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Theorem faclbnd 9609
Description: A lower bound for the factorial function. (Contributed by NM, 17-Dec-2005.)
Assertion
Ref Expression
faclbnd ((𝑀 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))

Proof of Theorem faclbnd
Dummy variables 𝑗 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elnn0 8241 . 2 (𝑀 ∈ ℕ0 ↔ (𝑀 ∈ ℕ ∨ 𝑀 = 0))
2 oveq1 5547 . . . . . . . 8 (𝑗 = 0 → (𝑗 + 1) = (0 + 1))
32oveq2d 5556 . . . . . . 7 (𝑗 = 0 → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑(0 + 1)))
4 fveq2 5206 . . . . . . . 8 (𝑗 = 0 → (!‘𝑗) = (!‘0))
54oveq2d 5556 . . . . . . 7 (𝑗 = 0 → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀𝑀) · (!‘0)))
63, 5breq12d 3805 . . . . . 6 (𝑗 = 0 → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑(0 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘0))))
76imbi2d 223 . . . . 5 (𝑗 = 0 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(0 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘0)))))
8 oveq1 5547 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑘 → (𝑗 + 1) = (𝑘 + 1))
98oveq2d 5556 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑘 → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑(𝑘 + 1)))
10 fveq2 5206 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑘 → (!‘𝑗) = (!‘𝑘))
1110oveq2d 5556 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑘 → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)))
129, 11breq12d 3805 . . . . . 6 (𝑗 = 𝑘 → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))))
1312imbi2d 223 . . . . 5 (𝑗 = 𝑘 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)))))
14 oveq1 5547 . . . . . . . 8 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝑗 + 1) = ((𝑘 + 1) + 1))
1514oveq2d 5556 . . . . . . 7 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)))
16 fveq2 5206 . . . . . . . 8 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (!‘𝑗) = (!‘(𝑘 + 1)))
1716oveq2d 5556 . . . . . . 7 (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
1815, 17breq12d 3805 . . . . . 6 (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
1918imbi2d 223 . . . . 5 (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
20 oveq1 5547 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑁 → (𝑗 + 1) = (𝑁 + 1))
2120oveq2d 5556 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑁 → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑(𝑁 + 1)))
22 fveq2 5206 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑁 → (!‘𝑗) = (!‘𝑁))
2322oveq2d 5556 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑁 → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))
2421, 23breq12d 3805 . . . . . 6 (𝑗 = 𝑁 → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁))))
2524imbi2d 223 . . . . 5 (𝑗 = 𝑁 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))))
26 nnre 7997 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℝ)
27 nnge1 8013 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ ℕ → 1 ≤ 𝑀)
28 elnnuz 8605 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ ℕ ↔ 𝑀 ∈ (ℤ‘1))
2928biimpi 117 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ (ℤ‘1))
3026, 27, 29leexp2ad 9578 . . . . . 6 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑1) ≤ (𝑀𝑀))
31 0p1e1 8104 . . . . . . . 8 (0 + 1) = 1
3231oveq2i 5551 . . . . . . 7 (𝑀↑(0 + 1)) = (𝑀↑1)
3332a1i 9 . . . . . 6 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(0 + 1)) = (𝑀↑1))
34 fac0 9596 . . . . . . . 8 (!‘0) = 1
3534oveq2i 5551 . . . . . . 7 ((𝑀𝑀) · (!‘0)) = ((𝑀𝑀) · 1)
36 nnnn0 8246 . . . . . . . . . 10 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℕ0)
3726, 36reexpcld 9566 . . . . . . . . 9 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀𝑀) ∈ ℝ)
3837recnd 7113 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀𝑀) ∈ ℂ)
3938mulid1d 7102 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ ℕ → ((𝑀𝑀) · 1) = (𝑀𝑀))
4035, 39syl5eq 2100 . . . . . 6 (𝑀 ∈ ℕ → ((𝑀𝑀) · (!‘0)) = (𝑀𝑀))
4130, 33, 403brtr4d 3822 . . . . 5 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(0 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘0)))
4226ad3antrrr 469 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑀 ∈ ℝ)
43 simpllr 494 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
44 peano2nn0 8279 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
4543, 44syl 14 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
