Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  stirlinglem1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem stirlinglem1 40060
Description: A simple limit of fractions is computed. (Contributed by Glauco Siliprandi, 30-Jun-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
stirlinglem1.1 𝐻 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1))))
stirlinglem1.2 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))
stirlinglem1.3 𝐺 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
stirlinglem1.4 𝐿 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛))
Assertion
Ref Expression
stirlinglem1 𝐻 ⇝ (1 / 2)

Proof of Theorem stirlinglem1
Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nnuz 11720 . . . 4 ℕ = (ℤ‘1)
2 1zzd 11405 . . . 4 (⊤ → 1 ∈ ℤ)
3 stirlinglem1.4 . . . . . . . . 9 𝐿 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛))
4 ax-1cn 9991 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℂ
5 divcnv 14579 . . . . . . . . . 10 (1 ∈ ℂ → (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛)) ⇝ 0)
64, 5ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛)) ⇝ 0
73, 6eqbrtri 4672 . . . . . . . 8 𝐿 ⇝ 0
87a1i 11 . . . . . . 7 (⊤ → 𝐿 ⇝ 0)
9 stirlinglem1.3 . . . . . . . . 9 𝐺 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
10 nnex 11023 . . . . . . . . . 10 ℕ ∈ V
1110mptex 6483 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑛) + 1))) ∈ V
129, 11eqeltri 2696 . . . . . . . 8 𝐺 ∈ V
1312a1i 11 . . . . . . 7 (⊤ → 𝐺 ∈ V)
143a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 𝐿 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛)))
15 simpr 477 . . . . . . . . . . 11 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → 𝑛 = 𝑘)
1615oveq2d 6663 . . . . . . . . . 10 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → (1 / 𝑛) = (1 / 𝑘))
17 id 22 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℕ)
18 nnrp 11839 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℝ+)
1918rpreccld 11879 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / 𝑘) ∈ ℝ+)
2014, 16, 17, 19fvmptd 6286 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐿𝑘) = (1 / 𝑘))
21 nnrecre 11054 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / 𝑘) ∈ ℝ)
2220, 21eqeltrd 2700 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐿𝑘) ∈ ℝ)
2322adantl 482 . . . . . . 7 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐿𝑘) ∈ ℝ)
249a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 𝐺 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))
2515oveq2d 6663 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → (2 · 𝑛) = (2 · 𝑘))
2625oveq1d 6662 . . . . . . . . . . 11 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → ((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑘) + 1))
2726oveq2d 6663 . . . . . . . . . 10 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → (1 / ((2 · 𝑛) + 1)) = (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))
28 2re 11087 . . . . . . . . . . . . . 14 2 ∈ ℝ
2928a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
30 nnre 11024 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℝ)
3129, 30remulcld 10067 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → (2 · 𝑘) ∈ ℝ)
32 0le2 11108 . . . . . . . . . . . . . 14 0 ≤ 2
3332a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ 2)
3418rpge0d 11873 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ 𝑘)
3529, 30, 33, 34mulge0d 10601 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ (2 · 𝑘))
3631, 35ge0p1rpd 11899 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℝ+)
3736rpreccld 11879 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℝ+)
3824, 27, 17, 37fvmptd 6286 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐺𝑘) = (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))
3937rpred 11869 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℝ)
4038, 39eqeltrd 2700 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐺𝑘) ∈ ℝ)
4140adantl 482 . . . . . . 7 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐺𝑘) ∈ ℝ)
42 1red 10052 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
43 0le1 10548 . . . . . . . . . . 11 0 ≤ 1
4443a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ 1)
4531, 42readdcld 10066 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℝ)
46 nncn 11025 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℂ)
4746mulid2d 10055 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → (1 · 𝑘) = 𝑘)
48 1lt2 11191 . . . . . . . . . . . . . . 15 1 < 2
4948a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ → 1 < 2)
5042, 29, 18, 49ltmul1dd 11924 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → (1 · 𝑘) < (2 · 𝑘))
5147, 50eqbrtrrd 4675 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 < (2 · 𝑘))
