply le_S.apply le_n
+          ]
+        ]
+      ]
+    ]
   ]
 qed.
 
-theorem lt_exp_log: \forall n. n < exp (S(S O)) (S (log n)).
-intro.cases n
-  [simplify.apply le_S.apply le_n
-  |apply not_le_to_lt.
-   apply leb_false_to_not_le.
-   apply (lt_max_to_false ? (S n1) (S (log (S n1))))
-    [apply le_S_S.apply le_n
-    |apply lt_log_n_n.apply lt_O_S
+(*
+theorem le_A_exp2: \forall n. O < n \to
+A(n) \le (exp (S(S O)) ((S(S O)) * (S(S O)) * n)).
+intros.
+apply (trans_le ? (A (exp (S(S O)) (S(log (S(S O)) n)))))
+  [apply monotonic_A.
+   apply lt_to_le.
+   apply lt_exp_log.
+   apply le_n
+  |apply (trans_le ? ((exp (S(S O)) ((S(S O))*(exp (S(S O)) (S(log (S(S O)) n)))))))
+    [apply le_A_exp1
+    |apply le_exp
+      [apply lt_O_S
+      |rewrite > assoc_times.apply le_times_r.
+       change with ((S(S O))*((S(S O))\sup(log (S(S O)) n))≤(S(S O))*n).
+       apply le_times_r.
+       apply le_exp_log.
+       assumption
+      ]
     ]
   ]
 qed.
+*)
 
-theorem f_false_to_le_max: \forall f,n,p. (∃i:nat.i≤n∧f i=true) \to
-(\forall m. p < m \to f m = false)
-\to max n f \le p.
-intros.
-apply not_lt_to_le.intro.
-apply not_eq_true_false.
-rewrite < (H1 ? H2).
-apply sym_eq.
-apply f_max_true.
-assumption.
+(* example *)
+theorem A_SO: A (S O) = S O.
+reflexivity.
+qed.
+
+theorem A_SSO: A (S(S O)) = S (S O).
+reflexivity.
+qed.
+
+theorem A_SSSO: A (S(S(S O))) = S(S(S(S(S(S O))))).
+reflexivity.
+qed.
+
+theorem A_SSSSO: A (S(S(S(S O)))) = S(S(S(S(S(S(S(S(S(S(S(S O))))))))))).
+reflexivity.
 qed.
 
-theorem log_times1: \forall n,m. O < n \to O < m \to
-log (n*m) \le S(log n+log m).
+(*
+(* a better result *)
+theorem le_A_exp3: \forall n. S O < n \to
+A(n) \le exp (pred n) (2*(exp 2 (2 * n)).
+intro.
+apply (nat_elim1 n).
 intros.
-unfold in ⊢ (? (% ?) ?).
-apply f_false_to_le_max
-  [apply (ex_intro ? ? O).
-   split
-    [apply le_O_n
-    |apply le_to_leb_true.
+elim (or_eq_eq_S m).
+elim H2
+  [elim (le_to_or_lt_eq (S O) a)
+    [rewrite > H3 in ⊢ (? % ?).
+     apply (trans_le ? ((exp (S(S O)) ((S(S O)*a)))*A a))
+      [apply le_A_exp
+      |apply (trans_le ? (((S(S O)))\sup((S(S O))*a)*
+         ((pred a)\sup((S(S O)))*((S(S O)))\sup((S(S O))*a))))
+        [apply le_times_r.
+         apply H
+          [rewrite > H3.
+           rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
+           rewrite > sym_times.
+           apply lt_times_l1
+            [apply lt_to_le.assumption
+            |apply le_n
+            ]
+          |assumption
+          ]
+        |rewrite > sym_times.
+         rewrite > assoc_times.
+         rewrite < exp_plus_times.
+         apply (trans_le ? 
+          (pred a\sup((S(S O)))*(S(S O))\sup(S(S O))*(S(S O))\sup((S(S O))*m)))
+          [rewrite > assoc_times.
+           apply le_times_r.
+           rewrite < exp_plus_times.
+           apply le_exp
+            [apply lt_O_S
+            |rewrite < H3.
+             simplify.
+             rewrite < plus_n_O.
+             apply le_S.apply le_S.
+             apply le_n
+            ]
+          |apply le_times_l.
+           rewrite > times_exp.
+           apply monotonic_exp1.
+           rewrite > H3.
+           rewrite > sym_times.
+           cases a
+            [apply le_n
+            |simplify.
+             rewrite < plus_n_Sm.
+             apply le_S.
+             apply le_n
+            ]
+          ]
+        ]
+      ]
+    |rewrite < H4 in H3.
+     simplify in H3.
+     rewrite > H3.
      simplify.
-     rewrite > times_n_SO.
