Metamath Proof Explorer


Theorem eirrlem

Description: Lemma for eirr . (Contributed by Paul Chapman, 9-Feb-2008) (Revised by Mario Carneiro, 29-Apr-2014)

Ref Expression
Hypotheses eirr.1 โŠข ๐น = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) )
eirr.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„ค )
eirr.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โˆˆ โ„• )
eirr.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ e = ( ๐‘ƒ / ๐‘„ ) )
Assertion eirrlem ยฌ ๐œ‘

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 eirr.1 โŠข ๐น = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) )
2 eirr.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„ค )
3 eirr.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โˆˆ โ„• )
4 eirr.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ e = ( ๐‘ƒ / ๐‘„ ) )
5 fzfid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 ... ๐‘„ ) โˆˆ Fin )
6 elfznn0 โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
7 nn0z โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„ค )
8 1exp โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„ค โ†’ ( 1 โ†‘ ๐‘› ) = 1 )
9 7 8 syl โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†’ ( 1 โ†‘ ๐‘› ) = 1 )
10 9 oveq1d โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ( 1 โ†‘ ๐‘› ) / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) = ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) )
11 10 mpteq2ia โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( 1 โ†‘ ๐‘› ) / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) )
12 1 11 eqtr4i โŠข ๐น = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( 1 โ†‘ ๐‘› ) / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) )
13 12 eftval โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) = ( ( 1 โ†‘ ๐‘˜ ) / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
14 13 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) = ( ( 1 โ†‘ ๐‘˜ ) / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
15 ax-1cn โŠข 1 โˆˆ โ„‚
16 15 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โˆˆ โ„‚ )
17 eftcl โŠข ( ( 1 โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( 1 โ†‘ ๐‘˜ ) / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„‚ )
18 16 17 sylan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( 1 โ†‘ ๐‘˜ ) / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„‚ )
19 14 18 eqeltrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
20 6 19 sylan2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
21 5 20 fsumcl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
22 nn0uz โŠข โ„•0 = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 0 )
23 eqid โŠข ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) )
24 3 peano2nnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘„ + 1 ) โˆˆ โ„• )
25 24 nnnn0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘„ + 1 ) โˆˆ โ„•0 )
26 eqidd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) )
27 fveq2 โŠข ( ๐‘› = ๐‘˜ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘› ) = ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) )
28 27 oveq2d โŠข ( ๐‘› = ๐‘˜ โ†’ ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) = ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
29 ovex โŠข ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ V
30 28 1 29 fvmpt โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) = ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
31 30 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) = ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
32 faccl โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„• )
33 32 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„• )
34 33 nnrpd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„+ )
35 34 rpreccld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„+ )
36 31 35 eqeltrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„+ )
37 12 efcllem โŠข ( 1 โˆˆ โ„‚ โ†’ seq 0 ( + , ๐น ) โˆˆ dom โ‡ )
38 16 37 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ seq 0 ( + , ๐น ) โˆˆ dom โ‡ )
39 22 23 25 26 36 38 isumrpcl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„+ )
40 39 rpred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ )
41 40 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
42 esum โŠข e = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) )
43 30 sumeq2i โŠข ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) )
44 42 43 eqtr4i โŠข e = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ )
45 22 23 25 26 19 38 isumsplit โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) = ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ( ( ๐‘„ + 1 ) โˆ’ 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) + ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
46 44 45 eqtrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ e = ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ( ( ๐‘„ + 1 ) โˆ’ 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) + ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
47 3 nncnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โˆˆ โ„‚ )
48 pncan โŠข ( ( ๐‘„ โˆˆ โ„‚ โˆง 1 โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) โˆ’ 1 ) = ๐‘„ )
49 47 15 48 sylancl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) โˆ’ 1 ) = ๐‘„ )
50 49 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 0 ... ( ( ๐‘„ + 1 ) โˆ’ 1 ) ) = ( 0 ... ๐‘„ ) )
51 50 sumeq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ( ( ๐‘„ + 1 ) โˆ’ 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) )
52 51 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ( ( ๐‘„ + 1 ) โˆ’ 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) + ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) + ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
53 46 52 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ e = ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) + ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
54 21 41 53 mvrladdd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( e โˆ’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) )
55 54 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( e โˆ’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) = ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
56 3 nnnn0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โˆˆ โ„•0 )
57 56 faccld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘„ ) โˆˆ โ„• )
58 57 nncnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘„ ) โˆˆ โ„‚ )
59 ere โŠข e โˆˆ โ„
60 59 recni โŠข e โˆˆ โ„‚