5231ltp1d 10951 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → (2 · 𝑘) < ((2 · 𝑘) + 1))
5330, 31, 45, 51, 52lttrd 10195 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 < ((2 · 𝑘) + 1))
5430, 45, 53ltled 10182 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ≤ ((2 · 𝑘) + 1))
5518, 36, 42, 44, 54lediv2ad 11891 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) ≤ (1 / 𝑘))
5655, 38, 203brtr4d 4683 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐺𝑘) ≤ (𝐿𝑘))
5756adantl 482 . . . . . . 7 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐺𝑘) ≤ (𝐿𝑘))
5837rpge0d 11873 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))
5958, 38breqtrrd 4679 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ (𝐺𝑘))
6059adantl 482 . . . . . . 7 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐺𝑘))
611, 2, 8, 13, 23, 41, 57, 60climsqz2 14366 . . . . . 6 (⊤ → 𝐺 ⇝ 0)
62 1cnd 10053 . . . . . 6 (⊤ → 1 ∈ ℂ)
63 stirlinglem1.2 . . . . . . . 8 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))
6410mptex 6483 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))) ∈ V
6563, 64eqeltri 2696 . . . . . . 7 𝐹 ∈ V
6665a1i 11 . . . . . 6 (⊤ → 𝐹 ∈ V)
6741recnd 10065 . . . . . 6 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐺𝑘) ∈ ℂ)
6863a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))))
6927oveq2d 6663 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))) = (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1))))
70 1cnd 10053 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
71 2cnd 11090 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
7271, 46mulcld 10057 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → (2 · 𝑘) ∈ ℂ)
7372, 70addcld 10056 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℂ)
7436rpne0d 11874 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → ((2 · 𝑘) + 1) ≠ 0)
7573, 74reccld 10791 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
7670, 75subcld 10389 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1))) ∈ ℂ)
7768, 69, 17, 76fvmptd 6286 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐹𝑘) = (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1))))
7838eqcomd 2627 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) = (𝐺𝑘))
7978oveq2d 6663 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1))) = (1 − (𝐺𝑘)))
8077, 79eqtrd 2655 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐹𝑘) = (1 − (𝐺𝑘)))
8180adantl 482 . . . . . 6 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) = (1 − (𝐺𝑘)))
821, 2, 61, 62, 66, 67, 81climsubc2 14363 . . . . 5 (⊤ → 𝐹 ⇝ (1 − 0))
83 1m0e1 11128 . . . . 5 (1 − 0) = 1
8482, 83syl6breq 4692 . . . 4 (⊤ → 𝐹 ⇝ 1)
8562halfcld 11274 . . . 4 (⊤ → (1 / 2) ∈ ℂ)
86 stirlinglem1.1 . . . . . 6 𝐻 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1))))
8710mptex 6483 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1)))) ∈ V
8886, 87eqeltri 2696 . . . . 5 𝐻 ∈ V
8988a1i 11 . . . 4 (⊤ → 𝐻 ∈ V)
9077, 76eqeltrd 2700 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
9190adantl 482 . . . 4 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
92 nncn 11025 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℂ)
9392sqcld 13001 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑2) ∈ ℂ)
9493mulid2d 10055 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → (1 · (𝑛↑2)) = (𝑛↑2))
9594eqcomd 2627 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑2) = (1 · (𝑛↑2)))
96 2cnd 11090 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
9796, 92mulcld 10057 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · 𝑛) ∈ ℂ)
98 1cnd 10053 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
9992, 97, 98adddid 10061 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1)) = ((𝑛 · (2 · 𝑛)) + (𝑛 · 1)))
10092, 96, 92mul12d 10242 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · (2 · 𝑛)) = (2 · (𝑛 · 𝑛)))
10192sqvald 13000 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑2) = (𝑛 · 𝑛))
102101eqcomd 2627 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · 𝑛) = (𝑛↑2))
103102oveq2d 6663 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · (𝑛 · 𝑛)) = (2 · (𝑛↑2)))
104100, 103eqtrd 2655 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · (2 · 𝑛)) = (2 · (𝑛↑2)))
10592mulid1d 10054 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · 1) = 𝑛)
106104, 105oveq12d 6665 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛 · (2 · 𝑛)) + (𝑛 · 1)) = ((2 · (𝑛↑2)) + 𝑛))
107 2ne0 11110 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2 ≠ 0
108107a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → 2 ≠ 0)
10992, 96, 108divcan2d 10800 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · (𝑛 / 2)) = 𝑛)
110109eqcomd 2627 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 = (2 · (𝑛 / 2)))
