Theorem faclbnd 11103

Description: A lower bound for the factorial function. (Contributed by NM, 17-Dec-2005.)

Assertion

Ref	Expression
faclbnd	⊢ ((𝑀 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁)))

Proof of Theorem faclbnd

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		elnn0 9498	. 2 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ0 ↔ (𝑀 ∈ ℕ ∨ 𝑀 = 0))
2		oveq1 6057	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 0 → (𝑗 + 1) = (0 + 1))
3	2	oveq2d 6066	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = 0 → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑(0 + 1)))
4		fveq2 5670	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 0 → (!‘𝑗) = (!‘0))
5	4	oveq2d 6066	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = 0 → ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀↑𝑀) · (!‘0)))
6	3, 5	breq12d 4122	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = 0 → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑(0 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘0))))
7	6	imbi2d 230	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 0 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(0 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘0)))))
8		oveq1 6057	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → (𝑗 + 1) = (𝑘 + 1))
9	8	oveq2d 6066	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑(𝑘 + 1)))
10		fveq2 5670	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → (!‘𝑗) = (!‘𝑘))
11	10	oveq2d 6066	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)))
12	9, 11	breq12d 4122	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))))
13	12	imbi2d 230	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 𝑘 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)))))
14		oveq1 6057	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝑗 + 1) = ((𝑘 + 1) + 1))
15	14	oveq2d 6066	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)))
16		fveq2 5670	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = (𝑘 + 1) → (!‘𝑗) = (!‘(𝑘 + 1)))
17	16	oveq2d 6066	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
18	15, 17	breq12d 4122	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
19	18	imbi2d 230	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
20		oveq1 6057	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → (𝑗 + 1) = (𝑁 + 1))
21	20	oveq2d 6066	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑(𝑁 + 1)))
22		fveq2 5670	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → (!‘𝑗) = (!‘𝑁))
23	22	oveq2d 6066	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁)))
24	21, 23	breq12d 4122	. . . . . 6 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁))))
25	24	imbi2d 230	. . . . 5 ⊢ (𝑗 = 𝑁 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁)))))
26		nnre 9244	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℝ)
27		nnge1 9260	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 1 ≤ 𝑀)
28		elnnuz 9891	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ ↔ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘1))
29	28	biimpi 120	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ (ℤ≥‘1))
30	26, 27, 29	leexp2ad 11064	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑1) ≤ (𝑀↑𝑀))
31		0p1e1 9351	. . . . . . . 8 ⊢ (0 + 1) = 1
32	31	oveq2i 6061	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀↑(0 + 1)) = (𝑀↑1)
33	32	a1i 9	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(0 + 1)) = (𝑀↑1))
34		fac0 11090	. . . . . . . 8 ⊢ (!‘0) = 1
35	34	oveq2i 6061	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀↑𝑀) · (!‘0)) = ((𝑀↑𝑀) · 1)
36		nnnn0 9503	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℕ0)
37	26, 36	reexpcld 11052	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑𝑀) ∈ ℝ)
38	37	recnd 8302	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑𝑀) ∈ ℂ)
39	38	mulridd 8291	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → ((𝑀↑𝑀) · 1) = (𝑀↑𝑀))
40	35, 39	eqtrid 2277	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → ((𝑀↑𝑀) · (!‘0)) = (𝑀↑𝑀))
41	30, 33, 40	3brtr4d 4141	. . . . 5 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(0 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘0)))
42	26	ad3antrrr 492	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑀 ∈ ℝ)
43		simpllr 536	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
44		peano2nn0 9536	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
45	43, 44	syl 14	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
46	42, 45	reexpcld 11052	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ∈ ℝ)
47	36	ad3antrrr 492	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑀 ∈ ℕ0)
48	42, 47	reexpcld 11052	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑𝑀) ∈ ℝ)
49	43	faccld 11098	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
50	49	nnred 9250	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (!‘𝑘) ∈ ℝ)
51	48, 50	remulcld 8304	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) ∈ ℝ)
52		nn0re 9505	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → 𝑘 ∈ ℝ)
53		peano2re 8409	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑘 ∈ ℝ → (𝑘 + 1) ∈ ℝ)
54	43, 52, 53	3syl 17	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑘 + 1) ∈ ℝ)
55		nngt0 9262	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 0 < 𝑀)
56	55	ad3antrrr 492	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 0 < 𝑀)
57		0re 8274	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ 0 ∈ ℝ
58		ltle 8361	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ) → (0 < 𝑀 → 0 ≤ 𝑀))
59	57, 58	mpan 424	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑀 ∈ ℝ → (0 < 𝑀 → 0 ≤ 𝑀))
60	42, 56, 59	sylc 62	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 0 ≤ 𝑀)
61	42, 45, 60	expge0d 11053	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 0 ≤ (𝑀↑(𝑘 + 1)))
62		simplr 529	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)))
63		simprr 533	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))
64	46, 51, 42, 54, 61, 60, 62, 63	lemul12ad 9216	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀) ≤ (((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
65	64	anandis 596	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀) ≤ (((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
66		nncn 9245	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℂ)
67		expp1 10908	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑀 ∈ ℂ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) = ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀))
68	66, 44, 67	syl2an 289	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) = ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀))
69	68	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) = ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀))
70		facp1 11092	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
71	70	adantl 277	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
72	71	oveq2d 6066	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) = ((𝑀↑𝑀) · ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1))))
73	38	adantr 276	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀↑𝑀) ∈ ℂ)
74		faccl 11097	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
75	74	nncnd 9251	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘𝑘) ∈ ℂ)
76	75	adantl 277	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (!‘𝑘) ∈ ℂ)
77		nn0cn 9506	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → 𝑘 ∈ ℂ)
78		peano2cn 8408	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑘 ∈ ℂ → (𝑘 + 1) ∈ ℂ)
79	77, 78	syl 14	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℂ)
80	79	adantl 277	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 + 1) ∈ ℂ)