-     apply le_times;assumption
+     apply le_S_S.apply le_S_S.apply le_O_n
+    |apply not_lt_to_le.intro.
+     apply (lt_to_not_le ? ? H1).
+     rewrite > H3.
+     apply (le_n_O_elim a)
+      [apply le_S_S_to_le.assumption
+      |apply le_O_n
+      ]
     ]
-  |intros.
-   apply lt_to_leb_false.
-   apply (lt_to_le_to_lt ? ((exp (S(S O)) (S(log n)))*(exp (S(S O)) (S(log m)))))
-    [apply lt_times;apply lt_exp_log
-    |rewrite < exp_plus_times.
-     apply le_exp
-      [apply lt_O_S
-      |simplify.
-       rewrite < plus_n_Sm.
-       assumption
+  |elim (le_to_or_lt_eq O a (le_O_n ?))
+    [apply (trans_le ? (A ((S(S O))*(S a))))
+      [apply monotonic_A.
+       rewrite > H3.
+       rewrite > times_SSO.
+       apply le_n_Sn
+      |apply (trans_le ? ((exp (S(S O)) ((S(S O)*(S a))))*A (S a)))
+        [apply le_A_exp
+        |apply (trans_le ? (((S(S O)))\sup((S(S O))*S a)*
+           (a\sup((S(S O)))*((S(S O)))\sup((S(S O))*(S a)))))
+          [apply le_times_r.
+           apply H
+            [rewrite > H3.
+             apply le_S_S.
+             simplify.
+             rewrite > plus_n_SO.
+             apply le_plus_r.
+             rewrite < plus_n_O.
+             assumption
+            |apply le_S_S.assumption
+            ]
+          |rewrite > sym_times.
+           rewrite > assoc_times.
+           rewrite < exp_plus_times.
+           apply (trans_le ? 
+            (a\sup((S(S O)))*(S(S O))\sup(S(S O))*(S(S O))\sup((S(S O))*m)))
+            [rewrite > assoc_times.
+             apply le_times_r.
+             rewrite < exp_plus_times.
+             apply le_exp
+              [apply lt_O_S
+              |rewrite > times_SSO.
+               rewrite < H3.
+               simplify.
+               rewrite < plus_n_Sm.
+               rewrite < plus_n_O.
+               apply le_n
+              ]
+            |apply le_times_l.
+             rewrite > times_exp.
+             apply monotonic_exp1.
+             rewrite > H3.
+             rewrite > sym_times.
+             apply le_n
+            ]
+          ]
+        ]
       ]
+    |rewrite < H4 in H3.simplify in H3.
+     apply False_ind.
+     apply (lt_to_not_le ? ? H1).
+     rewrite > H3.
+     apply le_
     ]
   ]
 qed.
-  
-theorem log_times: \forall n,m.log (n*m) \le S(log n+log m).
+*)
+
+theorem le_A_exp4: \forall n. S O < n \to
+A(n) \le (pred n)*exp 2 ((2 * n) -3).
+intro.
+apply (nat_elim1 n).
 intros.
-cases n
-  [apply le_O_n
-  |cases m
-    [rewrite < times_n_O.
-     apply le_O_n
-    |apply log_times1;apply lt_O_S
+elim (or_eq_eq_S m).
+elim H2
+  [elim (le_to_or_lt_eq (S O) a)
+    [rewrite > H3 in ⊢ (? % ?).
+     apply (trans_le ? (exp 2 (pred(2*a))*A a))
+      [apply le_A_exp
+      |apply (trans_le ? (2\sup(pred(2*a))*((pred a)*2\sup((2*a)-3))))
+        [apply le_times_r.
+         apply H
+          [rewrite > H3.
+           rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
+           rewrite > sym_times.
+           apply lt_times_l1
+            [apply lt_to_le.assumption
+            |apply le_n
+            ]
+          |assumption
+          ]
+        |rewrite < H3.
+         rewrite < assoc_times.
+         rewrite > sym_times in ⊢ (? (? % ?) ?).
+         rewrite > assoc_times.
+         apply le_times
+          [rewrite > H3.
+           elim a[apply le_n|simplify.apply le_plus_n_r]
+          |rewrite < exp_plus_times.
+           apply le_exp
+            [apply lt_O_S
+            |apply (trans_le ? (m+(m-3)))
+              [apply le_plus_l.
+               cases m[apply le_n|apply le_n_Sn]
+              |simplify.rewrite < plus_n_O.
+               rewrite > eq_minus_plus_plus_minus
+                [apply le_n
+                |rewrite > H3.
+                 apply (trans_le ? (2*2))
+                  [simplify.apply (le_n_Sn 3)
+                  |apply le_times_r.assumption
+                  ]
+                ]
+              ]
+            ]
+          ]
+        ]
+      ]
+    |rewrite > H3.rewrite < H4.simplify.
