Theorem facwordi 10614

Description: Ordering property of factorial. (Contributed by NM, 9-Dec-2005.)

Assertion

Ref	Expression
facwordi	|- ( ( M e. NN0 /\ N e. NN0 /\ M <_ N ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` N ) )

Proof of Theorem facwordi

Dummy variables j k are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		breq2 3969	. . . . . 6 |- ( j = 0 -> ( M <_ j <-> M <_ 0 ) )
2	1	anbi2d 460	. . . . 5 |- ( j = 0 -> ( ( M e. NN0 /\ M <_ j ) <-> ( M e. NN0 /\ M <_ 0 ) ) )
3		fveq2 5468	. . . . . 6 |- ( j = 0 -> ( ! ` j ) = ( ! ` 0 ) )
4	3	breq2d 3977	. . . . 5 |- ( j = 0 -> ( ( ! ` M ) <_ ( ! ` j ) <-> ( ! ` M ) <_ ( ! ` 0 ) ) )
5	2, 4	imbi12d 233	. . . 4 |- ( j = 0 -> ( ( ( M e. NN0 /\ M <_ j ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` j ) ) <-> ( ( M e. NN0 /\ M <_ 0 ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` 0 ) ) ) )
6		breq2 3969	. . . . . 6 |- ( j = k -> ( M <_ j <-> M <_ k ) )
7	6	anbi2d 460	. . . . 5 |- ( j = k -> ( ( M e. NN0 /\ M <_ j ) <-> ( M e. NN0 /\ M <_ k ) ) )
8		fveq2 5468	. . . . . 6 |- ( j = k -> ( ! ` j ) = ( ! ` k ) )
9	8	breq2d 3977	. . . . 5 |- ( j = k -> ( ( ! ` M ) <_ ( ! ` j ) <-> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) )
10	7, 9	imbi12d 233	. . . 4 |- ( j = k -> ( ( ( M e. NN0 /\ M <_ j ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` j ) ) <-> ( ( M e. NN0 /\ M <_ k ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) ) )
11		breq2 3969	. . . . . 6 |- ( j = ( k + 1 ) -> ( M <_ j <-> M <_ ( k + 1 ) ) )
12	11	anbi2d 460	. . . . 5 |- ( j = ( k + 1 ) -> ( ( M e. NN0 /\ M <_ j ) <-> ( M e. NN0 /\ M <_ ( k + 1 ) ) ) )
13		fveq2 5468	. . . . . 6 |- ( j = ( k + 1 ) -> ( ! ` j ) = ( ! ` ( k + 1 ) ) )
14	13	breq2d 3977	. . . . 5 |- ( j = ( k + 1 ) -> ( ( ! ` M ) <_ ( ! ` j ) <-> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) )
15	12, 14	imbi12d 233	. . . 4 |- ( j = ( k + 1 ) -> ( ( ( M e. NN0 /\ M <_ j ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` j ) ) <-> ( ( M e. NN0 /\ M <_ ( k + 1 ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) )
16		breq2 3969	. . . . . 6 |- ( j = N -> ( M <_ j <-> M <_ N ) )
17	16	anbi2d 460	. . . . 5 |- ( j = N -> ( ( M e. NN0 /\ M <_ j ) <-> ( M e. NN0 /\ M <_ N ) ) )
18		fveq2 5468	. . . . . 6 |- ( j = N -> ( ! ` j ) = ( ! ` N ) )
19	18	breq2d 3977	. . . . 5 |- ( j = N -> ( ( ! ` M ) <_ ( ! ` j ) <-> ( ! ` M ) <_ ( ! ` N ) ) )
20	17, 19	imbi12d 233	. . . 4 |- ( j = N -> ( ( ( M e. NN0 /\ M <_ j ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` j ) ) <-> ( ( M e. NN0 /\ M <_ N ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` N ) ) ) )
21		nn0le0eq0 9118	. . . . . . 7 |- ( M e. NN0 -> ( M <_ 0 <-> M = 0 ) )
22	21	biimpa 294	. . . . . 6 |- ( ( M e. NN0 /\ M <_ 0 ) -> M = 0 )
23	22	fveq2d 5472	. . . . 5 |- ( ( M e. NN0 /\ M <_ 0 ) -> ( ! ` M ) = ( ! ` 0 ) )
24		fac0 10602	. . . . . . 7 |- ( ! ` 0 ) = 1
25		1re 7877	. . . . . . 7 |- 1 e. RR
26	24, 25	eqeltri 2230	. . . . . 6 |- ( ! ` 0 ) e. RR
27	26	leidi 8360	. . . . 5 |- ( ! ` 0 ) <_ ( ! ` 0 )
28	23, 27	eqbrtrdi 4003	. . . 4 |- ( ( M e. NN0 /\ M <_ 0 ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` 0 ) )
29		impexp 261	. . . . 5 |- ( ( ( M e. NN0 /\ M <_ k ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) <-> ( M e. NN0 -> ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) ) )
30		simpl 108	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> M e. NN0 )
31	30	nn0zd 9284	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> M e. ZZ )
32		peano2nn0 9130	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( k e. NN0 -> ( k + 1 ) e. NN0 )
33	32	adantl 275	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( k + 1 ) e. NN0 )
34	33	nn0zd 9284	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( k + 1 ) e. ZZ )
35		zleloe 9214	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( M e. ZZ /\ ( k + 1 ) e. ZZ ) -> ( M <_ ( k + 1 ) <-> ( M < ( k + 1 ) \/ M = ( k + 1 ) ) ) )
36	31, 34, 35	syl2anc 409	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( M <_ ( k + 1 ) <-> ( M < ( k + 1 ) \/ M = ( k + 1 ) ) ) )
37		nn0leltp1 9230	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( M <_ k <-> M < ( k + 1 ) ) )
38		faccl 10609	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 |- ( k e. NN0 -> ( ! ` k ) e. NN )
39	38	nnred 8846	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 |- ( k e. NN0 -> ( ! ` k ) e. RR )
40		nn0re 9099	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 |- ( k e. NN0 -> k e. RR )
41		peano2re 8011	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 |- ( k e. RR -> ( k + 1 ) e. RR )
42	40, 41	syl 14	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 |- ( k e. NN0 -> ( k + 1 ) e. RR )
43	38	nnnn0d 9143	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 |- ( k e. NN0 -> ( ! ` k ) e. NN0 )
44	43	nn0ge0d 9146	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 |- ( k e. NN0 -> 0 <_ ( ! ` k ) )
45		nn0p1nn 9129	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 |- ( k e. NN0 -> ( k + 1 ) e. NN )
46	45	nnge1d 8876	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 |- ( k e. NN0 -> 1 <_ ( k + 1 ) )
47	39, 42, 44, 46	lemulge11d 8808	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 |- ( k e. NN0 -> ( ! ` k ) <_ ( ( ! ` k ) x. ( k + 1 ) ) )
