Metamath Proof Explorer


Theorem etransclem41

Description: P does not divide the P-1 -th derivative of F applied to 0 . This is the first part of case 2: proven in in Juillerat p. 13 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 5-Apr-2020)

Ref Expression
Hypotheses etransclem41.m โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„•0 )
etransclem41.p โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„™ )
etransclem41.mp โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) < ๐‘ƒ )
etransclem41.f โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ยท โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ( ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘— ) โ†‘ ๐‘ƒ ) ) )
Assertion etransclem41 ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ ( ( ( ( โ„ D๐‘› ๐น ) โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) โ€˜ 0 ) / ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 etransclem41.m โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„•0 )
2 etransclem41.p โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„™ )
3 etransclem41.mp โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) < ๐‘ƒ )
4 etransclem41.f โŠข ๐น = ( ๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ ( ( ๐‘ฅ โ†‘ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ยท โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ( ( ๐‘ฅ โˆ’ ๐‘— ) โ†‘ ๐‘ƒ ) ) )
5 1 faccld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ โ„• )
6 5 nnred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ โ„ )
7 prmnn โŠข ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„• )
8 2 7 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„• )
9 8 nnred โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„ )
10 6 9 ltnled โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ! โ€˜ ๐‘€ ) < ๐‘ƒ โ†” ยฌ ๐‘ƒ โ‰ค ( ! โ€˜ ๐‘€ ) ) )
11 3 10 mpbid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ๐‘ƒ โ‰ค ( ! โ€˜ ๐‘€ ) )
12 8 nnzd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„ค )
13 12 5 jca โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„ค โˆง ( ! โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ โ„• ) )
14 13 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆฅ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†’ ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„ค โˆง ( ! โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ โ„• ) )
15 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆฅ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘ƒ โˆฅ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) )
16 dvdsle โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„ค โˆง ( ! โ€˜ ๐‘€ ) โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ƒ โˆฅ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) โ†’ ๐‘ƒ โ‰ค ( ! โ€˜ ๐‘€ ) ) )
17 14 15 16 sylc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ƒ โˆฅ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) ) โ†’ ๐‘ƒ โ‰ค ( ! โ€˜ ๐‘€ ) )
18 11 17 mtand โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) )
19 fzfid โŠข ( โŠค โ†’ ( 1 ... ๐‘€ ) โˆˆ Fin )
20 elfzelz โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„ค )
21 20 znegcld โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ - ๐‘— โˆˆ โ„ค )
22 21 zcnd โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ - ๐‘— โˆˆ โ„‚ )
23 22 adantl โŠข ( ( โŠค โˆง ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ) โ†’ - ๐‘— โˆˆ โ„‚ )
24 19 23 fprodabs2 โŠข ( โŠค โ†’ ( abs โ€˜ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— ) = โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ( abs โ€˜ - ๐‘— ) )
25 24 mptru โŠข ( abs โ€˜ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— ) = โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ( abs โ€˜ - ๐‘— )
26 20 zcnd โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„‚ )
27 26 absnegd โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ - ๐‘— ) = ( abs โ€˜ ๐‘— ) )
28 20 zred โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ ๐‘— โˆˆ โ„ )
29 0red โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ 0 โˆˆ โ„ )
30 1red โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
31 0lt1 โŠข 0 < 1
32 31 a1i โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ 0 < 1 )
33 elfzle1 โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ 1 โ‰ค ๐‘— )
34 29 30 28 32 33 ltletrd โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ 0 < ๐‘— )
35 29 28 34 ltled โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ 0 โ‰ค ๐‘— )
36 28 35 absidd โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ ๐‘— ) = ๐‘— )
37 27 36 eqtrd โŠข ( ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) โ†’ ( abs โ€˜ - ๐‘— ) = ๐‘— )
38 37 prodeq2i โŠข โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ( abs โ€˜ - ๐‘— ) = โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ๐‘—
39 25 38 eqtri โŠข ( abs โ€˜ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— ) = โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ๐‘—
40 fprodfac โŠข ( ๐‘€ โˆˆ โ„•0 โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) = โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ๐‘— )
41 1 40 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) = โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ๐‘— )
