Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  stirlinglem11 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem stirlinglem11 38781
Description: 𝐵 is decreasing. (Contributed by Glauco Siliprandi, 29-Jun-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
stirlinglem11.1 𝐴 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((!‘𝑛) / ((√‘(2 · 𝑛)) · ((𝑛 / e)↑𝑛))))
stirlinglem11.2 𝐵 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (log‘(𝐴𝑛)))
stirlinglem11.3 𝐾 = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘))))
Assertion
Ref Expression
stirlinglem11 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵‘(𝑁 + 1)) < (𝐵𝑁))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑛   𝑛,𝐾   𝑘,𝑁,𝑛
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑘,𝑛)   𝐵(𝑘,𝑛)   𝐾(𝑘)

Proof of Theorem stirlinglem11
Dummy variable 𝑗 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 0red 9897 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ∈ ℝ)
2 stirlinglem11.3 . . . . . 6 𝐾 = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘))))
32a1i 11 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → 𝐾 = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘)))))
4 simpr 475 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 1) → 𝑘 = 1)
54oveq2d 6543 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 1) → (2 · 𝑘) = (2 · 1))
65oveq1d 6542 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 1) → ((2 · 𝑘) + 1) = ((2 · 1) + 1))
76oveq2d 6543 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 1) → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) = (1 / ((2 · 1) + 1)))
85oveq2d 6543 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 1) → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘)) = ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 1)))
97, 8oveq12d 6545 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 1) → ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘))) = ((1 / ((2 · 1) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 1))))
10 1nn 10878 . . . . . 6 1 ∈ ℕ
1110a1i 11 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℕ)
12 2cnd 10940 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
13 1cnd 9912 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
1412, 13mulcld 9916 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 1) ∈ ℂ)
1514, 13addcld 9915 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 1) + 1) ∈ ℂ)
16 2t1e2 11023 . . . . . . . . . . 11 (2 · 1) = 2
1716oveq1i 6537 . . . . . . . . . 10 ((2 · 1) + 1) = (2 + 1)
18 2p1e3 10998 . . . . . . . . . 10 (2 + 1) = 3
1917, 18eqtri 2631 . . . . . . . . 9 ((2 · 1) + 1) = 3
20 3ne0 10962 . . . . . . . . 9 3 ≠ 0
2119, 20eqnetri 2851 . . . . . . . 8 ((2 · 1) + 1) ≠ 0
2221a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 1) + 1) ≠ 0)
2315, 22reccld 10643 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 1) + 1)) ∈ ℂ)
24 nncn 10875 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℂ)
2512, 24mulcld 9916 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 𝑁) ∈ ℂ)
2625, 13addcld 9915 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 𝑁) + 1) ∈ ℂ)
27 1red 9911 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
28 2re 10937 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℝ
2928a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
30 nnre 10874 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℝ)
3129, 30remulcld 9926 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 𝑁) ∈ ℝ)
3231, 27readdcld 9925 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 𝑁) + 1) ∈ ℝ)
33 0lt1 10399 . . . . . . . . . . 11 0 < 1
3433a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < 1)
35 2rp 11669 . . . . . . . . . . . . 13 2 ∈ ℝ+
3635a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ+)
37 nnrp 11674 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℝ+)
3836, 37rpmulcld 11720 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 𝑁) ∈ ℝ+)
3927, 38ltaddrp2d 11738 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → 1 < ((2 · 𝑁) + 1))
401, 27, 32, 34, 39lttrd 10049 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < ((2 · 𝑁) + 1))
4140gt0ne0d 10441 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 𝑁) + 1) ≠ 0)
4226, 41reccld 10643 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑁) + 1)) ∈ ℂ)
43 2nn0 11156 . . . . . . . . 9 2 ∈ ℕ0
4443a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℕ0)