+     apply le_S_S.apply lt_O_S
+    |apply not_lt_to_le.intro.
+     apply (lt_to_not_le ? ? H1).
+     rewrite > H3.
+     apply (le_n_O_elim a)
+      [apply le_S_S_to_le.assumption
+      |apply le_O_n
+      ]
+    ]
+  |elim (le_to_or_lt_eq O a (le_O_n ?))
+    [apply (trans_le ? (A ((S(S O))*(S a))))
+      [apply monotonic_A.
+       rewrite > H3.
+       rewrite > times_SSO.
+       apply le_n_Sn
+      |apply (trans_le ? ((exp 2 (pred(2*(S a))))*A (S a)))
+        [apply le_A_exp
+        |apply (trans_le ? ((2\sup(pred (2*S a)))*(a*(exp 2 ((2*(S a))-3)))))
+          [apply le_times_r.
+           apply H
+            [rewrite > H3.
+             apply le_S_S.
+             apply le_S_times_SSO.
+             assumption
+            |apply le_S_S.assumption
+            ]
+          |rewrite > H3.
+           change in ⊢ (? ? (? % ?)) with (2*a).
+           rewrite > times_SSO.
+           change in ⊢ (? (? (? ? %) ?) ?) with (S(2*a)).
+           rewrite > minus_Sn_m
+            [change in ⊢ (? (? ? (? ? %)) ?) with (2*(exp 2 (S(2*a)-3))).
+             rewrite < assoc_times in ⊢ (? (? ? %) ?).
+             rewrite < assoc_times.
+             rewrite > sym_times in ⊢ (? (? % ?) ?).
+             rewrite > sym_times in ⊢ (? (? (? % ?) ?) ?).
+             rewrite > assoc_times.
+             apply le_times_r.
+             rewrite < exp_plus_times.
+             apply le_exp
+              [apply lt_O_S
+              |rewrite < eq_minus_plus_plus_minus
+                [rewrite > plus_n_O in ⊢ (? (? (? ? %) ?) ?).
+                 apply le_n
+                |apply le_S_S.
+                 apply O_lt_const_to_le_times_const.
+                 assumption
+                ]
+              ]
+            |apply le_S_S.
+             apply O_lt_const_to_le_times_const.
+             assumption
+            ]
+          ]
+        ]
+      ]
+    |rewrite < H4 in H3.simplify in H3.
+     apply False_ind.
+     apply (lt_to_not_le ? ? H1).
+     rewrite > H3.
+     apply le_n
     ]
   ]
 qed.
 
-theorem log_exp: \forall n,m.O < m \to
-log ((exp (S(S O)) n)*m)=n+log m.
+theorem le_n_SSSSSSSSO_to_le_A_exp: 
+\forall n. n \le 8 \to A(n) \le exp 2 ((2 * n) -3).
+intro.cases n
+  [intro.apply le_n
+  |cases n1
+    [intro.apply le_n
+    |cases n2
+      [intro.apply le_n
+      |cases n3
+        [intro.apply leb_true_to_le.reflexivity
+        |cases n4
+          [intro.apply leb_true_to_le.reflexivity
+          |cases n5
+            [intro.apply leb_true_to_le.reflexivity
+            |cases n6
+              [intro.apply leb_true_to_le.reflexivity
+              |cases n7
+                [intro.apply leb_true_to_le.reflexivity
+                |cases n8
+                  [intro.apply leb_true_to_le.reflexivity
+                  |intro.apply False_ind.
+                   apply (lt_to_not_le ? ? H).
+                   apply leb_true_to_le.reflexivity
+                  ]
+                ]
+              ]
+            ]
+          ]
+        ]
+      ]
+    ]
+  ]
+qed.
+           
+theorem le_A_exp5: \forall n. A(n) \le exp 2 ((2 * n) -3).
+intro.
+apply (nat_elim1 n).
 intros.
-unfold log in ⊢ (? ? (% ?) ?).
-apply max_spec_to_max.
-unfold max_spec.
-split
-  [split
-    [elim n
-      [simplify.
-       rewrite < plus_n_O.
-       apply le_log_n_n
-      |simplify.
-       rewrite < plus_n_O.
-       rewrite > times_plus_l.
-       apply (trans_le ? (S((S(S O))\sup(n1)*m)))
-        [apply le_S_S.assumption
-        |apply (lt_O_n_elim ((S(S O))\sup(n1)*m))
-          [rewrite > (times_n_O O) in ⊢ (? % ?).
-           apply lt_times
-            [apply lt_O_exp.
-             apply lt_O_S
-            |assumption
+elim (decidable_le 9 m)
+  [elim (or_eq_eq_S m).
+   elim H2
+    [rewrite > H3 in ⊢ (? % ?).
