ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  facubnd Unicode version

Theorem facubnd 11183
Description: An upper bound for the factorial function. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Apr-2016.)
Assertion
Ref Expression
facubnd  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ! `
 N )  <_ 
( N ^ N
) )

Proof of Theorem facubnd
Dummy variables  m  k are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fveq2 5695 . . . 4  |-  ( m  =  0  ->  ( ! `  m )  =  ( ! ` 
0 ) )
2 fac0 11166 . . . 4  |-  ( ! `
 0 )  =  1
31, 2eqtrdi 2287 . . 3  |-  ( m  =  0  ->  ( ! `  m )  =  1 )
4 id 19 . . . . 5  |-  ( m  =  0  ->  m  =  0 )
54, 4oveq12d 6103 . . . 4  |-  ( m  =  0  ->  (
m ^ m )  =  ( 0 ^ 0 ) )
6 0exp0e1 10981 . . . 4  |-  ( 0 ^ 0 )  =  1
75, 6eqtrdi 2287 . . 3  |-  ( m  =  0  ->  (
m ^ m )  =  1 )
83, 7breq12d 4143 . 2  |-  ( m  =  0  ->  (
( ! `  m
)  <_  ( m ^ m )  <->  1  <_  1 ) )
9 fveq2 5695 . . 3  |-  ( m  =  k  ->  ( ! `  m )  =  ( ! `  k ) )
10 id 19 . . . 4  |-  ( m  =  k  ->  m  =  k )
1110, 10oveq12d 6103 . . 3  |-  ( m  =  k  ->  (
m ^ m )  =  ( k ^
k ) )
129, 11breq12d 4143 . 2  |-  ( m  =  k  ->  (
( ! `  m
)  <_  ( m ^ m )  <->  ( ! `  k )  <_  (
k ^ k ) ) )
13 fveq2 5695 . . 3  |-  ( m  =  ( k  +  1 )  ->  ( ! `  m )  =  ( ! `  ( k  +  1 ) ) )
14 id 19 . . . 4  |-  ( m  =  ( k  +  1 )  ->  m  =  ( k  +  1 ) )
1514, 14oveq12d 6103 . . 3  |-  ( m  =  ( k  +  1 )  ->  (
m ^ m )  =  ( ( k  +  1 ) ^
( k  +  1 ) ) )
1613, 15breq12d 4143 . 2  |-  ( m  =  ( k  +  1 )  ->  (
( ! `  m
)  <_  ( m ^ m )  <->  ( ! `  ( k  +  1 ) )  <_  (
( k  +  1 ) ^ ( k  +  1 ) ) ) )
17 fveq2 5695 . . 3  |-  ( m  =  N  ->  ( ! `  m )  =  ( ! `  N ) )
18 id 19 . . . 4  |-  ( m  =  N  ->  m  =  N )
1918, 18oveq12d 6103 . . 3  |-  ( m  =  N  ->  (
m ^ m )  =  ( N ^ N ) )
2017, 19breq12d 4143 . 2  |-  ( m  =  N  ->  (
( ! `  m
)  <_  ( m ^ m )  <->  ( ! `  N )  <_  ( N ^ N ) ) )
21 1le1 8900 . 2  |-  1  <_  1
22 faccl 11173 . . . . . . . 8  |-  ( k  e.  NN0  ->  ( ! `
 k )  e.  NN )
2322adantr 276 . . . . . . 7  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( ! `  k
)  e.  NN )
2423nnred 9317 . . . . . 6  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( ! `  k
)  e.  RR )
25 nn0re 9572 . . . . . . . 8  |-  ( k  e.  NN0  ->  k  e.  RR )
2625adantr 276 . . . . . . 7  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
k  e.  RR )
27 simpl 109 . . . . . . 7  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
k  e.  NN0 )
2826, 27reexpcld 11128 . . . . . 6  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( k ^ k
)  e.  RR )
29 nn0p1nn 9602 . . . . . . . . 9  |-  ( k  e.  NN0  ->  ( k  +  1 )  e.  NN )
3029adantr 276 . . . . . . . 8  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( k  +  1 )  e.  NN )
3130nnred 9317 . . . . . . 7  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( k  +  1 )  e.  RR )
3231, 27reexpcld 11128 . . . . . 6  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( ( k  +  1 ) ^ k
)  e.  RR )
33 simpr 110 . . . . . 6  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( ! `  k
)  <_  ( k ^ k ) )
34 nn0ge0 9588 . . . . . . . 8  |-  ( k  e.  NN0  ->  0  <_ 
k )
3534adantr 276 . . . . . . 7  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
0  <_  k )
3626lep1d 9261 . . . . . . 7  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
k  <_  ( k  +  1 ) )
37 leexp1a 11031 . . . . . . 7  |-  ( ( ( k  e.  RR  /\  ( k  +  1 )  e.  RR  /\  k  e.  NN0 )  /\  ( 0  <_  k  /\  k  <_  ( k  +  1 ) ) )  ->  ( k ^ k )  <_ 
( ( k  +  1 ) ^ k
) )
3826, 31, 27, 35, 36, 37syl32anc 1286 . . . . . 6  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( k ^ k