45 1nn0 11155 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℕ0
4645a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℕ0)
4744, 46nn0mulcld 11203 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 1) ∈ ℕ0)
4842, 47expcld 12825 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 1)) ∈ ℂ)
4923, 48mulcld 9916 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 1) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 1))) ∈ ℂ)
503, 9, 11, 49fvmptd 6182 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐾‘1) = ((1 / ((2 · 1) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 1))))
51 1re 9895 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℝ
5228, 51remulcli 9910 . . . . . . . 8 (2 · 1) ∈ ℝ
5352, 51readdcli 9909 . . . . . . 7 ((2 · 1) + 1) ∈ ℝ
5453, 21rereccli 10639 . . . . . 6 (1 / ((2 · 1) + 1)) ∈ ℝ
5554a1i 11 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 1) + 1)) ∈ ℝ)
5632, 41rereccld 10701 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑁) + 1)) ∈ ℝ)
5756, 47reexpcld 12842 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 1)) ∈ ℝ)
5855, 57remulcld 9926 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 1) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 1))) ∈ ℝ)
5950, 58eqeltrd 2687 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐾‘1) ∈ ℝ)
60 stirlinglem11.1 . . . . . . . 8 𝐴 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((!‘𝑛) / ((√‘(2 · 𝑛)) · ((𝑛 / e)↑𝑛))))
6160stirlinglem2 38772 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐴𝑁) ∈ ℝ+)
6261relogcld 24090 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (log‘(𝐴𝑁)) ∈ ℝ)
63 nfcv 2750 . . . . . . 7 𝑛𝑁
64 nfcv 2750 . . . . . . . 8 𝑛log
65 nfmpt1 4669 . . . . . . . . . 10 𝑛(𝑛 ∈ ℕ ↦ ((!‘𝑛) / ((√‘(2 · 𝑛)) · ((𝑛 / e)↑𝑛))))
6660, 65nfcxfr 2748 . . . . . . . . 9 𝑛𝐴
6766, 63nffv 6095 . . . . . . . 8 𝑛(𝐴𝑁)
6864, 67nffv 6095 . . . . . . 7 𝑛(log‘(𝐴𝑁))
69 fveq2 6088 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑁 → (𝐴𝑛) = (𝐴𝑁))
7069fveq2d 6092 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑁 → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴𝑁)))
71 stirlinglem11.2 . . . . . . 7 𝐵 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (log‘(𝐴𝑛)))
7263, 68, 70, 71fvmptf 6194 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴𝑁)) ∈ ℝ) → (𝐵𝑁) = (log‘(𝐴𝑁)))
7362, 72mpdan 698 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵𝑁) = (log‘(𝐴𝑁)))
7473, 62eqeltrd 2687 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵𝑁) ∈ ℝ)
75 peano2nn 10879 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 + 1) ∈ ℕ)
7660stirlinglem2 38772 . . . . . . . 8 ((𝑁 + 1) ∈ ℕ → (𝐴‘(𝑁 + 1)) ∈ ℝ+)
7775, 76syl 17 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐴‘(𝑁 + 1)) ∈ ℝ+)
7877relogcld 24090 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (log‘(𝐴‘(𝑁 + 1))) ∈ ℝ)
79 nfcv 2750 . . . . . . 7 𝑛(𝑁 + 1)
8066, 79nffv 6095 . . . . . . . 8 𝑛(𝐴‘(𝑁 + 1))
8164, 80nffv 6095 . . . . . . 7 𝑛(log‘(𝐴‘(𝑁 + 1)))
82 fveq2 6088 . . . . . . . 8 (𝑛 = (𝑁 + 1) → (𝐴𝑛) = (𝐴‘(𝑁 + 1)))
8382fveq2d 6092 . . . . . . 7 (𝑛 = (𝑁 + 1) → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴‘(𝑁 + 1))))
8479, 81, 83, 71fvmptf 6194 . . . . . 6 (((𝑁 + 1) ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴‘(𝑁 + 1))) ∈ ℝ) → (𝐵‘(𝑁 + 1)) = (log‘(𝐴‘(𝑁 + 1))))
8575, 78, 84syl2anc 690 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵‘(𝑁 + 1)) = (log‘(𝐴‘(𝑁 + 1))))
8685, 78eqeltrd 2687 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵‘(𝑁 + 1)) ∈ ℝ)
8774, 86resubcld 10309 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))) ∈ ℝ)
8829, 27remulcld 9926 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 1) ∈ ℝ)
89 0le2 10958 . . . . . . . . . 10 0 ≤ 2
9089a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ 2)
91 0le1 10400 . . . . . . . . . 10 0 ≤ 1
9291a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ 1)
9329, 27, 90, 92mulge0d 10453 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ (2 · 1))
9488, 93ge0p1rpd 11734 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 1) + 1) ∈ ℝ+)
9594rpreccld 11714 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 1) + 1)) ∈ ℝ+)
9637rpge0d 11708 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ 𝑁)
9729, 30, 90, 96mulge0d 10453 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ (2 · 𝑁))
9831, 97ge0p1rpd 11734 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 𝑁) + 1) ∈ ℝ+)