+     apply (trans_le ? (exp 2 (pred(2*a))*A a))
+      [apply le_A_exp
+      |apply (trans_le ? (2\sup(pred(2*a))*(2\sup((2*a)-3))))
+        [apply le_times_r.
+         apply H.
+         rewrite > H3. 
+         apply lt_m_nm
+          [apply (trans_lt ? 4)
+            [apply lt_O_S
+            |apply (lt_times_to_lt 2)
+              [apply lt_O_S
+              |rewrite < H3.assumption
+              ]
+            ]
+          |apply le_n
+          ]
+        |rewrite < H3.
+         rewrite < exp_plus_times.
+         apply le_exp
+          [apply lt_O_S
+          |simplify.rewrite < plus_n_O.
+           rewrite > eq_minus_plus_plus_minus
+            [apply le_plus_l.
+             apply le_pred_n
+            |apply (trans_le ? 9)
+              [apply leb_true_to_le. reflexivity
+              |assumption
+              ]
+            ]
+          ]
+        ]
+      ]
+    |apply (trans_le ? (A (2*(S a))))
+      [apply monotonic_A.
+       rewrite > H3.
+       rewrite > times_SSO.
+       apply le_n_Sn
+      |apply (trans_le ? ((exp 2 ((2*(S a))-2))*A (S a)))
+        [apply lt_SSSSO_to_le_A_exp.
+         apply le_S_S.
+         apply (le_times_to_le 2)
+          [apply le_n_Sn.
+          |apply le_S_S_to_le.rewrite < H3.assumption
+          ]
+        |apply (trans_le ? ((2\sup((2*S a)-2))*(exp 2 ((2*(S a))-3))))
+          [apply le_times_r.
+           apply H.
+           rewrite > H3.
+           apply le_S_S. 
+           apply lt_m_nm
+            [apply (lt_to_le_to_lt ? 4)
+              [apply lt_O_S
+              |apply (le_times_to_le 2)
+                [apply lt_O_S
+                |apply le_S_S_to_le.
+                 rewrite < H3.assumption
+                ]
+              ]
+            |apply le_n
+            ]
+          |rewrite > times_SSO.
+           rewrite < H3.
+           rewrite < exp_plus_times.
+           apply le_exp
+            [apply lt_O_S
+            |cases m
+              [apply le_n
+              |cases n1
+                [apply le_n
+                |simplify.
+                 rewrite < minus_n_O.
+                 rewrite < plus_n_O.
+                 rewrite < plus_n_Sm.
+                 simplify.rewrite < minus_n_O.
+                 rewrite < plus_n_Sm.
+                 apply le_n
+                ]
+              ]
             ]
-          |intro.simplify.apply le_S_S.
-           apply le_plus_n
           ]
         ]
       ]
-    |simplify.
-     apply le_to_leb_true.
-     rewrite > exp_plus_times.
-     apply le_times_r.
-     apply le_exp_log.
-     assumption
     ]
-  |intros.
-   simplify.
-   apply lt_to_leb_false.
-   apply (lt_to_le_to_lt ? ((exp (S(S O)) n)*(exp (S(S O)) (S(log m)))))
-    [apply lt_times_r1
-      [apply lt_O_exp.apply lt_O_S
-      |apply lt_exp_log.
+  |apply le_n_SSSSSSSSO_to_le_A_exp.
+   apply le_S_S_to_le.
+   apply not_le_to_lt.
+   assumption
+  ]
+qed.       
+
+theorem le_exp_Al:\forall n. O < n \to exp 2 n \le A (2 * n).
+intros.
+apply (trans_le ? ((exp 2 (2*n))/(2*n)))
+  [apply le_times_to_le_div
+    [rewrite > (times_n_O O) in ⊢ (? % ?).
+     apply lt_times
+      [apply lt_O_S
+      |assumption
       ]
-    |rewrite < exp_plus_times.
-     apply le_exp
+    |simplify in ⊢ (? ? (? ? %)).
+     rewrite < plus_n_O.
+     rewrite > exp_plus_times.
+     apply le_times_l.
+     apply le_times_SSO_n_exp_SSO_n
+    ]
+  |apply le_times_to_le_div2
+    [rewrite > (times_n_O O) in ⊢ (? % ?).
+     apply lt_times
       [apply lt_O_S
-      |rewrite < plus_n_Sm.
+      |assumption
+      ]
+    |apply (trans_le ? ((B (2*n)*(2*n))))
+      [rewrite < sym_times in ⊢ (? ? %).
+       apply le_exp_B.
        assumption
+      |apply le_times_l.
+       apply le_B_A
       ]
     ]
   ]
 qed.
 
-theorem log_SSO: \forall n. O < n \to 
-log ((S(S O))*n) = S (log n).
