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

Theorem facubnd 10543
 Description: An upper bound for the factorial function. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Apr-2016.)
Assertion
Ref Expression
facubnd (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ≤ (𝑁𝑁))

Proof of Theorem facubnd
Dummy variables 𝑚 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fveq2 5430 . . . 4 (𝑚 = 0 → (!‘𝑚) = (!‘0))
2 fac0 10526 . . . 4 (!‘0) = 1
31, 2eqtrdi 2189 . . 3 (𝑚 = 0 → (!‘𝑚) = 1)
4 id 19 . . . . 5 (𝑚 = 0 → 𝑚 = 0)
54, 4oveq12d 5801 . . . 4 (𝑚 = 0 → (𝑚𝑚) = (0↑0))
6 0exp0e1 10349 . . . 4 (0↑0) = 1
75, 6eqtrdi 2189 . . 3 (𝑚 = 0 → (𝑚𝑚) = 1)
83, 7breq12d 3951 . 2 (𝑚 = 0 → ((!‘𝑚) ≤ (𝑚𝑚) ↔ 1 ≤ 1))
9 fveq2 5430 . . 3 (𝑚 = 𝑘 → (!‘𝑚) = (!‘𝑘))
10 id 19 . . . 4 (𝑚 = 𝑘𝑚 = 𝑘)
1110, 10oveq12d 5801 . . 3 (𝑚 = 𝑘 → (𝑚𝑚) = (𝑘𝑘))
129, 11breq12d 3951 . 2 (𝑚 = 𝑘 → ((!‘𝑚) ≤ (𝑚𝑚) ↔ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)))
13 fveq2 5430 . . 3 (𝑚 = (𝑘 + 1) → (!‘𝑚) = (!‘(𝑘 + 1)))
14 id 19 . . . 4 (𝑚 = (𝑘 + 1) → 𝑚 = (𝑘 + 1))
1514, 14oveq12d 5801 . . 3 (𝑚 = (𝑘 + 1) → (𝑚𝑚) = ((𝑘 + 1)↑(𝑘 + 1)))
1613, 15breq12d 3951 . 2 (𝑚 = (𝑘 + 1) → ((!‘𝑚) ≤ (𝑚𝑚) ↔ (!‘(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑘 + 1)↑(𝑘 + 1))))
17 fveq2 5430 . . 3 (𝑚 = 𝑁 → (!‘𝑚) = (!‘𝑁))
18 id 19 . . . 4 (𝑚 = 𝑁𝑚 = 𝑁)
1918, 18oveq12d 5801 . . 3 (𝑚 = 𝑁 → (𝑚𝑚) = (𝑁𝑁))
2017, 19breq12d 3951 . 2 (𝑚 = 𝑁 → ((!‘𝑚) ≤ (𝑚𝑚) ↔ (!‘𝑁) ≤ (𝑁𝑁)))
21 1le1 8378 . 2 1 ≤ 1
22 faccl 10533 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
2322adantr 274 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
2423nnred 8777 . . . . . 6 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (!‘𝑘) ∈ ℝ)
25 nn0re 9030 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℝ)
2625adantr 274 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → 𝑘 ∈ ℝ)
27 simpl 108 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
2826, 27reexpcld 10492 . . . . . 6 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (𝑘𝑘) ∈ ℝ)
29 nn0p1nn 9060 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
3029adantr 274 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
3130nnred 8777 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (𝑘 + 1) ∈ ℝ)
3231, 27reexpcld 10492 . . . . . 6 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → ((𝑘 + 1)↑𝑘) ∈ ℝ)
33 simpr 109 . . . . . 6 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘))
34 nn0ge0 9046 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → 0 ≤ 𝑘)
3534adantr 274 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → 0 ≤ 𝑘)
3626lep1d 8733 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → 𝑘 ≤ (𝑘 + 1))
37 leexp1a 10399 . . . . . . 7 (((𝑘 ∈ ℝ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℝ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (0 ≤ 𝑘𝑘 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑘𝑘) ≤ ((𝑘 + 1)↑𝑘))
3826, 31, 27, 35, 36, 37syl32anc 1225 . . . . . 6 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (𝑘𝑘) ≤ ((𝑘 + 1)↑𝑘))
3924, 28, 32, 33, 38letrd 7930 . . . . 5 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (!‘𝑘) ≤ ((𝑘 + 1)↑𝑘))
4030nngt0d 8808 . . . . . 6 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → 0 < (𝑘 + 1))
41 lemul1 8399 . . . . . 6 (((!‘𝑘) ∈ ℝ ∧ ((𝑘 + 1)↑𝑘) ∈ ℝ ∧ ((𝑘 + 1) ∈ ℝ ∧ 0 < (𝑘 + 1))) → ((!‘𝑘) ≤ ((𝑘 + 1)↑𝑘) ↔ ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)) ≤ (((𝑘 + 1)↑𝑘) · (𝑘 + 1))))