61 60 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ e โˆˆ โ„‚ )
62 58 61 21 subdid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( e โˆ’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) = ( ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท e ) โˆ’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) )
63 55 62 eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ( ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท e ) โˆ’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) )
64 4 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท e ) = ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐‘ƒ / ๐‘„ ) ) )
65 2 zcnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„‚ )
66 3 nnne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โ‰  0 )
67 58 65 47 66 div12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐‘ƒ / ๐‘„ ) ) = ( ๐‘ƒ ยท ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) / ๐‘„ ) ) )
68 64 67 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท e ) = ( ๐‘ƒ ยท ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) / ๐‘„ ) ) )
69 3 nnred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โˆˆ โ„ )
70 69 leidd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โ‰ค ๐‘„ )
71 facdiv โŠข ( ( ๐‘„ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘„ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘„ โ‰ค ๐‘„ ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) / ๐‘„ ) โˆˆ โ„• )
72 56 3 70 71 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) / ๐‘„ ) โˆˆ โ„• )
73 72 nnzd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) / ๐‘„ ) โˆˆ โ„ค )
74 2 73 zmulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ƒ ยท ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) / ๐‘„ ) ) โˆˆ โ„ค )
75 68 74 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท e ) โˆˆ โ„ค )
76 5 58 20 fsummulc2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
77 6 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
78 77 30 syl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) = ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
79 78 oveq2d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) )
80 58 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘„ ) โˆˆ โ„‚ )
81 6 33 sylan2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„• )
82 81 nncnd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
83 facne0 โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰  0 )
84 77 83 syl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰  0 )
85 80 82 84 divrecd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) )
86 79 85 eqtr4d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
87 permnn โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„• )
88 87 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) / ( ! โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„• )
89 86 88 eqeltrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„• )
90 89 nnzd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ) โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„ค )
91 5 90 fsumzcl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„ค )
92 76 91 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„ค )
93 75 92 zsubcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท e ) โˆ’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘„ ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) ) โˆˆ โ„ค )
94 63 93 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„ค )
95 0zd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โˆˆ โ„ค )
96 57 nnrpd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘„ ) โˆˆ โ„+ )
97 96 39 rpmulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„+ )
98 97 rpgt0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
99 24 peano2nnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) โˆˆ โ„• )
100 99 nnred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) โˆˆ โ„ )
101 25 faccld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) โˆˆ โ„• )
102 101 24 nnmulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) โˆˆ โ„• )
103 100 102 nndivred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) โˆˆ โ„ )
104 57 nnrecred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) โˆˆ โ„ )
105 abs1 โŠข ( abs โ€˜ 1 ) = 1
106 105 oveq1i โŠข ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ๐‘› ) = ( 1 โ†‘ ๐‘› )
107 106 oveq1i โŠข ( ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ๐‘› ) / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) = ( ( 1 โ†‘ ๐‘› ) / ( ! โ€˜ ๐‘› ) )
108 107 mpteq2i โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ๐‘› ) / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( 1 โ†‘ ๐‘› ) / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) )
109 12 108 eqtr4i โŠข ๐น = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ๐‘› ) / ( ! โ€˜ ๐‘› ) ) )
110 eqid โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ( ๐‘„ + 1 ) ) / ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ) ยท ( ( 1 / ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) ) โ†‘ ๐‘› ) ) ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ ( ( ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ( ๐‘„ + 1 ) ) / ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ) ยท ( ( 1 / ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) ) โ†‘ ๐‘› ) ) )
111 1le1 โŠข 1 โ‰ค 1
112 105 111 eqbrtri โŠข ( abs โ€˜ 1 ) โ‰ค 1
113 112 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ 1 ) โ‰ค 1 )
114 12 109 110 24 16 113 eftlub โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โ‰ค ( ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) ) )
115 39 rprege0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
116 absid โŠข ( ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โ†’ ( abs โ€˜ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) )
117 115 116 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) )
118 105 oveq1i โŠข ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ( ๐‘„ + 1 ) ) = ( 1 โ†‘ ( ๐‘„ + 1 ) )
119 24 nnzd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘„ + 1 ) โˆˆ โ„ค )
120 1exp โŠข ( ( ๐‘„ + 1 ) โˆˆ โ„ค โ†’ ( 1 โ†‘ ( ๐‘„ + 1 ) ) = 1 )
121 119 120 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 โ†‘ ( ๐‘„ + 1 ) ) = 1 )
122 118 121 eqtrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ( ๐‘„ + 1 ) ) = 1 )
123 122 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) ) = ( 1 ยท ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) ) )
124 103 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