+theorem le_exp_A2:\forall n. 1 < n \to exp 2 (n / 2) \le A n.
 intros.
-change with (log ((exp (S(S O)) (S O))*n)=S (log n)).
-rewrite > log_exp.reflexivity.assumption.
-qed.
-
-theorem or_eq_S: \forall n.\exists m. 
-(n = (S(S O))*m) \lor (n = S((S(S O))*m)).
-intro.
-elim n
-  [apply (ex_intro ? ? O).left.apply times_n_O
-  |elim H.elim H1
-    [apply (ex_intro ? ? a).right.apply eq_f.assumption
-    |apply (ex_intro ? ? (S a)).left.
-     rewrite > H2.simplify.
-     rewrite < plus_n_O.
-     rewrite < plus_n_Sm.
-     reflexivity
+apply (trans_le ? (A(n/2*2)))
+  [rewrite > sym_times.
+   apply le_exp_Al.
+   elim (le_to_or_lt_eq ? ? (le_O_n (n/2)))
+    [assumption
+    |apply False_ind.
+     apply (lt_to_not_le ? ? H).
+     rewrite > (div_mod n 2)
+      [rewrite < H1.
+       change in ⊢ (? % ?) with (n\mod 2).
+       apply le_S_S_to_le.
+       apply lt_mod_m_m.
+       apply lt_O_S
+      |apply lt_O_S
+      ]
     ]
+  |apply monotonic_A.
+   rewrite > (div_mod n 2) in ⊢ (? ? %).
+   apply le_plus_n_r.
+   apply lt_O_S
   ]
 qed.
 
-theorem lt_O_to_or_eq_S: \forall n.O < n \to \exists m.m < n \land 
-((n = (S(S O))*m) \lor (n = S((S(S O))*m))).
-intros.  
-elim (or_eq_S n).
-elim H1
-  [apply (ex_intro ? ? a).split
-    [rewrite > H2.
-     rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
-     rewrite > sym_times.
-     apply lt_times_l1
-      [apply (divides_to_lt_O a n ? ?)
-        [assumption
-        |apply (witness a n (S (S O))).
-         rewrite > sym_times.
-         assumption
-        ]
-      |apply le_n
-      ]
-    |left.assumption
-    ]
-  |apply (ex_intro ? ? a).split
-    [rewrite > H2.
-     apply (le_to_lt_to_lt ? ((S(S O))*a))
-      [rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
-       rewrite > sym_times. 
-       apply le_times_l.
-       apply le_n_Sn
-      |apply le_n
-      ]
-    |right.assumption
+theorem eq_sigma_pi_SO_n: \forall n.
+sigma_p n (\lambda i.true) (\lambda i.S O) = n.
+intro.elim n
+  [reflexivity
+  |rewrite > true_to_sigma_p_Sn
+    [rewrite > H.reflexivity
+    |reflexivity
     ]
   ]
 qed.
 
-theorem factS: \forall n. fact (S n) = (S n)*(fact n).
-intro.simplify.reflexivity.
+theorem leA_prim: \forall n.
+exp n (prim n) \le A n * pi_p (S n) primeb (λp:nat.p).
+intro.
+unfold prim.
+rewrite < (exp_sigma_p (S n) n primeb).
+unfold A.
+rewrite < times_pi_p.
+apply le_pi_p.
+intros.
+rewrite > sym_times.
+change in ⊢ (? ? %) with (exp i (S (log i n))).
+apply lt_to_le.
+apply lt_exp_log.
+apply prime_to_lt_SO.
+apply primeb_true_to_prime.
+assumption.
 qed.
 
-theorem exp_S: \forall n,m. exp m (S n) = m*exp m n.
-intros.reflexivity.
+
+theorem le_prim_log : \forall n,b.S O < b \to
+log b (A n) \leq prim n * (S (log b n)).
+intros;apply (trans_le ? ? ? ? (log_exp1 ? ? ? ?))
+  [apply le_log
+     [assumption
+     |apply le_Al]
+  |assumption]
 qed.
 
-lemma times_SSO: \forall n.(S(S O))*(S n) = S(S((S(S O))*n)).
-intro.simplify.rewrite < plus_n_Sm.reflexivity.
+
+(* the inequalities *)
+theorem le_exp_priml: \forall n. O < n \to
+exp 2 (2*n) \le exp (2*n) (S(prim (2*n))).
+intros.
+apply (trans_le ? (((2*n*(B (2*n))))))
+  [apply le_exp_B.assumption
+  |change in ⊢ (? ? %) with (((2*n))*((2*n))\sup (prim (2*n))).
+   apply le_times_r.
+   apply (trans_le ? (A (2*n)))
+    [apply le_B_A
+    |apply le_Al
+    ]
+  ]
 qed.
