Metamath Proof Explorer


Theorem inductionexd

Description: Simple induction example. (Contributed by Stanislas Polu, 9-Mar-2020)

Ref Expression
Assertion inductionexd ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘ ) + 5 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = 1 โ†’ ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) = ( 4 โ†‘ 1 ) )
2 1 oveq1d โŠข ( ๐‘˜ = 1 โ†’ ( ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) + 5 ) = ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 ) )
3 2 breq2d โŠข ( ๐‘˜ = 1 โ†’ ( 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) + 5 ) โ†” 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 ) ) )
4 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘› โ†’ ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) = ( 4 โ†‘ ๐‘› ) )
5 4 oveq1d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘› โ†’ ( ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) + 5 ) = ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) )
6 5 breq2d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘› โ†’ ( 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) + 5 ) โ†” 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) )
7 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = ( ๐‘› + 1 ) โ†’ ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) = ( 4 โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) )
8 7 oveq1d โŠข ( ๐‘˜ = ( ๐‘› + 1 ) โ†’ ( ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) + 5 ) = ( ( 4 โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) + 5 ) )
9 8 breq2d โŠข ( ๐‘˜ = ( ๐‘› + 1 ) โ†’ ( 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) + 5 ) โ†” 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) + 5 ) ) )
10 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘ โ†’ ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) = ( 4 โ†‘ ๐‘ ) )
11 10 oveq1d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘ โ†’ ( ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) + 5 ) = ( ( 4 โ†‘ ๐‘ ) + 5 ) )
12 11 breq2d โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘ โ†’ ( 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘˜ ) + 5 ) โ†” 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘ ) + 5 ) ) )
13 3z โŠข 3 โˆˆ โ„ค
14 4z โŠข 4 โˆˆ โ„ค
15 1nn0 โŠข 1 โˆˆ โ„•0
16 zexpcl โŠข ( ( 4 โˆˆ โ„ค โˆง 1 โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( 4 โ†‘ 1 ) โˆˆ โ„ค )
17 14 15 16 mp2an โŠข ( 4 โ†‘ 1 ) โˆˆ โ„ค
18 5nn โŠข 5 โˆˆ โ„•
19 18 nnzi โŠข 5 โˆˆ โ„ค
20 zaddcl โŠข ( ( ( 4 โ†‘ 1 ) โˆˆ โ„ค โˆง 5 โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 ) โˆˆ โ„ค )
21 17 19 20 mp2an โŠข ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 ) โˆˆ โ„ค
22 13 13 21 3pm3.2i โŠข ( 3 โˆˆ โ„ค โˆง 3 โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 ) โˆˆ โ„ค )
23 3t3e9 โŠข ( 3 ยท 3 ) = 9
24 4nn0 โŠข 4 โˆˆ โ„•0
25 24 numexp1 โŠข ( 4 โ†‘ 1 ) = 4
26 25 oveq1i โŠข ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 ) = ( 4 + 5 )
27 5cn โŠข 5 โˆˆ โ„‚
28 4cn โŠข 4 โˆˆ โ„‚
29 5p4e9 โŠข ( 5 + 4 ) = 9
30 27 28 29 addcomli โŠข ( 4 + 5 ) = 9
31 26 30 eqtri โŠข ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 ) = 9
32 23 31 eqtr4i โŠข ( 3 ยท 3 ) = ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 )
33 dvds0lem โŠข ( ( ( 3 โˆˆ โ„ค โˆง 3 โˆˆ โ„ค โˆง ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 ) โˆˆ โ„ค ) โˆง ( 3 ยท 3 ) = ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 ) ) โ†’ 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 ) )
34 22 32 33 mp2an โŠข 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ 1 ) + 5 )
35 13 a1i โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ 3 โˆˆ โ„ค )
36 4nn โŠข 4 โˆˆ โ„•
37 36 a1i โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ 4 โˆˆ โ„• )
38 nnnn0 โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„•0 )
39 37 38 nnexpcld โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( 4 โ†‘ ๐‘› ) โˆˆ โ„• )
40 39 nnzd โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( 4 โ†‘ ๐‘› ) โˆˆ โ„ค )
41 40 adantr โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ ( 4 โ†‘ ๐‘› ) โˆˆ โ„ค )
42 19 a1i โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ 5 โˆˆ โ„ค )
43 41 42 zaddcld โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) โˆˆ โ„ค )
44 14 a1i โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ 4 โˆˆ โ„ค )
45 43 44 zmulcld โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ยท 4 ) โˆˆ โ„ค )
