Metamath Proof Explorer


Theorem birthdaylem2

Description: For general N and K , count the fraction of injective functions from 1 ... K to 1 ... N . (Contributed by Mario Carneiro, 7-May-2015)

Ref Expression
Hypotheses birthday.s ⊢ S = f | f : 1 … K ⟶ 1 … N
birthday.t ⊢ T = f | f : 1 … K ⟶ 1-1 1 … N
Assertion birthdaylem2 ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → T S = e ∑ k = 0 K − 1 log ⁡ 1 − k N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 birthday.s ⊢ S = f | f : 1 … K ⟶ 1 … N
2 birthday.t ⊢ T = f | f : 1 … K ⟶ 1-1 1 … N
3 2 fveq2i ⊢ T = f | f : 1 … K ⟶ 1-1 1 … N
4 fzfi ⊢ 1 … K ∈ Fin
5 fzfi ⊢ 1 … N ∈ Fin
6 hashf1 ⊢ 1 … K ∈ Fin ∧ 1 … N ∈ Fin → f | f : 1 … K ⟶ 1-1 1 … N = 1 … K ! ⁢ ( 1 … N 1 … K)
7 4 5 6 mp2an ⊢ f | f : 1 … K ⟶ 1-1 1 … N = 1 … K ! ⁢ ( 1 … N 1 … K)
8 3 7 eqtri ⊢ T = 1 … K ! ⁢ ( 1 … N 1 … K)
9 elfznn0 ⊢ K ∈ 0 … N → K ∈ ℕ 0
10 9 adantl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K ∈ ℕ 0
11 hashfz1 ⊢ K ∈ ℕ 0 → 1 … K = K
12 10 11 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … K = K
13 12 fveq2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … K ! = K !
14 nnnn0 ⊢ N ∈ ℕ → N ∈ ℕ 0
15 hashfz1 ⊢ N ∈ ℕ 0 → 1 … N = N
16 14 15 syl ⊢ N ∈ ℕ → 1 … N = N
17 16 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … N = N
18 17 12 oveq12d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ( 1 … N 1 … K) = ( N K)
19 13 18 oveq12d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … K ! ⁢ ( 1 … N 1 … K) = K ! ⁢ ( N K)
20 8 19 eqtrid ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → T = K ! ⁢ ( N K)
21 14 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ∈ ℕ 0
22 21 faccld ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ! ∈ ℕ
23 22 nncnd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ! ∈ ℂ
24 fznn0sub ⊢ K ∈ 0 … N → N − K ∈ ℕ 0
25 24 adantl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ∈ ℕ 0
26 25 faccld ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ! ∈ ℕ
27 26 nncnd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ! ∈ ℂ
28 26 nnne0d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ! ≠ 0
29 23 27 28 divcld ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ! N − K ! ∈ ℂ
30 10 faccld ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K ! ∈ ℕ
31 30 nncnd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K ! ∈ ℂ
32 30 nnne0d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K ! ≠ 0
33 29 31 32 divcan2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K ! ⁢ N ! N − K ! K ! = N ! N − K !
34 bcval2 ⊢ K ∈ 0 … N → ( N K) = N ! N − K ! ⁢ K !
35 34 adantl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ( N K) = N ! N − K ! ⁢ K !
36 23 27 31 28 32 divdiv1d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ! N − K ! K ! = N ! N − K ! ⁢ K !
37 35 36 eqtr4d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ( N K) = N ! N − K ! K !
38 37 oveq2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K ! ⁢ ( N K) = K ! ⁢ N ! N − K ! K !
