Metamath Proof Explorer


Theorem faclimlem3

Description: Lemma for faclim . Algebraic manipulation for the final induction. (Contributed by Scott Fenton, 15-Dec-2017)

Ref Expression
Assertion faclimlem3 ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ( ๐‘€ + 1 ) ) / ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) ) = ( ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( ( ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) / ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 1rp โŠข 1 โˆˆ โ„+
2 1 a1i โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ 1 โˆˆ โ„+ )
3 nnrp โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„• โ†’ ๐ต โˆˆ โ„+ )
4 3 rpreccld โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„• โ†’ ( 1 / ๐ต ) โˆˆ โ„+ )
5 4 adantl โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 / ๐ต ) โˆˆ โ„+ )
6 2 5 rpaddcld โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โˆˆ โ„+ )
7 6 rpcnd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โˆˆ โ„‚ )
8 simpl โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„•0 )
9 7 8 expp1d โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ( ๐‘€ + 1 ) ) = ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) )
10 1 a1i โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„• โ†’ 1 โˆˆ โ„+ )
11 10 4 rpaddcld โŠข ( ๐ต โˆˆ โ„• โ†’ ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โˆˆ โ„+ )
12 nn0z โŠข ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„ค )
13 rpexpcl โŠข ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โˆˆ โ„+ โˆง ๐‘€ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„+ )
14 11 12 13 syl2anr โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„+ )
15 14 rpcnd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) โˆˆ โ„‚ )
16 1cnd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ 1 โˆˆ โ„‚ )
17 nn0nndivcl โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘€ / ๐ต ) โˆˆ โ„ )
18 17 recnd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘€ / ๐ต ) โˆˆ โ„‚ )
19 16 18 addcomd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) = ( ( ๐‘€ / ๐ต ) + 1 ) )
20 nn0ge0div โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐‘€ / ๐ต ) )
21 17 20 ge0p1rpd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘€ / ๐ต ) + 1 ) โˆˆ โ„+ )
22 19 21 eqeltrd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) โˆˆ โ„+ )
23 22 rpcnd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) โˆˆ โ„‚ )
24 22 rpne0d โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) โ‰  0 )
25 15 23 24 divcan1d โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) = ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) )
26 25 oveq1d โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) = ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) )
27 14 22 rpdivcld โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„+ )
28 27 rpcnd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
29 28 23 7 mulassd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) = ( ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) ) )
30 9 26 29 3eqtr2d โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ( ๐‘€ + 1 ) ) = ( ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) ) )
31 30 oveq1d โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ( ๐‘€ + 1 ) ) / ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) ) = ( ( ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) ) / ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) ) )
32 22 6 rpmulcld โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„+ )
33 32 rpcnd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
34 nn0p1nn โŠข ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐‘€ + 1 ) โˆˆ โ„• )
35 34 nnrpd โŠข ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ๐‘€ + 1 ) โˆˆ โ„+ )
36 35 adantr โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘€ + 1 ) โˆˆ โ„+ )
37 3 adantl โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ๐ต โˆˆ โ„+ )
38 36 37 rpdivcld โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) โˆˆ โ„+ )
39 2 38 rpaddcld โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) โˆˆ โ„+ )
40 39 rpcnd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) โˆˆ โ„‚ )
41 39 rpne0d โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) โ‰  0 )
42 28 33 40 41 divassd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) ) / ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) ) = ( ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( ( ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) / ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) ) ) )
43 31 42 eqtrd โŠข ( ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐ต โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ( ๐‘€ + 1 ) ) / ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) ) = ( ( ( ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) โ†‘ ๐‘€ ) / ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ) ยท ( ( ( 1 + ( ๐‘€ / ๐ต ) ) ยท ( 1 + ( 1 / ๐ต ) ) ) / ( 1 + ( ( ๐‘€ + 1 ) / ๐ต ) ) ) ) )