 
-theorem fact1: \forall n.
-fact ((S(S O))*n) \le (exp (S(S O)) ((S(S O))*n))*(fact n)*(fact n).
-intro.elim n
-  [rewrite < times_n_O.apply le_n
-  |rewrite > times_SSO.
-   rewrite > factS.
-   rewrite > factS.
+theorem le_exp_prim4l: \forall n. O < n \to
+exp 2 (S(4*n)) \le exp (4*n) (S(prim (4*n))).
+intros.
+apply (trans_le ? (2*(4*n*(B (4*n)))))
+  [change in ⊢ (? % ?) with (2*(exp 2 (4*n))).
+   apply le_times_r.
+   cut (4*n = 2*(2*n))
+    [rewrite > Hcut.
+     apply le_exp_B.
+     apply lt_to_le.unfold.
+     rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
+     apply le_times_r.assumption
+    |rewrite < assoc_times.
+     reflexivity
+    ]
+  |change in ⊢ (? ? %) with ((4*n)*(4*n)\sup (prim (4*n))).
    rewrite < assoc_times.
-   rewrite > factS.
-   apply (trans_le ? (((S(S O))*(S n1))*((S(S O))*(S n1))*(fact (((S(S O))*n1)))))
-    [apply le_times_l.
-     rewrite > times_SSO.
-     apply le_times_r.
-     apply le_n_Sn
-    |rewrite > assoc_times.
-     rewrite > assoc_times.
-     rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     rewrite > exp_S. 
-     rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     apply le_times_r.
-     rewrite < assoc_times.
-     rewrite < assoc_times.
-     rewrite < sym_times in ⊢ (? (? (? % ?) ?) ?).
-     rewrite > assoc_times.
-     rewrite > assoc_times.
-     rewrite > exp_S. 
-     rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     apply le_times_r.
-     rewrite > sym_times in ⊢ (? ? %).
-     rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     apply le_times_r.
-     rewrite < assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     rewrite < assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     rewrite < sym_times in ⊢ (? ? (? (? % ?) ?)).
-     rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     apply le_times_r.
-     rewrite > sym_times in ⊢ (? ? (? ? %)).
-     rewrite > sym_times in ⊢ (? ? %).
-     assumption
+   rewrite > sym_times in ⊢ (? (? % ?) ?).
+   rewrite > assoc_times.
+   apply le_times_r.
+   apply (trans_le ? (A (4*n)))
+    [apply le_B_A4.assumption
+    |apply le_Al
     ]
   ]
 qed.
 
-theorem monotonic_log: monotonic nat le log.
-unfold monotonic.intros.
-elim (le_to_or_lt_eq ? ? H) 0
-  [cases x;intro
-    [apply le_O_n
-    |apply lt_S_to_le.
-     apply (lt_exp_to_lt (S(S O)))
+theorem le_priml: \forall n. O < n \to
+2*n \le (S (log 2 (2*n)))*S(prim (2*n)).
+intros.
+rewrite < (eq_log_exp (S(S O))) in ⊢ (? % ?)
+  [apply (trans_le ? ((log (S(S O)) (exp ((S(S O))*n) (S(prim ((S(S O))*n)))))))
+    [apply le_log
       [apply le_n
-      |apply (le_to_lt_to_lt ? (S n))
-        [apply le_exp_log.
-         apply lt_O_S
-        |apply (trans_lt ? y)
-          [assumption
-          |apply lt_exp_log
-          ]
-        ]
+      |apply le_exp_priml.assumption
       ]
+    |rewrite > sym_times in ⊢ (? ? %). 
+     apply log_exp1.
+     apply le_n
     ]
-  |intro.rewrite < H1.apply le_n
+  |apply le_n
   ]
 qed.
 
-theorem lt_O_fact: \forall n. O < fact n.
-intro.elim n
-  [simplify.apply lt_O_S
-  |rewrite > factS.
-   rewrite > (times_n_O O).
-   apply lt_times
-    [apply lt_O_S
-    |assumption
-    ]
+theorem le_exp_primr: \forall n.
+exp n (prim n) \le exp 2 (2*(2*n-3)).
+intros.
+apply (trans_le ? (exp (A n) 2))
+  [change in ⊢ (? ? %) with ((A n)*((A n)*(S O))).
+   rewrite < times_n_SO.
+   apply leA_r2
+  |rewrite > sym_times.
+   rewrite < exp_exp_times.
+   apply monotonic_exp1.
+   apply le_A_exp5
   ]
 qed.
 
-theorem fact2: \forall n.O < n \to
-(exp (S(S O)) ((S(S O))*n))*(fact n)*(fact n) < fact (S((S(S O))*n)).
-intros.elim H
-  [simplify.apply le_S.apply le_n
-  |rewrite > times_SSO.