48		facp1 10604	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 |- ( k e. NN0 -> ( ! ` ( k + 1 ) ) = ( ( ! ` k ) x. ( k + 1 ) ) )
49	47, 48	breqtrrd 3992	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 |- ( k e. NN0 -> ( ! ` k ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) )
50	49	adantl 275	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( ! ` k ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) )
51		faccl 10609	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 |- ( M e. NN0 -> ( ! ` M ) e. NN )
52	51	nnred 8846	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 |- ( M e. NN0 -> ( ! ` M ) e. RR )
53	52	adantr 274	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( ! ` M ) e. RR )
54	39	adantl 275	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( ! ` k ) e. RR )
55	32	faccld 10610	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 |- ( k e. NN0 -> ( ! ` ( k + 1 ) ) e. NN )
56	55	nnred 8846	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 |- ( k e. NN0 -> ( ! ` ( k + 1 ) ) e. RR )
57	56	adantl 275	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( ! ` ( k + 1 ) ) e. RR )
58		letr 7960	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 |- ( ( ( ! ` M ) e. RR /\ ( ! ` k ) e. RR /\ ( ! ` ( k + 1 ) ) e. RR ) -> ( ( ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) /\ ( ! ` k ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) )
59	53, 54, 57, 58	syl3anc 1220	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( ( ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) /\ ( ! ` k ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) )
60	50, 59	mpan2d 425	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) )
61	60	imim2d 54	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) -> ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) )
62	61	com23 78	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( M <_ k -> ( ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) )
63	37, 62	sylbird 169	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( M < ( k + 1 ) -> ( ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) )
64		fveq2 5468	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( M = ( k + 1 ) -> ( ! ` M ) = ( ! ` ( k + 1 ) ) )
65	52	leidd 8389	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( M e. NN0 -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` M ) )
66		breq2 3969	. . . . . . . . . . . . . . . 16 |- ( ( ! ` M ) = ( ! ` ( k + 1 ) ) -> ( ( ! ` M ) <_ ( ! ` M ) <-> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) )
67	65, 66	syl5ibcom 154	. . . . . . . . . . . . . . 15 |- ( M e. NN0 -> ( ( ! ` M ) = ( ! ` ( k + 1 ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) )
68	64, 67	syl5 32	. . . . . . . . . . . . . 14 |- ( M e. NN0 -> ( M = ( k + 1 ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) )
69	68	adantr 274	. . . . . . . . . . . . 13 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( M = ( k + 1 ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) )
70	69	a1dd 48	. . . . . . . . . . . 12 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( M = ( k + 1 ) -> ( ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) )
71	63, 70	jaod 707	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( ( M < ( k + 1 ) \/ M = ( k + 1 ) ) -> ( ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) )
72	36, 71	sylbid 149	. . . . . . . . . 10 |- ( ( M e. NN0 /\ k e. NN0 ) -> ( M <_ ( k + 1 ) -> ( ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) )
73	72	ex 114	. . . . . . . . 9 |- ( M e. NN0 -> ( k e. NN0 -> ( M <_ ( k + 1 ) -> ( ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) ) )
74	73	com13 80	. . . . . . . 8 |- ( M <_ ( k + 1 ) -> ( k e. NN0 -> ( M e. NN0 -> ( ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) ) )
75	74	com4l 84	. . . . . . 7 |- ( k e. NN0 -> ( M e. NN0 -> ( ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) -> ( M <_ ( k + 1 ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) ) )
76	75	a2d 26	. . . . . 6 |- ( k e. NN0 -> ( ( M e. NN0 -> ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) ) -> ( M e. NN0 -> ( M <_ ( k + 1 ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) ) )
77	76	imp4a 347	. . . . 5 |- ( k e. NN0 -> ( ( M e. NN0 -> ( M <_ k -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) ) -> ( ( M e. NN0 /\ M <_ ( k + 1 ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) )
78	29, 77	syl5bi 151	. . . 4 |- ( k e. NN0 -> ( ( ( M e. NN0 /\ M <_ k ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` k ) ) -> ( ( M e. NN0 /\ M <_ ( k + 1 ) ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` ( k + 1 ) ) ) ) )
79	5, 10, 15, 20, 28, 78	nn0ind 9278	. . 3 |- ( N e. NN0 -> ( ( M e. NN0 /\ M <_ N ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` N ) ) )
80	79	3impib 1183	. 2 |- ( ( N e. NN0 /\ M e. NN0 /\ M <_ N ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` N ) )
81	80	3com12 1189	1 |- ( ( M e. NN0 /\ N e. NN0 /\ M <_ N ) -> ( ! ` M ) <_ ( ! ` N ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 103   <-> wb 104   \/ wo 698   /\ w3a 963   = wceq 1335   e. wcel 2128   class class class wbr 3965   ` cfv 5170  (class class class)co 5824   RRcr 7731   0cc0 7732   1c1 7733   + caddc 7735   x. cmul 7737   < clt 7912   <_ cle 7913   NN0cn0 9090   ZZcz 9167   !cfa 10599