4642, 45reexpcld 9566 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ∈ ℝ)
4736ad3antrrr 469 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑀 ∈ ℕ0)
4842, 47reexpcld 9566 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀𝑀) ∈ ℝ)
4943faccld 9604 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
5049nnred 8003 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (!‘𝑘) ∈ ℝ)
5148, 50remulcld 7115 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) ∈ ℝ)
52 nn0re 8248 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℝ)
53 peano2re 7210 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℝ → (𝑘 + 1) ∈ ℝ)
5443, 52, 533syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑘 + 1) ∈ ℝ)
55 nngt0 8015 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑀 ∈ ℕ → 0 < 𝑀)
5655ad3antrrr 469 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 0 < 𝑀)
57 0re 7085 . . . . . . . . . . . . . . . 16 0 ∈ ℝ
58 ltle 7164 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((0 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ) → (0 < 𝑀 → 0 ≤ 𝑀))
5957, 58mpan 408 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑀 ∈ ℝ → (0 < 𝑀 → 0 ≤ 𝑀))
6042, 56, 59sylc 60 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 0 ≤ 𝑀)
6142, 45, 60expge0d 9567 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 0 ≤ (𝑀↑(𝑘 + 1)))
62 simplr 490 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)))
63 simprr 492 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))
6446, 51, 42, 54, 61, 60, 62, 63lemul12ad 7983 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀) ≤ (((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
6564anandis 534 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀) ≤ (((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
66 nncn 7998 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℂ)
67 expp1 9427 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℂ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) = ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀))
6866, 44, 67syl2an 277 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) = ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀))
6968adantr 265 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) = ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀))
70 facp1 9598 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
7170adantl 266 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
7271oveq2d 5556 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) = ((𝑀𝑀) · ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1))))
7338adantr 265 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀𝑀) ∈ ℂ)
74 faccl 9603 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
7574nncnd 8004 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘𝑘) ∈ ℂ)
7675adantl 266 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (!‘𝑘) ∈ ℂ)
77 nn0cn 8249 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℂ)
78 peano2cn 7209 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℂ → (𝑘 + 1) ∈ ℂ)
7977, 78syl 14 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℂ)
8079adantl 266 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 + 1) ∈ ℂ)
8173, 76, 80mulassd 7108 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)) = ((𝑀𝑀) · ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1))))
8272, 81eqtr4d 2091 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) = (((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
8382adantr 265 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) = (((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
8465, 69, 833brtr4d 3822 . . . . . . . . . 10 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
8584exp32 351 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
8685com23 76 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
87 nn0ltp1le 8364 . . . . . . . . . . 11 (((𝑘 + 1) ∈ ℕ0𝑀 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
8844, 36, 87syl2anr 278 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
89 peano2nn0 8279 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑘 + 1) ∈ ℕ0 → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0)
9044, 89syl 14 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0)
91 reexpcl 9437 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℝ ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ∈ ℝ)
9226, 90, 91syl2an 277 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ∈ ℝ)