42 39 41 eqtr4id โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( abs โ€˜ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— ) = ( ! โ€˜ ๐‘€ ) )
43 42 breq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ƒ โˆฅ ( abs โ€˜ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— ) โ†” ๐‘ƒ โˆฅ ( ! โ€˜ ๐‘€ ) ) )
44 18 43 mtbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ ( abs โ€˜ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— ) )
45 fzfid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 ... ๐‘€ ) โˆˆ Fin )
46 21 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ) โ†’ - ๐‘— โˆˆ โ„ค )
47 45 46 fprodzcl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โˆˆ โ„ค )
48 dvdsabsb โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„ค โˆง โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘ƒ โˆฅ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†” ๐‘ƒ โˆฅ ( abs โ€˜ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— ) ) )
49 12 47 48 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ƒ โˆฅ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†” ๐‘ƒ โˆฅ ( abs โ€˜ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— ) ) )
50 44 49 mtbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— )
51 prmdvdsexp โŠข ( ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„™ โˆง โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘ƒ โˆˆ โ„• ) โ†’ ( ๐‘ƒ โˆฅ ( โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†‘ ๐‘ƒ ) โ†” ๐‘ƒ โˆฅ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— ) )
52 2 47 8 51 syl3anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ƒ โˆฅ ( โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†‘ ๐‘ƒ ) โ†” ๐‘ƒ โˆฅ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— ) )
53 50 52 mtbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ ( โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†‘ ๐‘ƒ ) )
54 etransclem11 โŠข ( ๐‘š โˆˆ โ„•0 โ†ฆ { ๐‘‘ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘š ) โ†‘m ( 0 ... ๐‘€ ) ) โˆฃ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘€ ) ( ๐‘‘ โ€˜ ๐‘˜ ) = ๐‘š } ) = ( ๐‘› โˆˆ โ„•0 โ†ฆ { ๐‘ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘› ) โ†‘m ( 0 ... ๐‘€ ) ) โˆฃ ฮฃ ๐‘— โˆˆ ( 0 ... ๐‘€ ) ( ๐‘ โ€˜ ๐‘— ) = ๐‘› } )
55 eqeq1 โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘— โ†’ ( ๐‘˜ = 0 โ†” ๐‘— = 0 ) )
56 55 ifbid โŠข ( ๐‘˜ = ๐‘— โ†’ if ( ๐‘˜ = 0 , ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) , 0 ) = if ( ๐‘— = 0 , ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) , 0 ) )
57 56 cbvmptv โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘€ ) โ†ฆ if ( ๐‘˜ = 0 , ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) , 0 ) ) = ( ๐‘— โˆˆ ( 0 ... ๐‘€ ) โ†ฆ if ( ๐‘— = 0 , ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) , 0 ) )
58 8 1 4 54 57 etransclem35 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( โ„ D๐‘› ๐น ) โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) โ€˜ 0 ) = ( ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ยท ( โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†‘ ๐‘ƒ ) ) )
59 58 oveq1d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( โ„ D๐‘› ๐น ) โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) โ€˜ 0 ) / ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ) = ( ( ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ยท ( โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†‘ ๐‘ƒ ) ) / ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ) )
60 22 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) ) โ†’ - ๐‘— โˆˆ โ„‚ )
61 45 60 fprodcl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โˆˆ โ„‚ )
62 8 nnnn0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ โ„•0 )
63 61 62 expcld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†‘ ๐‘ƒ ) โˆˆ โ„‚ )
64 nnm1nn0 โŠข ( ๐‘ƒ โˆˆ โ„• โ†’ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) โˆˆ โ„•0 )
65 8 64 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) โˆˆ โ„•0 )
66 65 faccld โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) โˆˆ โ„• )
67 66 nncnd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) โˆˆ โ„‚ )
68 66 nnne0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) โ‰  0 )
69 63 67 68 divcan3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ยท ( โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†‘ ๐‘ƒ ) ) / ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ) = ( โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†‘ ๐‘ƒ ) )
70 59 69 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ( ( โ„ D๐‘› ๐น ) โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) โ€˜ 0 ) / ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ) = ( โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†‘ ๐‘ƒ ) )
71 70 breq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ƒ โˆฅ ( ( ( ( โ„ D๐‘› ๐น ) โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) โ€˜ 0 ) / ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ) โ†” ๐‘ƒ โˆฅ ( โˆ ๐‘— โˆˆ ( 1 ... ๐‘€ ) - ๐‘— โ†‘ ๐‘ƒ ) ) )
72 53 71 mtbird โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ยฌ ๐‘ƒ โˆฅ ( ( ( ( โ„ D๐‘› ๐น ) โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) โ€˜ 0 ) / ( ! โ€˜ ( ๐‘ƒ โˆ’ 1 ) ) ) )