81	73, 76, 80	mulassd 8297	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)) = ((𝑀↑𝑀) · ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1))))
82	72, 81	eqtr4d 2268	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) = (((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
83	82	adantr 276	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) = (((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
84	65, 69, 83	3brtr4d 4141	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
85	84	exp32 365	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
86	85	com23 78	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
87		nn0ltp1le 9640	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑘 + 1) ∈ ℕ0 ∧ 𝑀 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
88	44, 36, 87	syl2anr 290	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
89		peano2nn0 9536	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑘 + 1) ∈ ℕ0 → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0)
90	44, 89	syl 14	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0)
91		reexpcl 10918	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑀 ∈ ℝ ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ∈ ℝ)
92	26, 90, 91	syl2an 289	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ∈ ℝ)
93	92	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ∈ ℝ)
94	37	ad2antrr 488	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑𝑀) ∈ ℝ)
95	44	faccld 11098	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℕ)
96	95	nnred 9250	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ)
97		remulcl 8255	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑀↑𝑀) ∈ ℝ ∧ (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ) → ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
98	37, 96, 97	syl2an 289	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
99	98	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
100	26	ad2antrr 488	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 𝑀 ∈ ℝ)
101	27	ad2antrr 488	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 1 ≤ 𝑀)
102		simpr 110	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀)
103	90	ad2antlr 489	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0)
104	103	nn0zd 9698	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℤ)
105		nnz 9596	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℤ)
106	105	ad2antrr 488	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
107		eluz 9867	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → (𝑀 ∈ (ℤ≥‘((𝑘 + 1) + 1)) ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
108	104, 106, 107	syl2anc 411	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀 ∈ (ℤ≥‘((𝑘 + 1) + 1)) ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
109	102, 108	mpbird 167	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 𝑀 ∈ (ℤ≥‘((𝑘 + 1) + 1)))
110	100, 101, 109	leexp2ad 11064	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ (𝑀↑𝑀))
111	37, 96	anim12i 338	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀↑𝑀) ∈ ℝ ∧ (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ))
112		nn0re 9505	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ0 → 𝑀 ∈ ℝ)
113		id 19	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ0 → 𝑀 ∈ ℕ0)
114		nn0ge0 9521	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ0 → 0 ≤ 𝑀)
115	112, 113, 114	expge0d 11053	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ0 → 0 ≤ (𝑀↑𝑀))
116	36, 115	syl 14	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑀 ∈ ℕ → 0 ≤ (𝑀↑𝑀))
117	95	nnge1d 9280	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → 1 ≤ (!‘(𝑘 + 1)))
118	116, 117	anim12i 338	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (0 ≤ (𝑀↑𝑀) ∧ 1 ≤ (!‘(𝑘 + 1))))
119		lemulge11 9140	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((((𝑀↑𝑀) ∈ ℝ ∧ (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ) ∧ (0 ≤ (𝑀↑𝑀) ∧ 1 ≤ (!‘(𝑘 + 1)))) → (𝑀↑𝑀) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
120	111, 118, 119	syl2anc 411	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀↑𝑀) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
121	120	adantr 276	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑𝑀) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
122	93, 94, 99, 110, 121	letrd 8397	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
123	122	ex 115	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀 → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
124	88, 123	sylbid 150	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
125	124	a1dd 48	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
126	105	adantr 276	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑀 ∈ ℤ)
127	44	adantl 277	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
128	127	nn0zd 9698	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 + 1) ∈ ℤ)
129		zlelttric 9622	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℤ) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) ∨ (𝑘 + 1) < 𝑀))
130	126, 128, 129	syl2anc 411	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) ∨ (𝑘 + 1) < 𝑀))
131	86, 125, 130	mpjaod 726	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
132	131	expcom 116	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑀 ∈ ℕ → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
133	132	a2d 26	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑘))) → (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
134	7, 13, 19, 25, 41, 133	nn0ind 9692	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁))))
135	134	impcom 125	. . 3 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁)))
136		faccl 11097	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
137	136	nnnn0d 9553	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℕ0)
138	137	nn0ge0d 9556	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → 0 ≤ (!‘𝑁))
139		nn0p1nn 9535	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ)
140	139	0expd 11051	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (0↑(𝑁 + 1)) = 0)
141		0exp0e1 10906	. . . . . . . 8 ⊢ (0↑0) = 1
142	141	oveq1i 6060	. . . . . . 7 ⊢ ((0↑0) · (!‘𝑁)) = (1 · (!‘𝑁))
143	136	nncnd 9251	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℂ)
144	143	mullidd 8292	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (1 · (!‘𝑁)) = (!‘𝑁))
145	142, 144	eqtrid 2277	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → ((0↑0) · (!‘𝑁)) = (!‘𝑁))
146	138, 140, 145	3brtr4d 4141	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (0↑(𝑁 + 1)) ≤ ((0↑0) · (!‘𝑁)))
147		oveq1 6057	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 = 0 → (𝑀↑(𝑁 + 1)) = (0↑(𝑁 + 1)))
148		oveq12 6059	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 = 0 ∧ 𝑀 = 0) → (𝑀↑𝑀) = (0↑0))
149	148	anidms 397	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 = 0 → (𝑀↑𝑀) = (0↑0))
150	149	oveq1d 6065	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 = 0 → ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁)) = ((0↑0) · (!‘𝑁)))
151	147, 150	breq12d 4122	. . . . 5 ⊢ (𝑀 = 0 → ((𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁)) ↔ (0↑(𝑁 + 1)) ≤ ((0↑0) · (!‘𝑁))))
152	146, 151	imbitrrid 156	. . . 4 ⊢ (𝑀 = 0 → (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁))))
153	152	imp 124	. . 3 ⊢ ((𝑀 = 0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁)))
154	135, 153	jaoian 803	. 2 ⊢ (((𝑀 ∈ ℕ ∨ 𝑀 = 0) ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁)))
155	1, 154	sylanb 284	1 ⊢ ((𝑀 ∈ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀↑𝑀) · (!‘𝑁)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ↔ wb 105   ∨ wo 716   = wceq 1398   ∈ wcel 2203   class class class wbr 4109  ‘cfv 5352  (class class class)co 6050  ℂcc 8125  ℝcr 8126  0cc0 8127  1c1 8128   + caddc 8130   · cmul 8132   < clt 8308   ≤ cle 8309  ℕcn 9237  ℕ₀cn0 9496  ℤcz 9577  ℤ_≥cuz 9853  ↑cexp 10900  !cfa 11087