39 fzfid ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … N ∈ Fin
40 elfznn ⊢ n ∈ 1 … N → n ∈ ℕ
41 40 adantl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ 1 … N → n ∈ ℕ
42 nnrp ⊢ n ∈ ℕ → n ∈ ℝ +
43 42 relogcld ⊢ n ∈ ℕ → log ⁡ n ∈ ℝ
44 43 recnd ⊢ n ∈ ℕ → log ⁡ n ∈ ℂ
45 41 44 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ 1 … N → log ⁡ n ∈ ℂ
46 39 45 fsumcl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = 1 N log ⁡ n ∈ ℂ
47 fzfid ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … N − K ∈ Fin
48 elfznn ⊢ n ∈ 1 … N − K → n ∈ ℕ
49 48 adantl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ 1 … N − K → n ∈ ℕ
50 49 44 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ 1 … N − K → log ⁡ n ∈ ℂ
51 47 50 fsumcl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = 1 N − K log ⁡ n ∈ ℂ
52 efsub ⊢ ∑ n = 1 N log ⁡ n ∈ ℂ ∧ ∑ n = 1 N − K log ⁡ n ∈ ℂ → e ∑ n = 1 N log ⁡ n − ∑ n = 1 N − K log ⁡ n = e ∑ n = 1 N log ⁡ n e ∑ n = 1 N − K log ⁡ n
53 46 51 52 syl2anc ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → e ∑ n = 1 N log ⁡ n − ∑ n = 1 N − K log ⁡ n = e ∑ n = 1 N log ⁡ n e ∑ n = 1 N − K log ⁡ n
54 25 nn0red ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ∈ ℝ
55 54 ltp1d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K < N - K + 1
56 fzdisj ⊢ N − K < N - K + 1 → 1 … N − K ∩ N - K + 1 … N = ∅
57 55 56 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … N − K ∩ N - K + 1 … N = ∅
58 fznn0sub2 ⊢ K ∈ 0 … N → N − K ∈ 0 … N
59 58 adantl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ∈ 0 … N
60 elfzle2 ⊢ N − K ∈ 0 … N → N − K ≤ N
61 59 60 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ≤ N
62 61 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K ∈ ℕ → N − K ≤ N
63 simpr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K ∈ ℕ → N − K ∈ ℕ
64 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
65 63 64 eleqtrdi ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K ∈ ℕ → N − K ∈ ℤ ≥ 1
66 nnz ⊢ N ∈ ℕ → N ∈ ℤ
67 66 ad2antrr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K ∈ ℕ → N ∈ ℤ
68 elfz5 ⊢ N − K ∈ ℤ ≥ 1 ∧ N ∈ ℤ → N − K ∈ 1 … N ↔ N − K ≤ N
69 65 67 68 syl2anc ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K ∈ ℕ → N − K ∈ 1 … N ↔ N − K ≤ N
70 62 69 mpbird ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K ∈ ℕ → N − K ∈ 1 … N
71 fzsplit ⊢ N − K ∈ 1 … N → 1 … N = 1 … N − K ∪ N - K + 1 … N
72 70 71 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K ∈ ℕ → 1 … N = 1 … N − K ∪ N - K + 1 … N
73 simpr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K = 0 → N − K = 0
74 73 oveq2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K = 0 → 1 … N − K = 1 … 0
75 fz10 ⊢ 1 … 0 = ∅
76 74 75 eqtrdi ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K = 0 → 1 … N − K = ∅
77 76 uneq1d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K = 0 → 1 … N − K ∪ N - K + 1 … N = ∅ ∪ N - K + 1 … N
78 uncom ⊢ ∅ ∪ N - K + 1 … N = N - K + 1 … N ∪ ∅
79 un0 ⊢ N - K + 1 … N ∪ ∅ = N - K + 1 … N
80 78 79 eqtri ⊢ ∅ ∪ N - K + 1 … N = N - K + 1 … N
81 73 oveq1d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K = 0 → N - K + 1 = 0 + 1
82 1e0p1 ⊢ 1 = 0 + 1
83 81 82 eqtr4di ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K = 0 → N - K + 1 = 1
84 83 oveq1d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K = 0 → N - K + 1 … N = 1 … N
85 80 84 eqtrid ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K = 0 → ∅ ∪ N - K + 1 … N = 1 … N
86 77 85 eqtr2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ N − K = 0 → 1 … N = 1 … N − K ∪ N - K + 1 … N
87 elnn0 ⊢ N − K ∈ ℕ 0 ↔ N − K ∈ ℕ ∨ N − K = 0
88 25 87 sylib ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ∈ ℕ ∨ N − K = 0
89 72 86 88 mpjaodan ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … N = 1 … N − K ∪ N - K + 1 … N
90 57 89 39 45 fsumsplit ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = 1 N log ⁡ n = ∑ n = 1 N − K log ⁡ n + ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n
91 90 oveq1d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = 1 N log ⁡ n − ∑ n = 1 N − K log ⁡ n = ∑ n = 1 N − K log ⁡ n + ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n - ∑ n = 1 N − K log ⁡ n
92 fzfid ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N - K + 1 … N ∈ Fin
93 nn0p1nn ⊢ N − K ∈ ℕ 0 → N - K + 1 ∈ ℕ
94 25 93 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N - K + 1 ∈ ℕ
95 elfzuz ⊢ n ∈ N - K + 1 … N → n ∈ ℤ ≥ N - K + 1
96 eluznn ⊢ N - K + 1 ∈ ℕ ∧ n ∈ ℤ ≥ N - K + 1 → n ∈ ℕ
97 94 95 96 syl2an ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ N - K + 1 … N → n ∈ ℕ
98 97 44 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ N - K + 1 … N → log ⁡ n ∈ ℂ
99 92 98 fsumcl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n ∈ ℂ
100 51 99 pncan2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = 1 N − K log ⁡ n + ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n - ∑ n = 1 N − K log ⁡ n = ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n
101 91 100 eqtr2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n = ∑ n = 1 N log ⁡ n − ∑ n = 1 N − K log ⁡ n
102 101 fveq2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → e ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n = e ∑ n = 1 N log ⁡ n − ∑ n = 1 N − K log ⁡ n
103 22 nnne0d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ! ≠ 0
104 eflog ⊢ N ! ∈ ℂ ∧ N ! ≠ 0 → e log ⁡ N ! = N !