46 35 42 zmulcld โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ ( 3 ยท 5 ) โˆˆ โ„ค )
47 simpr โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) )
48 35 43 44 47 dvdsmultr1d โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ 3 โˆฅ ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ยท 4 ) )
49 dvdsmul1 โŠข ( ( 3 โˆˆ โ„ค โˆง 5 โˆˆ โ„ค ) โ†’ 3 โˆฅ ( 3 ยท 5 ) )
50 13 19 49 mp2an โŠข 3 โˆฅ ( 3 ยท 5 )
51 50 a1i โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ 3 โˆฅ ( 3 ยท 5 ) )
52 35 45 46 48 51 dvds2subd โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ 3 โˆฅ ( ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ยท 4 ) โˆ’ ( 3 ยท 5 ) ) )
53 39 nncnd โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( 4 โ†‘ ๐‘› ) โˆˆ โ„‚ )
54 27 a1i โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ 5 โˆˆ โ„‚ )
55 28 a1i โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ 4 โˆˆ โ„‚ )
56 53 54 55 adddird โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ยท 4 ) = ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) ยท 4 ) + ( 5 ยท 4 ) ) )
57 56 oveq1d โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ยท 4 ) โˆ’ 1 5 ) = ( ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) ยท 4 ) + ( 5 ยท 4 ) ) โˆ’ 1 5 ) )
58 3cn โŠข 3 โˆˆ โ„‚
59 5t3e15 โŠข ( 5 ยท 3 ) = 1 5
60 27 58 59 mulcomli โŠข ( 3 ยท 5 ) = 1 5
61 60 a1i โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( 3 ยท 5 ) = 1 5 )
62 61 oveq2d โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ยท 4 ) โˆ’ ( 3 ยท 5 ) ) = ( ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ยท 4 ) โˆ’ 1 5 ) )
63 55 38 expp1d โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( 4 โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) = ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) ยท 4 ) )
64 ax-1cn โŠข 1 โˆˆ โ„‚
65 3p1e4 โŠข ( 3 + 1 ) = 4
66 58 64 65 addcomli โŠข ( 1 + 3 ) = 4
67 66 eqcomi โŠข 4 = ( 1 + 3 )
68 67 oveq1i โŠข ( 4 โˆ’ 3 ) = ( ( 1 + 3 ) โˆ’ 3 )
69 64 58 pncan3oi โŠข ( ( 1 + 3 ) โˆ’ 3 ) = 1
70 68 69 eqtri โŠข ( 4 โˆ’ 3 ) = 1
71 70 oveq2i โŠข ( 5 ยท ( 4 โˆ’ 3 ) ) = ( 5 ยท 1 )
72 27 28 58 subdii โŠข ( 5 ยท ( 4 โˆ’ 3 ) ) = ( ( 5 ยท 4 ) โˆ’ ( 5 ยท 3 ) )
73 27 mulridi โŠข ( 5 ยท 1 ) = 5
74 71 72 73 3eqtr3ri โŠข 5 = ( ( 5 ยท 4 ) โˆ’ ( 5 ยท 3 ) )
75 59 eqcomi โŠข 1 5 = ( 5 ยท 3 )
76 75 oveq2i โŠข ( ( 5 ยท 4 ) โˆ’ 1 5 ) = ( ( 5 ยท 4 ) โˆ’ ( 5 ยท 3 ) )
77 74 76 eqtr4i โŠข 5 = ( ( 5 ยท 4 ) โˆ’ 1 5 )
78 77 a1i โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ 5 = ( ( 5 ยท 4 ) โˆ’ 1 5 ) )
79 63 78 oveq12d โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ( 4 โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) + 5 ) = ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) ยท 4 ) + ( ( 5 ยท 4 ) โˆ’ 1 5 ) ) )
80 53 55 mulcld โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) ยท 4 ) โˆˆ โ„‚ )
81 54 55 mulcld โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( 5 ยท 4 ) โˆˆ โ„‚ )
82 5nn0 โŠข 5 โˆˆ โ„•0
83 15 82 deccl โŠข 1 5 โˆˆ โ„•0
84 83 nn0cni โŠข 1 5 โˆˆ โ„‚
85 84 a1i โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ 1 5 โˆˆ โ„‚ )
86 80 81 85 addsubassd โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) ยท 4 ) + ( 5 ยท 4 ) ) โˆ’ 1 5 ) = ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) ยท 4 ) + ( ( 5 ยท 4 ) โˆ’ 1 5 ) ) )
87 79 86 eqtr4d โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ( 4 โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) + 5 ) = ( ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) ยท 4 ) + ( 5 ยท 4 ) ) โˆ’ 1 5 ) )
88 57 62 87 3eqtr4rd โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( ( 4 โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) + 5 ) = ( ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ยท 4 ) โˆ’ ( 3 ยท 5 ) ) )
89 88 adantr โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ ( ( 4 โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) + 5 ) = ( ( ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ยท 4 ) โˆ’ ( 3 ยท 5 ) ) )
90 52 89 breqtrrd โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ โ„• โˆง 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) ) โ†’ 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) + 5 ) )
91 90 ex โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ( 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘› ) + 5 ) โ†’ 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ( ๐‘› + 1 ) ) + 5 ) ) )
92 3 6 9 12 34 91 nnind โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ 3 โˆฅ ( ( 4 โ†‘ ๐‘ ) + 5 ) )