Metamath Proof Explorer


Theorem aaliou3lem6

Description: Lemma for aaliou3 . (Contributed by Stefan O'Rear, 16-Nov-2014)

Ref Expression
Hypotheses aaliou3lem.c โŠข ๐น = ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘Ž ) ) )
aaliou3lem.d โŠข ๐ฟ = ฮฃ ๐‘ โˆˆ โ„• ( ๐น โ€˜ ๐‘ )
aaliou3lem.e โŠข ๐ป = ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†ฆ ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) )
Assertion aaliou3lem6 ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐ป โ€˜ ๐ด ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„ค )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 aaliou3lem.c โŠข ๐น = ( ๐‘Ž โˆˆ โ„• โ†ฆ ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘Ž ) ) )
2 aaliou3lem.d โŠข ๐ฟ = ฮฃ ๐‘ โˆˆ โ„• ( ๐น โ€˜ ๐‘ )
3 aaliou3lem.e โŠข ๐ป = ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†ฆ ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) )
4 oveq2 โŠข ( ๐‘ = ๐ด โ†’ ( 1 ... ๐‘ ) = ( 1 ... ๐ด ) )
5 4 sumeq1d โŠข ( ๐‘ = ๐ด โ†’ ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐‘ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) = ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) )
6 sumex โŠข ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ V
7 5 3 6 fvmpt โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐ป โ€˜ ๐ด ) = ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) )
8 7 oveq1d โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐ป โ€˜ ๐ด ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) )
9 fzfid โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( 1 ... ๐ด ) โˆˆ Fin )
10 2rp โŠข 2 โˆˆ โ„+
11 nnnn0 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ๐ด โˆˆ โ„•0 )
12 11 faccld โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• )
13 12 nnzd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค )
14 rpexpcl โŠข ( ( 2 โˆˆ โ„+ โˆง ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„+ )
15 10 13 14 sylancr โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„+ )
16 15 rpcnd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„‚ )
17 elfznn โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
18 fveq2 โŠข ( ๐‘Ž = ๐‘ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘Ž ) = ( ! โ€˜ ๐‘ ) )
19 18 negeqd โŠข ( ๐‘Ž = ๐‘ โ†’ - ( ! โ€˜ ๐‘Ž ) = - ( ! โ€˜ ๐‘ ) )
20 19 oveq2d โŠข ( ๐‘Ž = ๐‘ โ†’ ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘Ž ) ) = ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) )
21 ovex โŠข ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ V
22 20 1 21 fvmpt โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) = ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) )
23 17 22 syl โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) = ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) )
24 23 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) = ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) )
25 17 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
26 25 nnnn0d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„•0 )
27 26 faccld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„• )
28 27 nnzd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„ค )
29 28 znegcld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„ค )
30 rpexpcl โŠข ( ( 2 โˆˆ โ„+ โˆง - ( ! โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„+ )
31 10 29 30 sylancr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„+ )
32 31 rpcnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„‚ )
33 24 32 eqeltrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„‚ )
34 9 16 33 fsummulc1 โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) = ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) )
35 24 oveq1d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) )
36 13 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค )
37 2cnne0 โŠข ( 2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โ‰  0 )
38 expaddz โŠข ( ( ( 2 โˆˆ โ„‚ โˆง 2 โ‰  0 ) โˆง ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„ค โˆง ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค ) ) โ†’ ( 2 โ†‘ ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) + ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) )
39 37 38 mpan โŠข ( ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„ค โˆง ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( 2 โ†‘ ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) + ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) )
40 29 36 39 syl2anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( 2 โ†‘ ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) + ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) = ( ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) )
41 2z โŠข 2 โˆˆ โ„ค
42 29 zcnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„‚ )
43 36 zcnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„‚ )
44 42 43 addcomd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) + ( ! โ€˜ ๐ด ) ) = ( ( ! โ€˜ ๐ด ) + - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) )
45 27 nncnd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„‚ )
46 43 45 negsubd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐ด ) + - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) = ( ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) )
47 44 46 eqtrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) + ( ! โ€˜ ๐ด ) ) = ( ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) )
48 11 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„•0 )
49 elfzle2 โŠข ( ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) โ†’ ๐‘ โ‰ค ๐ด )
50 49 adantl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ๐‘ โ‰ค ๐ด )
51 facwordi โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ด โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘ โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) โ‰ค ( ! โ€˜ ๐ด ) )
52 26 48 50 51 syl3anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) โ‰ค ( ! โ€˜ ๐ด ) )
53 27 nnnn0d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„•0 )
54 48 faccld โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„• )
55 54 nnnn0d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 )
56 nn0sub โŠข ( ( ( ! โ€˜ ๐‘ ) โˆˆ โ„•0 โˆง ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘ ) โ‰ค ( ! โ€˜ ๐ด ) โ†” ( ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„•0 ) )
57 53 55 56 syl2anc โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘ ) โ‰ค ( ! โ€˜ ๐ด ) โ†” ( ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„•0 ) )
58 52 57 mpbid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐ด ) โˆ’ ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„•0 )
59 47 58 eqeltrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) + ( ! โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„•0 )
60 zexpcl โŠข ( ( 2 โˆˆ โ„ค โˆง ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) + ( ! โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( 2 โ†‘ ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) + ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„ค )
61 41 59 60 sylancr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( 2 โ†‘ ( - ( ! โ€˜ ๐‘ ) + ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„ค )
62 40 61 eqeltrrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ( 2 โ†‘ - ( ! โ€˜ ๐‘ ) ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„ค )
63 35 62 eqeltrd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„• โˆง ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ) โ†’ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„ค )
64 9 63 fsumzcl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„ค )
65 34 64 eqeltrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( ฮฃ ๐‘ โˆˆ ( 1 ... ๐ด ) ( ๐น โ€˜ ๐‘ ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„ค )
66 8 65 eqeltrd โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ๐ป โ€˜ ๐ด ) ยท ( 2 โ†‘ ( ! โ€˜ ๐ด ) ) ) โˆˆ โ„ค )