9392adantr 265 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ∈ ℝ)
9437ad2antrr 465 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀𝑀) ∈ ℝ)
9544faccld 9604 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℕ)
9695nnred 8003 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ)
97 remulcl 7067 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑀𝑀) ∈ ℝ ∧ (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
9837, 96, 97syl2an 277 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
9998adantr 265 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
10026ad2antrr 465 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 𝑀 ∈ ℝ)
10127ad2antrr 465 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 1 ≤ 𝑀)
102 simpr 107 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀)
10390ad2antlr 466 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0)
104103nn0zd 8417 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℤ)
105 nnz 8321 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℤ)
106105ad2antrr 465 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
107 eluz 8582 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → (𝑀 ∈ (ℤ‘((𝑘 + 1) + 1)) ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
108104, 106, 107syl2anc 397 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀 ∈ (ℤ‘((𝑘 + 1) + 1)) ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
109102, 108mpbird 160 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 𝑀 ∈ (ℤ‘((𝑘 + 1) + 1)))
110100, 101, 109leexp2ad 9578 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ (𝑀𝑀))
11137, 96anim12i 325 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀𝑀) ∈ ℝ ∧ (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ))
112 nn0re 8248 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑀 ∈ ℕ0𝑀 ∈ ℝ)
113 id 19 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑀 ∈ ℕ0𝑀 ∈ ℕ0)
114 nn0ge0 8264 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑀 ∈ ℕ0 → 0 ≤ 𝑀)
115112, 113, 114expge0d 9567 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑀 ∈ ℕ0 → 0 ≤ (𝑀𝑀))
11636, 115syl 14 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑀 ∈ ℕ → 0 ≤ (𝑀𝑀))
11795nnge1d 8032 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → 1 ≤ (!‘(𝑘 + 1)))
118116, 117anim12i 325 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (0 ≤ (𝑀𝑀) ∧ 1 ≤ (!‘(𝑘 + 1))))
119 lemulge11 7907 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀𝑀) ∈ ℝ ∧ (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ) ∧ (0 ≤ (𝑀𝑀) ∧ 1 ≤ (!‘(𝑘 + 1)))) → (𝑀𝑀) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
120111, 118, 119syl2anc 397 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀𝑀) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
121120adantr 265 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀𝑀) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
12293, 94, 99, 110, 121letrd 7199 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
123122ex 112 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀 → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
12488, 123sylbid 143 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
125124a1dd 46 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
126105adantr 265 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑀 ∈ ℤ)
12744adantl 266 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
128127nn0zd 8417 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 + 1) ∈ ℤ)
129 zlelttric 8347 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℤ) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) ∨ (𝑘 + 1) < 𝑀))
130126, 128, 129syl2anc 397 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) ∨ (𝑘 + 1) < 𝑀))
13186, 125, 130mpjaod 648 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
132131expcom 113 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑀 ∈ ℕ → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
133132a2d 26 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) → (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
1347, 13, 19, 25, 41, 133nn0ind 8411 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁))))
135134impcom 120 . . 3 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))
136 faccl 9603 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
137136nnnn0d 8292 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℕ0)
138137nn0ge0d 8295 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ0 → 0 ≤ (!‘𝑁))