105 23 103 104 syl2anc ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → e log ⁡ N ! = N !
106 logfac ⊢ N ∈ ℕ 0 → log ⁡ N ! = ∑ n = 1 N log ⁡ n
107 21 106 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → log ⁡ N ! = ∑ n = 1 N log ⁡ n
108 107 fveq2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → e log ⁡ N ! = e ∑ n = 1 N log ⁡ n
109 105 108 eqtr3d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ! = e ∑ n = 1 N log ⁡ n
110 eflog ⊢ N − K ! ∈ ℂ ∧ N − K ! ≠ 0 → e log ⁡ N − K ! = N − K !
111 27 28 110 syl2anc ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → e log ⁡ N − K ! = N − K !
112 logfac ⊢ N − K ∈ ℕ 0 → log ⁡ N − K ! = ∑ n = 1 N − K log ⁡ n
113 25 112 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → log ⁡ N − K ! = ∑ n = 1 N − K log ⁡ n
114 113 fveq2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → e log ⁡ N − K ! = e ∑ n = 1 N − K log ⁡ n
115 111 114 eqtr3d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ! = e ∑ n = 1 N − K log ⁡ n
116 109 115 oveq12d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ! N − K ! = e ∑ n = 1 N log ⁡ n e ∑ n = 1 N − K log ⁡ n
117 53 102 116 3eqtr4d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → e ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n = N ! N − K !
118 33 38 117 3eqtr4d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K ! ⁢ ( N K) = e ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n
119 20 118 eqtrd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → T = e ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n
120 mapvalg ⊢ 1 … N ∈ Fin ∧ 1 … K ∈ Fin → 1 … N 1 … K = f | f : 1 … K ⟶ 1 … N
121 5 4 120 mp2an ⊢ 1 … N 1 … K = f | f : 1 … K ⟶ 1 … N
122 1 121 eqtr4i ⊢ S = 1 … N 1 … K
123 122 fveq2i ⊢ S = 1 … N 1 … K
124 hashmap ⊢ 1 … N ∈ Fin ∧ 1 … K ∈ Fin → 1 … N 1 … K = 1 … N 1 … K
125 5 4 124 mp2an ⊢ 1 … N 1 … K = 1 … N 1 … K
126 123 125 eqtri ⊢ S = 1 … N 1 … K
127 17 12 oveq12d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … N 1 … K = N K
128 126 127 eqtrid ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → S = N K
129 nncn ⊢ N ∈ ℕ → N ∈ ℂ
130 129 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ∈ ℂ
131 nnne0 ⊢ N ∈ ℕ → N ≠ 0
132 131 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ≠ 0
133 elfzelz ⊢ K ∈ 0 … N → K ∈ ℤ
134 133 adantl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K ∈ ℤ
135 explog ⊢ N ∈ ℂ ∧ N ≠ 0 ∧ K ∈ ℤ → N K = e K ⁢ log ⁡ N
136 130 132 134 135 syl3anc ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N K = e K ⁢ log ⁡ N
137 128 136 eqtrd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → S = e K ⁢ log ⁡ N
138 119 137 oveq12d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → T S = e ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n e K ⁢ log ⁡ N
139 10 nn0cnd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K ∈ ℂ
140 nnrp ⊢ N ∈ ℕ → N ∈ ℝ +
141 140 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ∈ ℝ +
142 141 relogcld ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → log ⁡ N ∈ ℝ
143 142 recnd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → log ⁡ N ∈ ℂ
144 139 143 mulcld ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K ⁢ log ⁡ N ∈ ℂ
145 efsub ⊢ ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n ∈ ℂ ∧ K ⁢ log ⁡ N ∈ ℂ → e ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − K ⁢ log ⁡ N = e ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n e K ⁢ log ⁡ N
146 99 144 145 syl2anc ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → e ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − K ⁢ log ⁡ N = e ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n e K ⁢ log ⁡ N
147 relogdiv ⊢ n ∈ ℝ + ∧ N ∈ ℝ + → log ⁡ n N = log ⁡ n − log ⁡ N
148 42 141 147 syl2anr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ ℕ → log ⁡ n N = log ⁡ n − log ⁡ N
149 97 148 syldan ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ N - K + 1 … N → log ⁡ n N = log ⁡ n − log ⁡ N
150 149 sumeq2dv ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n N = ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − log ⁡ N
151 66 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N ∈ ℤ
152 25 nn0zd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ∈ ℤ
153 152 peano2zd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N - K + 1 ∈ ℤ
154 97 nnrpd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ N - K + 1 … N → n ∈ ℝ +
155 141 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ N - K + 1 … N → N ∈ ℝ +
156 154 155 rpdivcld ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ N - K + 1 … N → n N ∈ ℝ +
157 156 relogcld ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ N - K + 1 … N → log ⁡ n N ∈ ℝ