9998rpreccld 11714 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑁) + 1)) ∈ ℝ+)
100 2z 11242 . . . . . . . . 9 2 ∈ ℤ
101100a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℤ)
102 1z 11240 . . . . . . . . 9 1 ∈ ℤ
103102a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℤ)
104101, 103zmulcld 11320 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 1) ∈ ℤ)
10599, 104rpexpcld 12849 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 1)) ∈ ℝ+)
10695, 105rpmulcld 11720 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 1) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 1))) ∈ ℝ+)
10750, 106eqeltrd 2687 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐾‘1) ∈ ℝ+)
108107rpgt0d 11707 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < (𝐾‘1))
10987, 59resubcld 10309 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))) − (𝐾‘1)) ∈ ℝ)
110 eqid 2609 . . . . . . 7 (ℤ‘(1 + 1)) = (ℤ‘(1 + 1))
111103peano2zd 11317 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (1 + 1) ∈ ℤ)
112 nnuz 11555 . . . . . . . 8 ℕ = (ℤ‘1)
1132a1i 11 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝐾 = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘)))))
114 oveq2 6535 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 = 𝑗 → (2 · 𝑘) = (2 · 𝑗))
115114oveq1d 6542 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 = 𝑗 → ((2 · 𝑘) + 1) = ((2 · 𝑗) + 1))
116115oveq2d 6543 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 = 𝑗 → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) = (1 / ((2 · 𝑗) + 1)))
117114oveq2d 6543 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 = 𝑗 → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘)) = ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗)))
118116, 117oveq12d 6545 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 = 𝑗 → ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘))) = ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗))))
119118adantl 480 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 = 𝑗) → ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘))) = ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗))))
120 simpr 475 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℕ)
121 2cnd 10940 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℂ)
122 nncn 10875 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℂ)
123122adantl 480 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℂ)
124121, 123mulcld 9916 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2 · 𝑗) ∈ ℂ)
125 1cnd 9912 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℂ)
126124, 125addcld 9915 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((2 · 𝑗) + 1) ∈ ℂ)
127 0red 9897 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 0 ∈ ℝ)
128 1red 9911 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℝ)
12928a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℝ)
130 nnre 10874 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℝ)
131130adantl 480 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℝ)
132129, 131remulcld 9926 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2 · 𝑗) ∈ ℝ)
133132, 128readdcld 9925 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((2 · 𝑗) + 1) ∈ ℝ)
13433a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 0 < 1)
13535a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℝ+)
136 nnrp 11674 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℝ+)
137136adantl 480 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℝ+)
138135, 137rpmulcld 11720 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2 · 𝑗) ∈ ℝ+)
139128, 138ltaddrp2d 11738 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 1 < ((2 · 𝑗) + 1))
140127, 128, 133, 134, 139lttrd 10049 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 0 < ((2 · 𝑗) + 1))
141140gt0ne0d 10441 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((2 · 𝑗) + 1) ≠ 0)
142126, 141reccld 10643 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1 / ((2 · 𝑗) + 1)) ∈ ℂ)
14324adantr 479 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℂ)
144121, 143mulcld 9916 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2 · 𝑁) ∈ ℂ)
145144, 125addcld 9915 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((2 · 𝑁) + 1) ∈ ℂ)
14641adantr 479 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((2 · 𝑁) + 1) ≠ 0)
147145, 146reccld 10643 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1 / ((2 · 𝑁) + 1)) ∈ ℂ)