4224, 32, 31, 40, 41syl112anc 1221 . . . . 5 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → ((!‘𝑘) ≤ ((𝑘 + 1)↑𝑘) ↔ ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)) ≤ (((𝑘 + 1)↑𝑘) · (𝑘 + 1))))
4339, 42mpbid 146 . . . 4 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)) ≤ (((𝑘 + 1)↑𝑘) · (𝑘 + 1)))
44 facp1 10528 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
4544adantr 274 . . . 4 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
4630nncnd 8778 . . . . 5 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (𝑘 + 1) ∈ ℂ)
4746, 27expp1d 10476 . . . 4 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → ((𝑘 + 1)↑(𝑘 + 1)) = (((𝑘 + 1)↑𝑘) · (𝑘 + 1)))
4843, 45, 473brtr4d 3969 . . 3 ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ (!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘)) → (!‘(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑘 + 1)↑(𝑘 + 1)))
4948ex 114 . 2 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((!‘𝑘) ≤ (𝑘𝑘) → (!‘(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑘 + 1)↑(𝑘 + 1))))
508, 12, 16, 20, 21, 49nn0ind 9209 1 (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ≤ (𝑁𝑁))
 Colors of variables: wff set class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ↔ wb 104   = wceq 1332   ∈ wcel 1481   class class class wbr 3938  ‘cfv 5132  (class class class)co 5783  ℝcr 7663  0cc0 7664  1c1 7665   + caddc 7667   · cmul 7669   < clt 7844   ≤ cle 7845  ℕcn 8764  ℕ0cn0 9021  ↑cexp 10343  !cfa 10523 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 1424  ax-7 1425  ax-gen 1426  ax-ie1 1470  ax-ie2 1471  ax-8 1483  ax-10 1484  ax-11 1485  ax-i12 1486  ax-bndl 1487  ax-4 1488  ax-13 1492  ax-14 1493  ax-17 1507  ax-i9 1511  ax-ial 1515  ax-i5r 1516  ax-ext 2122  ax-coll 4052  ax-sep 4055  ax-nul 4063  ax-pow 4107  ax-pr 4140  ax-un 4364  ax-setind 4461  ax-iinf 4511  ax-cnex 7755  ax-resscn 7756  ax-1cn 7757  ax-1re 7758  ax-icn 7759  ax-addcl 7760  ax-addrcl 7761  ax-mulcl 7762  ax-mulrcl 7763  ax-addcom 7764  ax-mulcom 7765  ax-addass 7766  ax-mulass 7767  ax-distr 7768  ax-i2m1 7769  ax-0lt1 7770  ax-1rid 7771  ax-0id 7772  ax-rnegex 7773  ax-precex 7774  ax-cnre 7775  ax-pre-ltirr 7776  ax-pre-ltwlin 7777  ax-pre-lttrn 7778  ax-pre-apti 7779  ax-pre-ltadd 7780  ax-pre-mulgt0 7781  ax-pre-mulext 7782 This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 821  df-3or 964  df-3an 965  df-tru 1335  df-fal 1338  df-nf 1438  df-sb 1737  df-eu 2003  df-mo 2004  df-clab 2127  df-cleq 2133  df-clel 2136  df-nfc 2271  df-ne 2310  df-nel 2405  df-ral 2422  df-rex 2423  df-reu 2424  df-rmo 2425  df-rab 2426  df-v 2692  df-sbc 2915  df-csb 3009  df-dif 3079  df-un 3081  df-in 3083  df-ss 3090  df-nul 3370  df-if 3481  df-pw 3518  df-sn 3539  df-pr 3540  df-op 3542  df-uni 3746  df-int 3781  df-iun 3824  df-br 3939  df-opab 3999  df-mpt 4000  df-tr 4036  df-id 4224  df-po 4227  df-iso 4228  df-iord 4297  df-on 4299  df-ilim 4300  df-suc 4302  df-iom 4514  df-xp 4554  df-rel 4555  df-cnv 4556  df-co 4557  df-dm 4558  df-rn 4559  df-res 4560  df-ima 4561  df-iota 5097  df-fun 5134  df-fn 5135  df-f 5136  df-f1 5137  df-fo 5138  df-f1o 5139  df-fv 5140  df-riota 5739  df-ov 5786  df-oprab 5787  df-mpo 5788  df-1st 6047  df-2nd 6048  df-recs 6211  df-frec 6297  df-pnf 7846  df-mnf 7847  df-xr 7848  df-ltxr 7849  df-le 7850  df-sub 7979  df-neg 7980  df-reap 8381  df-ap 8388  df-div 8477  df-inn 8765  df-n0 9022  df-z 9099  df-uz 9371  df-seqfrec 10270  df-exp 10344  df-fac 10524 This theorem is referenced by: (None)
 Copyright terms: Public domain W3C validator