158 157 recnd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ N - K + 1 … N → log ⁡ n N ∈ ℂ
159 fvoveq1 ⊢ n = N − k → log ⁡ n N = log ⁡ N − k N
160 151 153 151 158 159 fsumrev ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n N = ∑ k = N − N N − N - K + 1 log ⁡ N − k N
161 130 subidd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − N = 0
162 1cnd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 ∈ ℂ
163 130 139 162 subsubd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K − 1 = N - K + 1
164 163 oveq2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − N − K − 1 = N − N - K + 1
165 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
166 subcl ⊢ K ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → K − 1 ∈ ℂ
167 139 165 166 sylancl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K − 1 ∈ ℂ
168 130 167 nncand ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − N − K − 1 = K − 1
169 164 168 eqtr3d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − N - K + 1 = K − 1
170 161 169 oveq12d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − N … N − N - K + 1 = 0 … K − 1
171 130 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ k ∈ 0 … K − 1 → N ∈ ℂ
172 elfznn0 ⊢ k ∈ 0 … K − 1 → k ∈ ℕ 0
173 172 adantl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ k ∈ 0 … K − 1 → k ∈ ℕ 0
174 173 nn0cnd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ k ∈ 0 … K − 1 → k ∈ ℂ
175 132 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ k ∈ 0 … K − 1 → N ≠ 0
176 171 174 171 175 divsubdird ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ k ∈ 0 … K − 1 → N − k N = N N − k N
177 171 175 dividd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ k ∈ 0 … K − 1 → N N = 1
178 177 oveq1d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ k ∈ 0 … K − 1 → N N − k N = 1 − k N
179 176 178 eqtrd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ k ∈ 0 … K − 1 → N − k N = 1 − k N
180 179 fveq2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ k ∈ 0 … K − 1 → log ⁡ N − k N = log ⁡ 1 − k N
181 170 180 sumeq12rdv ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ k = N − N N − N - K + 1 log ⁡ N − k N = ∑ k = 0 K − 1 log ⁡ 1 − k N
182 160 181 eqtrd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n N = ∑ k = 0 K − 1 log ⁡ 1 − k N
183 143 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N ∧ n ∈ N - K + 1 … N → log ⁡ N ∈ ℂ
184 92 98 183 fsumsub ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − log ⁡ N = ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ N
185 fsumconst ⊢ N - K + 1 … N ∈ Fin ∧ log ⁡ N ∈ ℂ → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ N = N - K + 1 … N ⁢ log ⁡ N
186 92 143 185 syl2anc ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ N = N - K + 1 … N ⁢ log ⁡ N
187 1zzd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 ∈ ℤ
188 fzen ⊢ 1 ∈ ℤ ∧ K ∈ ℤ ∧ N − K ∈ ℤ → 1 … K ≈ 1 + N - K … K + N - K
189 187 134 152 188 syl3anc ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … K ≈ 1 + N - K … K + N - K
190 25 nn0cnd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N − K ∈ ℂ
191 addcom ⊢ 1 ∈ ℂ ∧ N − K ∈ ℂ → 1 + N - K = N - K + 1
192 165 190 191 sylancr ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 + N - K = N - K + 1
193 139 130 pncan3d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → K + N - K = N
194 192 193 oveq12d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 + N - K … K + N - K = N - K + 1 … N
195 189 194 breqtrd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … K ≈ N - K + 1 … N
196 hasheni ⊢ 1 … K ≈ N - K + 1 … N → 1 … K = N - K + 1 … N
197 195 196 syl ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → 1 … K = N - K + 1 … N
198 197 12 eqtr3d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N - K + 1 … N = K
199 198 oveq1d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → N - K + 1 … N ⁢ log ⁡ N = K ⁢ log ⁡ N
200 186 199 eqtrd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ N = K ⁢ log ⁡ N
201 200 oveq2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ N = ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − K ⁢ log ⁡ N
202 184 201 eqtrd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − log ⁡ N = ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − K ⁢ log ⁡ N
203 150 182 202 3eqtr3rd ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − K ⁢ log ⁡ N = ∑ k = 0 K − 1 log ⁡ 1 − k N
204 203 fveq2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → e ∑ n = N - K + 1 N log ⁡ n − K ⁢ log ⁡ N = e ∑ k = 0 K − 1 log ⁡ 1 − k N
205 138 146 204 3eqtr2d ⊢ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N → T S = e ∑ k = 0 K − 1 log ⁡ 1 − k N