125 124 mullidd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 ยท ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) ) = ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) )
126 123 125 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( abs โ€˜ 1 ) โ†‘ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) ) = ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) )
127 114 117 126 3brtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰ค ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) )
128 24 nnred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘„ + 1 ) โˆˆ โ„ )
129 128 128 readdcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) + ( ๐‘„ + 1 ) ) โˆˆ โ„ )
130 128 128 remulcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) โˆˆ โ„ )
131 1red โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
132 3 nnge1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 โ‰ค ๐‘„ )
133 1nn โŠข 1 โˆˆ โ„•
134 nnleltp1 โŠข ( ( 1 โˆˆ โ„• โˆง ๐‘„ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 โ‰ค ๐‘„ โ†” 1 < ( ๐‘„ + 1 ) ) )
135 133 3 134 sylancr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 โ‰ค ๐‘„ โ†” 1 < ( ๐‘„ + 1 ) ) )
136 132 135 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 1 < ( ๐‘„ + 1 ) )
137 131 128 128 136 ltadd2dd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) < ( ( ๐‘„ + 1 ) + ( ๐‘„ + 1 ) ) )
138 24 nncnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘„ + 1 ) โˆˆ โ„‚ )
139 138 2timesd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) = ( ( ๐‘„ + 1 ) + ( ๐‘„ + 1 ) ) )
140 df-2 โŠข 2 = ( 1 + 1 )
141 131 69 131 132 leadd1dd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 + 1 ) โ‰ค ( ๐‘„ + 1 ) )
142 140 141 eqbrtrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โ‰ค ( ๐‘„ + 1 ) )
143 2re โŠข 2 โˆˆ โ„
144 143 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 2 โˆˆ โ„ )
145 24 nngt0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( ๐‘„ + 1 ) )
146 lemul1 โŠข ( ( 2 โˆˆ โ„ โˆง ( ๐‘„ + 1 ) โˆˆ โ„ โˆง ( ( ๐‘„ + 1 ) โˆˆ โ„ โˆง 0 < ( ๐‘„ + 1 ) ) ) โ†’ ( 2 โ‰ค ( ๐‘„ + 1 ) โ†” ( 2 ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) โ‰ค ( ( ๐‘„ + 1 ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) )
147 144 128 128 145 146 syl112anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 โ‰ค ( ๐‘„ + 1 ) โ†” ( 2 ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) โ‰ค ( ( ๐‘„ + 1 ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) )
148 142 147 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 2 ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) โ‰ค ( ( ๐‘„ + 1 ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) )
149 139 148 eqbrtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) + ( ๐‘„ + 1 ) ) โ‰ค ( ( ๐‘„ + 1 ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) )
150 100 129 130 137 149 ltletrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) < ( ( ๐‘„ + 1 ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) )
151 facp1 โŠข ( ๐‘„ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) = ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) )
152 56 151 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) = ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) )
153 152 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) = ( ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) )
154 101 nncnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) โˆˆ โ„‚ )
155 57 nnne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘„ ) โ‰  0 )
156 154 58 155 divrecd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) = ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) ) )
157 138 58 155 divcan3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) = ( ๐‘„ + 1 ) )
158 153 156 157 3eqtr3rd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘„ + 1 ) = ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) ) )
159 158 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) = ( ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) )
160 104 recnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) โˆˆ โ„‚ )
161 154 160 138 mul32d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) = ( ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) ) )
162 159 161 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) = ( ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) ) )
163 150 162 breqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) < ( ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) ) )
164 102 nnred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) โˆˆ โ„ )
165 102 nngt0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) )
166 ltdivmul โŠข ( ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) โˆˆ โ„ โˆง ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) โˆˆ โ„ โˆง ( ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) โˆˆ โ„ โˆง 0 < ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) ) โ†’ ( ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) < ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) โ†” ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) < ( ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) ) ) )
167 100 104 164 165 166 syl112anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) < ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) โ†” ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) < ( ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) ) ) )
168 163 167 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ๐‘„ + 1 ) + 1 ) / ( ( ! โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ยท ( ๐‘„ + 1 ) ) ) < ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) )
169 40 103 104 127 168 lelttrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) < ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) )
170 40 131 96 ltmuldiv2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) < 1 โ†” ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) < ( 1 / ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ) ) )
171 169 170 mpbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) < 1 )
172 0p1e1 โŠข ( 0 + 1 ) = 1
173 171 172 breqtrrdi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) < ( 0 + 1 ) )
174 btwnnz โŠข ( ( 0 โˆˆ โ„ค โˆง 0 < ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆง ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) < ( 0 + 1 ) ) โ†’ ยฌ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„ค )
175 95 98 173 174 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ( ( ! โ€˜ ๐‘„ ) ยท ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ( ๐‘„ + 1 ) ) ( ๐น โ€˜ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„ค )
176 94 175 pm2.65i โŠข ยฌ ๐œ‘