111110oveq2d 6663 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · (𝑛↑2)) + 𝑛) = ((2 · (𝑛↑2)) + (2 · (𝑛 / 2))))
11292halfcld 11274 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 / 2) ∈ ℂ)
11396, 93, 112adddid 10061 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = ((2 · (𝑛↑2)) + (2 · (𝑛 / 2))))
114111, 113eqtr4d 2658 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · (𝑛↑2)) + 𝑛) = (2 · ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))))
11599, 106, 1143eqtrd 2659 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1)) = (2 · ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))))
11695, 115oveq12d 6665 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1))) = ((1 · (𝑛↑2)) / (2 · ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))))
11793, 112addcld 10056 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) ∈ ℂ)
118 nnrp 11839 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℝ+)
119 2z 11406 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 ∈ ℤ
120119a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → 2 ∈ ℤ)
121118, 120rpexpcld 13027 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑2) ∈ ℝ+)
122118rphalfcld 11881 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 / 2) ∈ ℝ+)
123121, 122rpaddcld 11884 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) ∈ ℝ+)
124123rpne0d 11874 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) ≠ 0)
12598, 96, 93, 117, 108, 124divmuldivd 10839 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℕ → ((1 / 2) · ((𝑛↑2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))) = ((1 · (𝑛↑2)) / (2 · ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))))
12693, 112pncand 10390 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) − (𝑛 / 2)) = (𝑛↑2))
127126eqcomd 2627 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑2) = (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) − (𝑛 / 2)))
128127oveq1d 6662 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = ((((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) − (𝑛 / 2)) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))))
129117, 112, 117, 124divsubdird 10837 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) − (𝑛 / 2)) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = ((((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) − ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))))
130117, 124dividd 10796 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = 1)
131130oveq1d 6662 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) − ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))) = (1 − ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))))
132128, 129, 1313eqtrd 2659 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = (1 − ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))))
133 nnne0 11050 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ≠ 0)
13496, 92, 133divcld 10798 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (2 / 𝑛) ∈ ℂ)
13596, 92, 108, 133divne0d 10814 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (2 / 𝑛) ≠ 0)
136112, 117, 134, 124, 135divcan5rd 10825 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛 / 2) · (2 / 𝑛)) / (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) · (2 / 𝑛))) = ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))))
13792, 96, 133, 108divcan6d 10817 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛 / 2) · (2 / 𝑛)) = 1)
13893, 112, 134adddird 10062 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) · (2 / 𝑛)) = (((𝑛↑2) · (2 / 𝑛)) + ((𝑛 / 2) · (2 / 𝑛))))
13993, 96, 92, 133div12d 10834 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) · (2 / 𝑛)) = (2 · ((𝑛↑2) / 𝑛)))
140 1e2m1 11133 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1 = (2 − 1)
141140oveq2i 6658 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑛↑1) = (𝑛↑(2 − 1))
14292exp1d 12998 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑1) = 𝑛)
14392, 133, 120expm1d 13013 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑(2 − 1)) = ((𝑛↑2) / 𝑛))
144141, 142, 1433eqtr3a 2679 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 = ((𝑛↑2) / 𝑛))
145144eqcomd 2627 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / 𝑛) = 𝑛)
146145oveq2d 6663 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · ((𝑛↑2) / 𝑛)) = (2 · 𝑛))
147139, 146eqtrd 2655 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) · (2 / 𝑛)) = (2 · 𝑛))
148147, 137oveq12d 6665 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛↑2) · (2 / 𝑛)) + ((𝑛 / 2) · (2 / 𝑛))) = ((2 · 𝑛) + 1))
149138, 148eqtrd 2655 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) · (2 / 𝑛)) = ((2 · 𝑛) + 1))