14843a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 2 ∈ ℕ0)
149 nnnn0 11146 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℕ0)
150149adantl 480 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℕ0)
151148, 150nn0mulcld 11203 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (2 · 𝑗) ∈ ℕ0)
152147, 151expcld 12825 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗)) ∈ ℂ)
153142, 152mulcld 9916 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗))) ∈ ℂ)
154113, 119, 120, 153fvmptd 6182 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐾𝑗) = ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗))))
155 0red 9897 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 0 ∈ ℝ)
156 1red 9911 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
15728a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑗 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
158157, 130remulcld 9926 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ → (2 · 𝑗) ∈ ℝ)
159158, 156readdcld 9925 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → ((2 · 𝑗) + 1) ∈ ℝ)
16033a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 0 < 1)
16135a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑗 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ+)
162161, 136rpmulcld 11720 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ → (2 · 𝑗) ∈ ℝ+)
163156, 162ltaddrp2d 11738 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 1 < ((2 · 𝑗) + 1))
164155, 156, 159, 160, 163lttrd 10049 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ ℕ → 0 < ((2 · 𝑗) + 1))
165164gt0ne0d 10441 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ ℕ → ((2 · 𝑗) + 1) ≠ 0)
166165adantl 480 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((2 · 𝑗) + 1) ≠ 0)
167126, 166reccld 10643 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1 / ((2 · 𝑗) + 1)) ∈ ℂ)
168167, 152mulcld 9916 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗))) ∈ ℂ)
169154, 168eqeltrd 2687 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐾𝑗) ∈ ℂ)
170 eqid 2609 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((((1 + (2 · 𝑛)) / 2) · (log‘((𝑛 + 1) / 𝑛))) − 1)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((((1 + (2 · 𝑛)) / 2) · (log‘((𝑛 + 1) / 𝑛))) − 1))
17160, 71, 170, 2stirlinglem9 38779 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐾) ⇝ ((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))))
172112, 11, 169, 171clim2ser 14179 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → seq(1 + 1)( + , 𝐾) ⇝ (((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))) − (seq1( + , 𝐾)‘1)))
173 peano2nn 10879 . . . . . . . . . . . . 13 (1 ∈ ℕ → (1 + 1) ∈ ℕ)
174 uznnssnn 11567 . . . . . . . . . . . . 13 ((1 + 1) ∈ ℕ → (ℤ‘(1 + 1)) ⊆ ℕ)
17510, 173, 174mp2b 10 . . . . . . . . . . . 12 (ℤ‘(1 + 1)) ⊆ ℕ
176175a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → (ℤ‘(1 + 1)) ⊆ ℕ)
177176sseld 3566 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → 𝑗 ∈ ℕ))
178177imdistani 721 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → (𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ))
179178, 154syl 17 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → (𝐾𝑗) = ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗))))
18028a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → 2 ∈ ℝ)
181 eluzelre 11530 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → 𝑗 ∈ ℝ)
182180, 181remulcld 9926 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → (2 · 𝑗) ∈ ℝ)
183 1red 9911 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → 1 ∈ ℝ)
184182, 183readdcld 9925 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → ((2 · 𝑗) + 1) ∈ ℝ)
185175sseli 3563 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → 𝑗 ∈ ℕ)
186185, 165syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → ((2 · 𝑗) + 1) ≠ 0)
187184, 186rereccld 10701 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → (1 / ((2 · 𝑗) + 1)) ∈ ℝ)
188187adantl 480 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → (1 / ((2 · 𝑗) + 1)) ∈ ℝ)
18932adantr 479 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → ((2 · 𝑁) + 1) ∈ ℝ)
19041adantr 479 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → ((2 · 𝑁) + 1) ≠ 0)
191189, 190rereccld 10701 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → (1 / ((2 · 𝑁) + 1)) ∈ ℝ)
192178, 151syl 17 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → (2 · 𝑗) ∈ ℕ0)
193191, 192reexpcld 12842 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗)) ∈ ℝ)
194188, 193remulcld 9926 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗))) ∈ ℝ)
195179, 194eqeltrd 2687 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → (𝐾𝑗) ∈ ℝ)
196 1red 9911 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 1 ∈ ℝ)
19728a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 2 ∈ ℝ)
198178, 131syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 𝑗 ∈ ℝ)
199197, 198remulcld 9926 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → (2 · 𝑗) ∈ ℝ)
20089a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ 2)
201 0red 9897 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → 0 ∈ ℝ)
20289a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → 0 ≤ 2)
203 1p1e2 10981 . . . . . . . . . . . . . . 15 (1 + 1) = 2
204 eluzle 11532 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → (1 + 1) ≤ 𝑗)
205203, 204syl5eqbrr 4613 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → 2 ≤ 𝑗)
206201, 180, 181, 202, 205letrd 10045 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1)) → 0 ≤ 𝑗)
207206adantl 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ 𝑗)
208197, 198, 200, 207mulge0d 10453 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ (2 · 𝑗))
209199, 208ge0p1rpd 11734 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → ((2 · 𝑗) + 1) ∈ ℝ+)
21091a1i 11 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ 1)
211196, 209, 210divge0d 11744 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ (1 / ((2 · 𝑗) + 1)))
21230adantr 479 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 𝑁 ∈ ℝ)
213197, 212remulcld 9926 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → (2 · 𝑁) ∈ ℝ)
21496adantr 479 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ 𝑁)
215197, 212, 200, 214mulge0d 10453 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ (2 · 𝑁))
216213, 215ge0p1rpd 11734 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → ((2 · 𝑁) + 1) ∈ ℝ+)
217196, 216, 210divge0d 11744 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ (1 / ((2 · 𝑁) + 1)))
218191, 192, 217expge0d 12843 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗)))
219188, 193, 211, 218mulge0d 10453 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑗))))
220219, 179breqtrrd 4605 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ‘(1 + 1))) → 0 ≤ (𝐾𝑗))
221110, 111, 172, 195, 220iserge0 14185 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ (((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))) − (seq1( + , 𝐾)‘1)))
222 seq1 12631 . . . . . . . 8 (1 ∈ ℤ → (seq1( + , 𝐾)‘1) = (𝐾‘1))
223102, 222mp1i 13 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (seq1( + , 𝐾)‘1) = (𝐾‘1))
224223oveq2d 6543 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))) − (seq1( + , 𝐾)‘1)) = (((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))) − (𝐾‘1)))
225221, 224breqtrd 4603 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ (((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))) − (𝐾‘1)))
2261, 109, 59, 225leadd1dd 10490 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (0 + (𝐾‘1)) ≤ ((((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))) − (𝐾‘1)) + (𝐾‘1)))
22750, 49eqeltrd 2687 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐾‘1) ∈ ℂ)
228227addid2d 10088 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (0 + (𝐾‘1)) = (𝐾‘1))
22974recnd 9924 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵𝑁) ∈ ℂ)
23086recnd 9924 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵‘(𝑁 + 1)) ∈ ℂ)
231229, 230subcld 10243 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))) ∈ ℂ)
232231, 227npcand 10247 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → ((((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))) − (𝐾‘1)) + (𝐾‘1)) = ((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))))
233226, 228, 2323brtr3d 4608 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐾‘1) ≤ ((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))))
2341, 59, 87, 108, 233ltletrd 10048 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < ((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1))))
23586, 74posdifd 10463 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝐵‘(𝑁 + 1)) < (𝐵𝑁) ↔ 0 < ((𝐵𝑁) − (𝐵‘(𝑁 + 1)))))