139 nn0p1nn 8278 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ)
1401390expd 9565 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ0 → (0↑(𝑁 + 1)) = 0)
141 0exp0e1 9425 . . . . . . . 8 (0↑0) = 1
142141oveq1i 5550 . . . . . . 7 ((0↑0) · (!‘𝑁)) = (1 · (!‘𝑁))
143136nncnd 8004 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℂ)
144143mulid2d 7103 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0 → (1 · (!‘𝑁)) = (!‘𝑁))
145142, 144syl5eq 2100 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ0 → ((0↑0) · (!‘𝑁)) = (!‘𝑁))
146138, 140, 1453brtr4d 3822 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ0 → (0↑(𝑁 + 1)) ≤ ((0↑0) · (!‘𝑁)))
147 oveq1 5547 . . . . . 6 (𝑀 = 0 → (𝑀↑(𝑁 + 1)) = (0↑(𝑁 + 1)))
148 oveq12 5549 . . . . . . . 8 ((𝑀 = 0 ∧ 𝑀 = 0) → (𝑀𝑀) = (0↑0))
149148anidms 383 . . . . . . 7 (𝑀 = 0 → (𝑀𝑀) = (0↑0))
150149oveq1d 5555 . . . . . 6 (𝑀 = 0 → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)) = ((0↑0) · (!‘𝑁)))
151147, 150breq12d 3805 . . . . 5 (𝑀 = 0 → ((𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)) ↔ (0↑(𝑁 + 1)) ≤ ((0↑0) · (!‘𝑁))))
152146, 151syl5ibr 149 . . . 4 (𝑀 = 0 → (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁))))
153152imp 119 . . 3 ((𝑀 = 0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))
154135, 153jaoian 719 . 2 (((𝑀 ∈ ℕ ∨ 𝑀 = 0) ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))
1551, 154sylanb 272 1 ((𝑀 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  wi 4  wa 101  wb 102  wo 639   = wceq 1259  wcel 1409   class class class wbr 3792  cfv 4930  (class class class)co 5540  cc 6945  cr 6946  0cc0 6947  1c1 6948   + caddc 6950   · cmul 6952   < clt 7119  cle 7120  cn 7990  0cn0 8239  cz 8302  cuz 8569  cexp 9419  !cfa 9593
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 103  ax-ia2 104  ax-ia3 105  ax-in1 554  ax-in2 555  ax-io 640  ax-5 1352  ax-7 1353  ax-gen 1354  ax-ie1 1398  ax-ie2 1399  ax-8 1411  ax-10 1412  ax-11 1413  ax-i12 1414  ax-bndl 1415  ax-4 1416  ax-13 1420  ax-14 1421  ax-17 1435  ax-i9 1439  ax-ial 1443  ax-i5r 1444  ax-ext 2038  ax-coll 3900  ax-sep 3903  ax-nul 3911  ax-pow 3955  ax-pr 3972  ax-un 4198  ax-setind 4290  ax-iinf 4339  ax-cnex 7033  ax-resscn 7034  ax-1cn 7035  ax-1re 7036  ax-icn 7037  ax-addcl 7038  ax-addrcl 7039  ax-mulcl 7040  ax-mulrcl 7041  ax-addcom 7042  ax-mulcom 7043  ax-addass 7044  ax-mulass 7045  ax-distr 7046  ax-i2m1 7047  ax-1rid 7049  ax-0id 7050  ax-rnegex 7051  ax-precex 7052  ax-cnre 7053  ax-pre-ltirr 7054  ax-pre-ltwlin 7055  ax-pre-lttrn 7056  ax-pre-apti 7057  ax-pre-ltadd 7058  ax-pre-mulgt0 7059  ax-pre-mulext 7060
This theorem depends on definitions:  df-bi 114  df-dc 754  df-3or 897  df-3an 898  df-tru 1262  df-fal 1265  df-nf 1366  df-sb 1662  df-eu 1919  df-mo 1920  df-clab 2043  df-cleq 2049  df-clel 2052  df-nfc 2183  df-ne 2221  df-nel 2315  df-ral 2328  df-rex 2329  df-reu 2330  df-rmo 2331  df-rab 2332  df-v 2576  df-sbc 2788  df-csb 2881  df-dif 2948  df-un 2950  df-in 2952  df-ss 2959  df-nul 3253  df-if 3360  df-pw 3389  df-sn 3409  df-pr 3410  df-op 3412  df-uni 3609  df-int 3644  df-iun 3687  df-br 3793  df-opab 3847  df-mpt 3848  df-tr 3883  df-eprel 4054  df-id 4058  df-po 4061  df-iso 4062  df-iord 4131  df-on 4133  df-suc 4136  df-iom 4342  df-xp 4379  df-rel 4380  df-cnv 4381  df-co 4382  df-dm 4383  df-rn 4384  df-res 4385  df-ima 4386  df-iota 4895  df-fun 4932  df-fn 4933  df-f 4934  df-f1 4935  df-fo 4936  df-f1o 4937  df-fv 4938  df-riota 5496  df-ov 5543  df-oprab 5544  df-mpt2 5545  df-1st 5795  df-2nd 5796  df-recs 5951  df-irdg 5988  df-frec 6009  df-1o 6032  df-2o 6033  df-oadd 6036  df-omul 6037  df-er 6137  df-ec 6139  df-qs 6143  df-ni 6460  df-pli 6461  df-mi 6462  df-lti 6463  df-plpq 6500  df-mpq 6501  df-enq 6503  df-nqqs 6504  df-plqqs 6505  df-mqqs 6506  df-1nqqs 6507  df-rq 6508  df-ltnqqs 6509  df-enq0 6580  df-nq0 6581  df-0nq0 6582  df-plq0 6583  df-mq0 6584  df-inp 6622  df-i1p 6623  df-iplp 6624  df-iltp 6626  df-enr 6869  df-nr 6870  df-ltr 6873  df-0r 6874  df-1r 6875  df-0 6954  df-1 6955  df-r 6957  df-lt 6960  df-pnf 7121  df-mnf 7122  df-xr 7123  df-ltxr 7124  df-le 7125  df-sub 7247  df-neg 7248  df-reap 7640  df-ap 7647  df-div 7726  df-inn 7991  df-n0 8240  df-z 8303  df-uz 8570  df-rp 8682  df-iseq 9376  df-iexp 9420  df-fac 9594
This theorem is referenced by:  faclbnd2  9610  faclbnd3  9611
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