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1427  ax-7 1428  ax-gen 1429  ax-ie1 1473  ax-ie2 1474  ax-8 1484  ax-10 1485  ax-11 1486  ax-i12 1487  ax-bndl 1489  ax-4 1490  ax-17 1506  ax-i9 1510  ax-ial 1514  ax-i5r 1515  ax-13 2130  ax-14 2131  ax-ext 2139  ax-coll 4079  ax-sep 4082  ax-nul 4090  ax-pow 4135  ax-pr 4169  ax-un 4393  ax-setind 4496  ax-iinf 4547  ax-cnex 7823  ax-resscn 7824  ax-1cn 7825  ax-1re 7826  ax-icn 7827  ax-addcl 7828  ax-addrcl 7829  ax-mulcl 7830  ax-mulrcl 7831  ax-addcom 7832  ax-mulcom 7833  ax-addass 7834  ax-mulass 7835  ax-distr 7836  ax-i2m1 7837  ax-0lt1 7838  ax-1rid 7839  ax-0id 7840  ax-rnegex 7841  ax-precex 7842  ax-cnre 7843  ax-pre-ltirr 7844  ax-pre-ltwlin 7845  ax-pre-lttrn 7846  ax-pre-apti 7847  ax-pre-ltadd 7848  ax-pre-mulgt0 7849  ax-pre-mulext 7850

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3or 964  df-3an 965  df-tru 1338  df-fal 1341  df-nf 1441  df-sb 1743  df-eu 2009  df-mo 2010  df-clab 2144  df-cleq 2150  df-clel 2153  df-nfc 2288  df-ne 2328  df-nel 2423  df-ral 2440  df-rex 2441  df-reu 2442  df-rab 2444  df-v 2714  df-sbc 2938  df-csb 3032  df-dif 3104  df-un 3106  df-in 3108  df-ss 3115  df-nul 3395  df-pw 3545  df-sn 3566  df-pr 3567  df-op 3569  df-uni 3773  df-int 3808  df-iun 3851  df-br 3966  df-opab 4026  df-mpt 4027  df-tr 4063  df-id 4253  df-po 4256  df-iso 4257  df-iord 4326  df-on 4328  df-ilim 4329  df-suc 4331  df-iom 4550  df-xp 4592  df-rel 4593  df-cnv 4594  df-co 4595  df-dm 4596  df-rn 4597  df-res 4598  df-ima 4599  df-iota 5135  df-fun 5172  df-fn 5173  df-f 5174  df-f1 5175  df-fo 5176  df-f1o 5177  df-fv 5178  df-riota 5780  df-ov 5827  df-oprab 5828  df-mpo 5829  df-1st 6088  df-2nd 6089  df-recs 6252  df-frec 6338  df-pnf 7914  df-mnf 7915  df-xr 7916  df-ltxr 7917  df-le 7918  df-sub 8048  df-neg 8049  df-reap 8450  df-ap 8457  df-inn 8834  df-n0 9091  df-z 9168  df-uz 9440  df-seqfrec 10345  df-fac 10600

This theorem is referenced by:  facavg  10620