)  <_  ( (
k  +  1 ) ^ k ) )
3924, 28, 32, 33, 38letrd 8450 . . . . 5  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( ! `  k
)  <_  ( (
k  +  1 ) ^ k ) )
4030nngt0d 9348 . . . . . 6  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
0  <  ( k  +  1 ) )
41 lemul1 8921 . . . . . 6  |-  ( ( ( ! `  k
)  e.  RR  /\  ( ( k  +  1 ) ^ k
)  e.  RR  /\  ( ( k  +  1 )  e.  RR  /\  0  <  ( k  +  1 ) ) )  ->  ( ( ! `  k )  <_  ( ( k  +  1 ) ^ k
)  <->  ( ( ! `
 k )  x.  ( k  +  1 ) )  <_  (
( ( k  +  1 ) ^ k
)  x.  ( k  +  1 ) ) ) )
4224, 32, 31, 40, 41syl112anc 1282 . . . . 5  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( ( ! `  k )  <_  (
( k  +  1 ) ^ k )  <-> 
( ( ! `  k )  x.  (
k  +  1 ) )  <_  ( (
( k  +  1 ) ^ k )  x.  ( k  +  1 ) ) ) )
4339, 42mpbid 147 . . . 4  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( ( ! `  k )  x.  (
k  +  1 ) )  <_  ( (
( k  +  1 ) ^ k )  x.  ( k  +  1 ) ) )
44 facp1 11168 . . . . 5  |-  ( k  e.  NN0  ->  ( ! `
 ( k  +  1 ) )  =  ( ( ! `  k )  x.  (
k  +  1 ) ) )
4544adantr 276 . . . 4  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( ! `  (
k  +  1 ) )  =  ( ( ! `  k )  x.  ( k  +  1 ) ) )
4630nncnd 9318 . . . . 5  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( k  +  1 )  e.  CC )
4746, 27expp1d 11112 . . . 4  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( ( k  +  1 ) ^ (
k  +  1 ) )  =  ( ( ( k  +  1 ) ^ k )  x.  ( k  +  1 ) ) )
4843, 45, 473brtr4d 4162 . . 3  |-  ( ( k  e.  NN0  /\  ( ! `  k )  <_  ( k ^
k ) )  -> 
( ! `  (
k  +  1 ) )  <_  ( (
k  +  1 ) ^ ( k  +  1 ) ) )
4948ex 115 . 2  |-  ( k  e.  NN0  ->  ( ( ! `  k )  <_  ( k ^
k )  ->  ( ! `  ( k  +  1 ) )  <_  ( ( k  +  1 ) ^
( k  +  1 ) ) ) )
508, 12, 16, 20, 21, 49nn0ind 9760 1  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ! `
 N )  <_ 
( N ^ N
) )
Colors of variables:    wff set class
This proof depends on syntax axioms:    -> wi 4    /\ wa 104    <-> wb 105    = wceq 1402    e. wcel 2209   class class class wbr 4130   ` cfv 5377  (class class class)co 6085   RRcr 8178   0cc0 8179   1c1 8180    + caddc 8182    x. cmul 8184    < clt 8360    <_ cle 8361   NNcn 9304   NN0cn0 9563   ^cexp 10975   !cfa 11163
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4246  ax-sep 4249  ax-nul 4259  ax-pow 4311  ax-pr 4346  ax-un 4578  ax-setind 4684  ax-iinf 4735  ax-cnex 8270  ax-resscn 8271  ax-1cn 8272  ax-1re 8273  ax-icn 8274  ax-addcl 8275  ax-addrcl 8276  ax-mulcl 8277  ax-mulrcl 8278  ax-addcom 8279  ax-mulcom 8280  ax-addass 8281  ax-mulass 8282  ax-distr 8283  ax-i2m1 8284  ax-0lt1 8285  ax-1rid 8286  ax-0id 8287  ax-rnegex 8288  ax-precex 8289  ax-cnre 8290  ax-pre-ltirr 8291  ax-pre-ltwlin 8292  ax-pre-lttrn 8293  ax-pre-apti 8294  ax-pre-ltadd 8295  ax-pre-mulgt0 8296  ax-pre-mulext 8297
This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-br 4131  df-opab 4193  df-mpt 4194  df-tr 4230  df-id 4438  df-po 4441  df-iso 4442  df-iord 4511  df-on 4513  df-ilim 4514  df-suc 4516  df-iom 4738  df-xp 4780  df-rel 4781  df-cnv 4782  df-co 4783  df-dm 4784  df-rn 4785  df-res 4786  df-ima 4787  df-iota 5337  df-fun 5379  df-fn 5380  df-f 5381  df-f1 5382  df-fo 5383  df-f1o 5384  df-fv 5385  df-riota 6038  df-ov 6088  df-oprab 6089  df-mpo 6090  df-1st 6374  df-2nd 6375  df-recs 6576  df-frec 6662  df-pnf 8362  df-mnf 8363  df-xr 8364  df-ltxr 8365  df-le 8366  df-sub 8499  df-neg 8500  df-reap 8903  df-ap 8910  df-div 9003  df-inn 9305  df-n0 9564  df-z 9645  df-uz 9922  df-seqfrec 10885  df-exp 10976  df-fac 11164
This theorem is used by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator