Metamath Proof Explorer


Theorem fallfacfwd

Description: The forward difference of a falling factorial. (Contributed by Scott Fenton, 21-Jan-2018)

Ref Expression
Assertion fallfacfwd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 N _ − A N _ = N ⁢ A N − 1 _

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 peano2cn ⊢ A ∈ ℂ → A + 1 ∈ ℂ
2 nnnn0 ⊢ N ∈ ℕ → N ∈ ℕ 0
3 fallfacval ⊢ A + 1 ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ 0 → A + 1 N _ = ∏ k = 0 N − 1 A + 1 - k
4 1 2 3 syl2an ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 N _ = ∏ k = 0 N − 1 A + 1 - k
5 0p1e1 ⊢ 0 + 1 = 1
6 5 oveq1i ⊢ 0 + 1 … N − 1 = 1 … N − 1
7 6 prodeq1i ⊢ ∏ k = 0 + 1 N − 1 A − k − 1 = ∏ k = 1 N − 1 A − k − 1
8 7 oveq2i ⊢ A − -1 ⁢ ∏ k = 0 + 1 N − 1 A − k − 1 = A − -1 ⁢ ∏ k = 1 N − 1 A − k − 1
9 nnm1nn0 ⊢ N ∈ ℕ → N − 1 ∈ ℕ 0
10 9 adantl ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → N − 1 ∈ ℕ 0
11 nn0uz ⊢ ℕ 0 = ℤ ≥ 0
12 10 11 eleqtrdi ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → N − 1 ∈ ℤ ≥ 0
13 simpll ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 0 … N − 1 → A ∈ ℂ
14 elfzelz ⊢ k ∈ 0 … N − 1 → k ∈ ℤ
15 14 adantl ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 0 … N − 1 → k ∈ ℤ
16 peano2zm ⊢ k ∈ ℤ → k − 1 ∈ ℤ
17 15 16 syl ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 0 … N − 1 → k − 1 ∈ ℤ
18 17 zcnd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 0 … N − 1 → k − 1 ∈ ℂ
19 13 18 subcld ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 0 … N − 1 → A − k − 1 ∈ ℂ
20 oveq1 ⊢ k = 0 → k − 1 = 0 − 1
21 df-neg ⊢ − 1 = 0 − 1
22 20 21 eqtr4di ⊢ k = 0 → k − 1 = − 1
23 22 oveq2d ⊢ k = 0 → A − k − 1 = A − -1
24 12 19 23 fprod1p ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → ∏ k = 0 N − 1 A − k − 1 = A − -1 ⁢ ∏ k = 0 + 1 N − 1 A − k − 1
25 fallfacval2 ⊢ A ∈ ℂ ∧ N − 1 ∈ ℕ 0 → A N − 1 _ = ∏ k = 1 N − 1 A − k − 1
26 9 25 sylan2 ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A N − 1 _ = ∏ k = 1 N − 1 A − k − 1
27 26 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A − -1 ⁢ A N − 1 _ = A − -1 ⁢ ∏ k = 1 N − 1 A − k − 1
28 8 24 27 3eqtr4a ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → ∏ k = 0 N − 1 A − k − 1 = A − -1 ⁢ A N − 1 _
29 elfznn0 ⊢ k ∈ 0 … N − 1 → k ∈ ℕ 0
30 29 adantl ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 0 … N − 1 → k ∈ ℕ 0
31 30 nn0cnd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 0 … N − 1 → k ∈ ℂ
32 1cnd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 0 … N − 1 → 1 ∈ ℂ
33 13 31 32 subsub3d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ ∧ k ∈ 0 … N − 1 → A − k − 1 = A + 1 - k
34 33 prodeq2dv ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → ∏ k = 0 N − 1 A − k − 1 = ∏ k = 0 N − 1 A + 1 - k
35 simpl ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A ∈ ℂ
36 1cnd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ
37 35 36 subnegd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A − -1 = A + 1
38 37 oveq1d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A − -1 ⁢ A N − 1 _ = A + 1 ⁢ A N − 1 _
39 28 34 38 3eqtr3d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → ∏ k = 0 N − 1 A + 1 - k = A + 1 ⁢ A N − 1 _
40 4 39 eqtrd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 N _ = A + 1 ⁢ A N − 1 _
41 simpr ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → N ∈ ℕ
42 41 nncnd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → N ∈ ℂ
43 42 36 npcand ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → N - 1 + 1 = N
44 43 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A N - 1 + 1 _ = A N _
45 fallfacp1 ⊢ A ∈ ℂ ∧ N − 1 ∈ ℕ 0 → A N - 1 + 1 _ = A N − 1 _ ⁢ A − N − 1
46 9 45 sylan2 ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A N - 1 + 1 _ = A N − 1 _ ⁢ A − N − 1
47 44 46 eqtr3d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A N _ = A N − 1 _ ⁢ A − N − 1
48 40 47 oveq12d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 N _ − A N _ = A + 1 ⁢ A N − 1 _ − A N − 1 _ ⁢ A − N − 1
49 fallfaccl ⊢ A ∈ ℂ ∧ N − 1 ∈ ℕ 0 → A N − 1 _ ∈ ℂ
50 9 49 sylan2 ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A N − 1 _ ∈ ℂ
51 10 nn0cnd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → N − 1 ∈ ℂ
52 35 51 subcld ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A − N − 1 ∈ ℂ
53 50 52 mulcomd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A N − 1 _ ⁢ A − N − 1 = A − N − 1 ⁢ A N − 1 _
54 53 oveq2d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 ⁢ A N − 1 _ − A N − 1 _ ⁢ A − N − 1 = A + 1 ⁢ A N − 1 _ − A − N − 1 ⁢ A N − 1 _
55 1 adantr ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 ∈ ℂ
56 55 52 50 subdird ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 - A − N − 1 ⁢ A N − 1 _ = A + 1 ⁢ A N − 1 _ − A − N − 1 ⁢ A N − 1 _
57 35 36 51 pnncand ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 - A − N − 1 = 1 + N - 1
58 36 42 pncan3d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → 1 + N - 1 = N
59 57 58 eqtrd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 - A − N − 1 = N
60 59 oveq1d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 - A − N − 1 ⁢ A N − 1 _ = N ⁢ A N − 1 _
61 54 56 60 3eqtr2d ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 ⁢ A N − 1 _ − A N − 1 _ ⁢ A − N − 1 = N ⁢ A N − 1 _
62 48 61 eqtrd ⊢ A ∈ ℂ ∧ N ∈ ℕ → A + 1 N _ − A N _ = N ⁢ A N − 1 _