150137, 149oveq12d 6665 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛 / 2) · (2 / 𝑛)) / (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) · (2 / 𝑛))) = (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
151136, 150eqtr3d 2657 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
152151oveq2d 6663 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → (1 − ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))) = (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))
153132, 152eqtrd 2655 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))
154153oveq2d 6663 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℕ → ((1 / 2) · ((𝑛↑2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))) = ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))))
155116, 125, 1543eqtr2d 2661 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1))) = ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))))
156155mpteq2ia 4738 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))))
15786, 156eqtri 2643 . . . . . . . 8 𝐻 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))))
158157a1i 11 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ → 𝐻 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))))
15969oveq2d 6663 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))) = ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))))
16070halfcld 11274 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / 2) ∈ ℂ)
161160, 76mulcld 10057 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ → ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))) ∈ ℂ)
162158, 159, 17, 161fvmptd 6286 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐻𝑘) = ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))))
16377oveq2d 6663 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ → ((1 / 2) · (𝐹𝑘)) = ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))))
164162, 163eqtr4d 2658 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐻𝑘) = ((1 / 2) · (𝐹𝑘)))
165164adantl 482 . . . 4 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐻𝑘) = ((1 / 2) · (𝐹𝑘)))
1661, 2, 84, 85, 89, 91, 165climmulc2 14361 . . 3 (⊤ → 𝐻 ⇝ ((1 / 2) · 1))
167166trud 1492 . 2 𝐻 ⇝ ((1 / 2) · 1)
168 halfcn 11244 . . 3 (1 / 2) ∈ ℂ
169168mulid1i 10039 . 2 ((1 / 2) · 1) = (1 / 2)
170167, 169breqtri 4676 1 𝐻 ⇝ (1 / 2)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wa 384   = wceq 1482  wtru 1483  wcel 1989  wne 2793  Vcvv 3198   class class class wbr 4651  cmpt 4727  cfv 5886  (class class class)co 6647  cc 9931  cr 9932  0cc0 9933  1c1 9934   + caddc 9936   · cmul 9938   < clt 10071  cle 10072  cmin 10263   / cdiv 10681  cn 11017  2c2 11067  cz 11374  +crp 11829  cexp 12855  cli 14209
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1721  ax-4 1736  ax-5 1838  ax-6 1887  ax-7 1934  ax-8 1991  ax-9 1998  ax-10 2018  ax-11 2033  ax-12 2046  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-rep 4769  ax-sep 4779  ax-nul 4787  ax-pow 4841  ax-pr 4904  ax-un 6946  ax-cnex 9989  ax-resscn 9990  ax-1cn 9991  ax-icn 9992  ax-addcl 9993  ax-addrcl 9994  ax-mulcl 9995  ax-mulrcl 9996  ax-mulcom 9997  ax-addass 9998  ax-mulass 9999  ax-distr 10000  ax-i2m1 10001  ax-1ne0 10002  ax-1rid 10003  ax-rnegex 10004  ax-rrecex 10005  ax-cnre 10006  ax-pre-lttri 10007  ax-pre-lttrn 10008  ax-pre-ltadd 10009  ax-pre-mulgt0 10010  ax-pre-sup 10011
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1485  df-ex 1704  df-nf 1709  df-sb 1880  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2752  df-ne 2794  df-nel 2897  df-ral 2916  df-rex 2917  df-reu 2918  df-rmo 2919  df-rab 2920  df-v 3200  df-sbc 3434  df-csb 3532  df-dif 3575  df-un 3577  df-in 3579  df-ss 3586  df-pss 3588  df-nul 3914  df-if 4085  df-pw 4158  df-sn 4176  df-pr 4178  df-tp 4180  df-op 4182  df-uni 4435  df-iun 4520  df-br 4652  df-opab 4711  df-mpt 4728  df-tr 4751  df-id 5022  df-eprel 5027  df-po 5033  df-so 5034  df-fr 5071  df-we 5073  df-xp 5118  df-rel 5119  df-cnv 5120  df-co 5121  df-dm 5122  df-rn 5123  df-res 5124  df-ima 5125  df-pred 5678  df-ord 5724  df-on 5725  df-lim 5726  df-suc 5727  df-iota 5849  df-fun 5888  df-fn 5889  df-f 5890  df-f1 5891  df-fo 5892  df-f1o 5893  df-fv 5894  df-riota 6608  df-ov 6650  df-oprab 6651  df-mpt2 6652  df-om 7063  df-2nd 7166  df-wrecs 7404  df-recs 7465  df-rdg 7503  df-er 7739  df-pm 7857  df-en 7953  df-dom 7954  df-sdom 7955  df-sup 8345  df-inf 8346  df-pnf 10073  df-mnf 10074  df-xr 10075  df-ltxr 10076  df-le 10077  df-sub 10265  df-neg 10266  df-div 10682  df-nn 11018  df-2 11076  df-3 11077  df-n0 11290  df-z 11375  df-uz 11685  df-rp 11830  df-fl 12588  df-seq 12797  df-exp 12856  df-cj 13833  df-re 13834  df-im 13835  df-sqrt 13969  df-abs 13970  df-clim 14213  df-rlim 14214
This theorem is referenced by:  stirlinglem15  40074
  Copyright terms: Public domain W3C validator