-   rewrite > factS.
-   rewrite > factS.
-   rewrite < assoc_times.
-   rewrite > factS.
-   rewrite < times_SSO in ⊢ (? ? %).
-   apply (trans_lt ? (((S(S O))*S n1)*((S(S O))*S n1*(S ((S(S O))*n1))!)))
-    [rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     rewrite > exp_S.
-     rewrite > assoc_times.
-     rewrite > assoc_times.
-     rewrite > assoc_times.
-     apply lt_times_r.
-     rewrite > exp_S.
-     rewrite > assoc_times.
-     rewrite > sym_times in ⊢ (? ? %).
-     rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     rewrite > assoc_times in ⊢ (? ? %).
-     apply lt_times_r.
-     rewrite > sym_times.
-     rewrite > assoc_times.
-     rewrite > assoc_times.
-     apply lt_times_r.
-     rewrite < assoc_times.
-     rewrite < assoc_times.
-     rewrite > sym_times in ⊢ (? (? (? % ?) ?) ?).
-     rewrite > assoc_times.
-     rewrite > assoc_times.
-     rewrite > sym_times in ⊢ (? ? %).
-     apply lt_times_r.
-     rewrite < assoc_times.
-     rewrite < sym_times.
-     rewrite < assoc_times.
-     assumption
-    |apply lt_times_l1
-      [rewrite > (times_n_O O) in ⊢ (? % ?).
-       apply lt_times
-        [rewrite > (times_n_O O) in ⊢ (? % ?).
-         apply lt_times
-          [apply lt_O_S
-          |apply lt_O_S
-          ]
-        |apply lt_O_fact
+(* bounds *)
+theorem le_primr: \forall n. 1 < n \to prim n \le 2*(2*n-3)/log 2 n.
+intros.
+apply le_times_to_le_div
+  [apply lt_O_log
+    [apply lt_to_le.assumption
+    |assumption
+    ]
+  |apply (trans_le ? (log 2 (exp n (prim n))))
+    [rewrite > sym_times.
+     apply log_exp2
+      [apply le_n
+      |apply lt_to_le.assumption
+      ]
+    |rewrite < (eq_log_exp 2) in ⊢ (? ? %)
+      [apply le_log
+        [apply le_n
+        |apply le_exp_primr
         ]
       |apply le_n
       ]
     ]
   ]
 qed.
-
-theorem lt_O_log: \forall n. S O < n \to O < log n.
-intros.elim H
-  [simplify.apply lt_O_S
-  |apply (lt_to_le_to_lt ? (log n1))
-    [assumption
-    |apply monotonic_log.
-     apply le_n_Sn
+     
+theorem le_priml1: \forall n. O < n \to
+2*n/((log 2 n)+2) - 1 \le prim (2*n).
+intros.
+apply le_plus_to_minus.
+apply le_times_to_le_div2
+  [rewrite > sym_plus.
+   simplify.apply lt_O_S
+  |rewrite > sym_times in ⊢ (? ? %).
+   rewrite < plus_n_Sm.
+   rewrite < plus_n_Sm in ⊢ (? ? (? ? %)).
+   rewrite < plus_n_O.
+   rewrite < sym_plus.
+   rewrite < log_exp
+    [simplify in ⊢ (? ? (? (? (? ? (? % ?))) ?)).
+     apply le_priml.
+     assumption
+    |apply le_n
+    |assumption
     ]
   ]
 qed.
 
-theorem log_fact_SSSO: log (fact (S(S(S O)))) = S (S O).
-reflexivity.
-qed.
-
-lemma exp_SSO_SSO: exp (S(S O)) (S(S O)) = S(S(S(S O))).
-reflexivity.
-qed.
 (*
-theorem log_fact_SSSSO: log (fact (S(S(S(S O))))) = S(S(S(S O))).
-reflexivity.
-qed.
-*)
-theorem log_fact_SSSSSO: log (fact (S(S(S(S(S O)))))) = S(S(S(S O))).
-reflexivity.
-qed.
-
-theorem bof_bof: \forall n.(S(S(S(S O)))) < n \to 
-n \le (S(S(S(S(S(S(S(S O)))))))) \to log (fact n) < n*log n - n.
+theorem prim_SSSSSSO: \forall n.30\le n \to O < prim (8*n) - prim n.
 intros.
-elim H
-  [rewrite > factS in ⊢ (? (? %) ?). 
-   rewrite > factS in ⊢ (? (? (? ? %)) ?).
-   rewrite < assoc_times in ⊢ (? (? %) ?).
-   rewrite < sym_times in ⊢ (? (? (? % ?)) ?).
-   rewrite > assoc_times in ⊢ (? (? %) ?).
-   change with (exp (S(S O)) (S(S O))) in ⊢ (? (? (? % ?)) ?).
