Metamath Proof Explorer


Theorem logfac2

Description: Another expression for the logarithm of a factorial, in terms of the von Mangoldt function. Equation 9.2.7 of Shapiro, p. 329. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Apr-2016) (Revised by Mario Carneiro, 3-May-2016)

Ref Expression
Assertion logfac2 ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( log โ€˜ ( ! โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 flge0nn0 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 )
2 logfac โŠข ( ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„•0 โ†’ ( log โ€˜ ( ! โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ( log โ€˜ ๐‘› ) )
3 1 2 syl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( log โ€˜ ( ! โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ( log โ€˜ ๐‘› ) )
4 fzfid โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ Fin )
5 fzfid โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ Fin )
6 ssrab2 โŠข { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } โŠ† ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) )
7 ssfi โŠข ( ( ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆˆ Fin โˆง { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } โŠ† ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } โˆˆ Fin )
8 5 6 7 sylancl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } โˆˆ Fin )
9 flcl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค )
10 9 adantr โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค )
11 fznn โŠข ( ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ค โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โ†” ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
12 10 11 syl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โ†” ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) )
13 12 anbi1d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†” ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) ) )
14 nnre โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ )
15 14 ad2antlr โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ )
16 elfznn โŠข ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„• )
17 16 ad2antrl โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„• )
18 17 nnred โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„ )
19 reflcl โŠข ( ๐ด โˆˆ โ„ โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
20 19 ad3antrrr โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) โˆˆ โ„ )
21 simprr โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› )
22 nnz โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ค )
23 22 ad2antlr โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ค )
24 dvdsle โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘› โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› โ†’ ๐‘˜ โ‰ค ๐‘› ) )
25 23 17 24 syl2anc โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› โ†’ ๐‘˜ โ‰ค ๐‘› ) )
26 21 25 mpd โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ๐‘˜ โ‰ค ๐‘› )
27 elfzle2 โŠข ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ๐‘› โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) )
28 27 ad2antrl โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ๐‘› โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) )
29 15 18 20 26 28 letrd โŠข ( ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ๐‘˜ โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) )
30 29 expl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†’ ๐‘˜ โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) )
31 30 pm4.71rd โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†” ( ๐‘˜ โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) ) ) )
32 an12 โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†” ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) )
33 an21 โŠข ( ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†” ( ๐‘˜ โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) ) )
34 31 32 33 3bitr4g โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†” ( ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โ‰ค ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) ) )
35 13 34 bitr4d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) โ†” ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) ) )
36 breq2 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘› โ†’ ( ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ โ†” ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) )
37 36 elrab โŠข ( ๐‘› โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } โ†” ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) )
38 37 anbi2i โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ) โ†” ( ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) )
39 breq1 โŠข ( ๐‘ฅ = ๐‘˜ โ†’ ( ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘› โ†” ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) )
40 39 elrab โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ โ„• โˆฃ ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘› } โ†” ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) )
41 40 anbi2i โŠข ( ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ โ„• โˆฃ ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘› } ) โ†” ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆฅ ๐‘› ) ) )
42 35 38 41 3bitr4g โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ) โ†” ( ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ โ„• โˆฃ ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘› } ) ) )
43 elfznn โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„• )
44 43 adantl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„• )
45 vmacl โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ )
46 44 45 syl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ )
47 46 recnd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
48 47 adantrr โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆง ๐‘› โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ) ) โ†’ ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
49 4 4 8 42 48 fsumcom2 โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ฮฃ ๐‘› โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) = ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ โ„• โˆฃ ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘› } ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) )
50 fsumconst โŠข ( ( { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } โˆˆ Fin โˆง ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ฮฃ ๐‘› โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ) ยท ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
51 8 47 50 syl2anc โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ฮฃ ๐‘› โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) = ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ) ยท ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
52 fzfid โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) โˆˆ Fin )
53 simpll โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
54 eqid โŠข ( ๐‘š โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) โ†ฆ ( ๐‘˜ ยท ๐‘š ) ) = ( ๐‘š โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) โ†ฆ ( ๐‘˜ ยท ๐‘š ) )
55 53 44 54 dvdsflf1o โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐‘š โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) โ†ฆ ( ๐‘˜ ยท ๐‘š ) ) : ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) โ€“1-1-ontoโ†’ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } )
56 52 55 hasheqf1od โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) ) = ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ) )
57 simpl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ๐ด โˆˆ โ„ )
58 nndivre โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐ด / ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ )
59 57 43 58 syl2an โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ๐ด / ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ )
60 nngt0 โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ 0 < ๐‘˜ )
61 14 60 jca โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„ โˆง 0 < ๐‘˜ ) )
62 43 61 syl โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ โ„ โˆง 0 < ๐‘˜ ) )
63 divge0 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ( ๐‘˜ โˆˆ โ„ โˆง 0 < ๐‘˜ ) ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐ด / ๐‘˜ ) )
64 62 63 sylan2 โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ 0 โ‰ค ( ๐ด / ๐‘˜ ) )
65 flge0nn0 โŠข ( ( ( ๐ด / ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„•0 )
66 59 64 65 syl2anc โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„•0 )
67 hashfz1 โŠข ( ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„•0 โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) ) = ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) )
68 66 67 syl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) ) = ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) )
69 56 68 eqtr3d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ) = ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) )
70 69 oveq1d โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ) ยท ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ( ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ยท ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ) )
71 59 flcld โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„ค )
72 71 zcnd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„‚ )
73 72 47 mulcomd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ( ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ยท ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ) = ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) )
74 51 70 73 3eqtrd โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ฮฃ ๐‘› โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) = ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) )
75 74 sumeq2dv โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ฮฃ ๐‘› โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) โˆฃ ๐‘˜ โˆฅ ๐‘ฅ } ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) )
76 16 adantl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ๐‘› โˆˆ โ„• )
77 vmasum โŠข ( ๐‘› โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ โ„• โˆฃ ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘› } ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) = ( log โ€˜ ๐‘› ) )
78 76 77 syl โŠข ( ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โˆง ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ โ„• โˆฃ ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘› } ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) = ( log โ€˜ ๐‘› ) )
79 78 sumeq2dv โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘ฅ โˆˆ โ„• โˆฃ ๐‘ฅ โˆฅ ๐‘› } ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) = ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ( log โ€˜ ๐‘› ) )
80 49 75 79 3eqtr3d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) = ฮฃ ๐‘› โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ( log โ€˜ ๐‘› ) )
81 3 80 eqtr4d โŠข ( ( ๐ด โˆˆ โ„ โˆง 0 โ‰ค ๐ด ) โ†’ ( log โ€˜ ( ! โ€˜ ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 1 ... ( โŒŠ โ€˜ ๐ด ) ) ( ( ฮ› โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( โŒŠ โ€˜ ( ๐ด / ๐‘˜ ) ) ) )