236234, 235mpbird 245 1 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵‘(𝑁 + 1)) < (𝐵𝑁))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 382   = wceq 1474  wcel 1976  wne 2779  wss 3539   class class class wbr 4577  cmpt 4637  cfv 5790  (class class class)co 6527  cc 9790  cr 9791  0cc0 9792  1c1 9793   + caddc 9795   · cmul 9797   < clt 9930  cle 9931  cmin 10117   / cdiv 10533  cn 10867  2c2 10917  3c3 10918  0cn0 11139  cz 11210  cuz 11519  +crp 11664  seqcseq 12618  cexp 12677  !cfa 12877  csqrt 13767  eceu 14578  logclog 24022
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1712  ax-4 1727  ax-5 1826  ax-6 1874  ax-7 1921  ax-8 1978  ax-9 1985  ax-10 2005  ax-11 2020  ax-12 2032  ax-13 2232  ax-ext 2589  ax-rep 4693  ax-sep 4703  ax-nul 4712  ax-pow 4764  ax-pr 4828  ax-un 6824  ax-inf2 8398  ax-cnex 9848  ax-resscn 9849  ax-1cn 9850  ax-icn 9851  ax-addcl 9852  ax-addrcl 9853  ax-mulcl 9854  ax-mulrcl 9855  ax-mulcom 9856  ax-addass 9857  ax-mulass 9858  ax-distr 9859  ax-i2m1 9860  ax-1ne0 9861  ax-1rid 9862  ax-rnegex 9863  ax-rrecex 9864  ax-cnre 9865  ax-pre-lttri 9866  ax-pre-lttrn 9867  ax-pre-ltadd 9868  ax-pre-mulgt0 9869  ax-pre-sup 9870  ax-addf 9871  ax-mulf 9872
This theorem depends on definitions:  df-bi 195  df-or 383  df-an 384  df-3or 1031  df-3an 1032  df-tru 1477  df-fal 1480  df-ex 1695  df-nf 1700  df-sb 1867  df-eu 2461  df-mo 2462  df-clab 2596  df-cleq 2602  df-clel 2605  df-nfc 2739  df-ne 2781  df-nel 2782  df-ral 2900  df-rex 2901  df-reu 2902  df-rmo 2903  df-rab 2904  df-v 3174  df-sbc 3402  df-csb 3499  df-dif 3542  df-un 3544  df-in 3546  df-ss 3553  df-pss 3555  df-nul 3874  df-if 4036  df-pw 4109  df-sn 4125  df-pr 4127  df-tp 4129  df-op 4131  df-uni 4367  df-int 4405  df-iun 4451  df-iin 4452  df-br 4578  df-opab 4638  df-mpt 4639  df-tr 4675  df-eprel 4939  df-id 4943  df-po 4949  df-so 4950  df-fr 4987  df-se 4988  df-we 4989  df-xp 5034  df-rel 5035  df-cnv 5036  df-co 5037  df-dm 5038  df-rn 5039  df-res 5040  df-ima 5041  df-pred 5583  df-ord 5629  df-on 5630  df-lim 5631  df-suc 5632  df-iota 5754  df-fun 5792  df-fn 5793  df-f 5794  df-f1 5795  df-fo 5796  df-f1o 5797  df-fv 5798  df-isom 5799  df-riota 6489  df-ov 6530  df-oprab 6531  df-mpt2 6532  df-of 6772  df-om 6935  df-1st 7036  df-2nd 7037  df-supp 7160  df-wrecs 7271  df-recs 7332  df-rdg 7370  df-1o 7424  df-2o 7425  df-oadd 7428  df-er 7606  df-map 7723  df-pm 7724  df-ixp 7772  df-en 7819  df-dom 7820  df-sdom 7821  df-fin 7822  df-fsupp 8136  df-fi 8177  df-sup 8208  df-inf 8209  df-oi 8275  df-card 8625  df-cda 8850  df-pnf 9932  df-mnf 9933  df-xr 9934  df-ltxr 9935  df-le 9936  df-sub 10119  df-neg 10120  df-div 10534  df-nn 10868  df-2 10926  df-3 10927  df-4 10928  df-5 10929  df-6 10930  df-7 10931  df-8 10932  df-9 10933  df-n0 11140  df-z 11211  df-dec 11326  df-uz 11520  df-q 11621  df-rp 11665  df-xneg 11778  df-xadd 11779  df-xmul 11780  df-ioo 12006  df-ioc 12007  df-ico 12008  df-icc 12009  df-fz 12153  df-fzo 12290  df-fl 12410  df-mod 12486  df-seq 12619  df-exp 12678  df-fac 12878  df-bc 12907  df-hash 12935  df-shft 13601  df-cj 13633  df-re 13634  df-im 13635  df-sqrt 13769  df-abs 13770  df-limsup 13996  df-clim 14013  df-rlim 14014  df-sum 14211  df-ef 14583  df-e 14584  df-sin 14585  df-cos 14586  df-tan 14587  df-pi 14588  df-dvds 14768  df-struct 15643  df-ndx 15644  df-slot 15645  df-base 15646  df-sets 15647  df-ress 15648  df-plusg 15727  df-mulr 15728  df-starv 15729  df-sca 15730  df-vsca 15731  df-ip 15732  df-tset 15733  df-ple 15734  df-ds 15737  df-unif 15738  df-hom 15739  df-cco 15740  df-rest 15852  df-topn 15853  df-0g 15871  df-gsum 15872  df-topgen 15873  df-pt 15874  df-prds 15877  df-xrs 15931  df-qtop 15936  df-imas 15937  df-xps 15939  df-mre 16015  df-mrc 16016  df-acs 16018  df-mgm 17011  df-sgrp 17053  df-mnd 17064  df-submnd 17105  df-mulg 17310  df-cntz 17519  df-cmn 17964  df-psmet 19505  df-xmet 19506  df-met 19507  df-bl 19508  df-mopn 19509  df-fbas 19510  df-fg 19511  df-cnfld 19514  df-top 20463  df-bases 20464  df-topon 20465  df-topsp 20466  df-cld 20575  df-ntr 20576  df-cls 20577  df-nei 20654  df-lp 20692  df-perf 20693  df-cn 20783  df-cnp 20784  df-haus 20871  df-cmp 20942  df-tx 21117  df-hmeo 21310  df-fil 21402  df-fm 21494  df-flim 21495  df-flf 21496  df-xms 21876  df-ms 21877  df-tms 21878  df-cncf 22420  df-limc 23353  df-dv 23354  df-ulm 23852  df-log 24024  df-cxp 24025
This theorem is referenced by:  stirlinglem13  38783
  Copyright terms: Public domain W3C validator