-theorem bof: \forall n.(S(S(S(S O))))) < n \to log (fact n) < n*log n - n.
-intro.apply (nat_elim1 n).
-intros.
-elim (lt_O_to_or_eq_S m)
-  [elim H2.clear H2.
-   elim H4.clear H4.
-   rewrite > H2.
-   apply (le_to_lt_to_lt ? (log ((exp (S(S O)) ((S(S O))*a))*(fact a)*(fact a))))
-    [apply monotonic_log.
-     apply fact1
-    |rewrite > assoc_times in ⊢ (? (? %) ?).
-     rewrite > log_exp.
-     apply (le_to_lt_to_lt ? ((S(S O))*a+S(log a!+log a!)))
-      [apply le_plus_r.
-       apply log_times
-      |rewrite > plus_n_Sm.
-       rewrite > log_SSO.
-       rewrite < times_n_Sm.
-       apply (le_to_lt_to_lt ? ((S(S O))*a+(log a!+(a*log a-a))))
-        [apply le_plus_r.
-         apply le_plus_r.
-         apply H.assumption
-        |apply (lt_to_le_to_lt ? ((S(S O))*a+((a*log a-a)+(a*log a-a))))
-          [apply lt_plus_r.
-           apply lt_plus_l.
-           apply H.
-           assumption.
-          |rewrite > times_SSO_n.
-           rewrite > distr_times_minus.
-           rewrite > sym_plus.
-           rewrite > plus_minus
-            [rewrite > sym_plus.
-             rewrite < assoc_times.
-             apply le_n
-            |rewrite < assoc_times.
-             rewrite > times_n_SO in ⊢ (? % ?).
-             apply le_times
-              [apply le_n
-              |apply lt_O_log.
-               apply (lt_times_n_to_lt_r (S(S O)))
-                [apply lt_O_S
-                |rewrite < times_n_SO.
-                 rewrite < H2.
-                 assumption
-                ]
-              ]
-            ]
-          ]
-          
-             .
-          ]
-        |
-           rewrite < eq_plus_minus_minus_plus.
-           
-       rewrite > assoc_plus.
-       apply lt_plus_r.
-       rewrite > plus_n_O in ⊢ (? (? (? ? (? ? %))) ?).
-       change with
-        (S((S(S O))*a+((S(S O))*log a!)) < (S(S O))*a*log ((S(S O))*a)-(S(S O))*a+k*log ((S(S O))*a)).
-       apply (trans_lt ? (S ((S(S O))*a+(S(S O))*(a*log a-a+k*log a))))
-        [apply le_S_S.
-         apply lt_plus_r.
-         apply lt_times_r.
-         apply H.
-         assumption
-        |
-        
-theorem stirling: \forall n,k.k \le n \to
-log (fact n) < n*log n - n + k*log n.
-intro.
-apply (nat_elim1 n).
-intros.
-elim (lt_O_to_or_eq_S m)
-  [elim H2.clear H2.
-   elim H4.clear H4.
-   rewrite > H2.
-   apply (le_to_lt_to_lt ? (log ((exp (S(S O)) ((S(S O))*a))*(fact a)*(fact a))))
-    [apply monotonic_log.
-     apply fact1
-    |rewrite > assoc_times in ⊢ (? (? %) ?).
-     rewrite > log_exp.
-     apply (le_to_lt_to_lt ? ((S(S O))*a+S(log a!+log a!)))
-      [apply le_plus_r.
-       apply log_times
-      |rewrite < plus_n_Sm.
-       rewrite > plus_n_O in ⊢ (? (? (? ? (? ? %))) ?).
-       change with
-        (S((S(S O))*a+((S(S O))*log a!)) < (S(S O))*a*log ((S(S O))*a)-(S(S O))*a+k*log ((S(S O))*a)).
-       apply (trans_lt ? (S ((S(S O))*a+(S(S O))*(a*log a-a+k*log a))))
-        [apply le_S_S.
-         apply lt_plus_r.
-         apply lt_times_r.
-         apply H.
-         assumption
-        |
-        
-          [
-       
-       a*log a-a+k*log a
-       
-*)
\ No newline at end of file
+apply lt_to_lt_O_minus.
+change in ⊢ (? ? (? (? % ?))) with (2*4).
+rewrite > assoc_times.
+apply (le_to_lt_to_lt ? (2*(2*n-3)/log 2 n))
+  [apply le_primr.apply (trans_lt ? ? ? ? H).
+   apply leb_true_to_le.reflexivity
+  |apply (lt_to_le_to_lt ? (2*(4*n)/((log 2 (4*n))+2) - 1))
+    [elim H
+      [
+normalize in ⊢ (%);simplify.
+    |apply le_priml1.
+*)   
+
+
+