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2205  ax-14 2206  ax-ext 2214  ax-coll 4225  ax-sep 4228  ax-nul 4236  ax-pow 4287  ax-pr 4322  ax-un 4554  ax-setind 4659  ax-iinf 4710  ax-cnex 8218  ax-resscn 8219  ax-1cn 8220  ax-1re 8221  ax-icn 8222  ax-addcl 8223  ax-addrcl 8224  ax-mulcl 8225  ax-mulrcl 8226  ax-addcom 8227  ax-mulcom 8228  ax-addass 8229  ax-mulass 8230  ax-distr 8231  ax-i2m1 8232  ax-0lt1 8233  ax-1rid 8234  ax-0id 8235  ax-rnegex 8236  ax-precex 8237  ax-cnre 8238  ax-pre-ltirr 8239  ax-pre-ltwlin 8240  ax-pre-lttrn 8241  ax-pre-apti 8242  ax-pre-ltadd 8243  ax-pre-mulgt0 8244  ax-pre-mulext 8245

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2083  df-mo 2084  df-clab 2219  df-cleq 2225  df-clel 2228  df-nfc 2373  df-ne 2413  df-nel 2508  df-ral 2525  df-rex 2526  df-reu 2527  df-rmo 2528  df-rab 2529  df-v 2815  df-sbc 3043  df-csb 3139  df-dif 3213  df-un 3215  df-in 3217  df-ss 3224  df-nul 3509  df-if 3621  df-pw 3671  df-sn 3695  df-pr 3696  df-op 3698  df-uni 3915  df-int 3950  df-iun 3993  df-br 4110  df-opab 4172  df-mpt 4173  df-tr 4209  df-id 4414  df-po 4417  df-iso 4418  df-iord 4487  df-on 4489  df-ilim 4490  df-suc 4492  df-iom 4713  df-xp 4755  df-rel 4756  df-cnv 4757  df-co 4758  df-dm 4759  df-rn 4760  df-res 4761  df-ima 4762  df-iota 5312  df-fun 5354  df-fn 5355  df-f 5356  df-f1 5357  df-fo 5358  df-f1o 5359  df-fv 5360  df-riota 6003  df-ov 6053  df-oprab 6054  df-mpo 6055  df-1st 6334  df-2nd 6335  df-recs 6536  df-frec 6622  df-pnf 8310  df-mnf 8311  df-xr 8312  df-ltxr 8313  df-le 8314  df-sub 8446  df-neg 8447  df-reap 8849  df-ap 8856  df-div 8947  df-inn 9238  df-n0 9497  df-z 9578  df-uz 9854  df-rp 9987  df-seqfrec 10810  df-exp 10901  df-fac 11088

This theorem is referenced by:  faclbnd2  11104  faclbnd3  11105