Theorem dfef2 27215

Description: The limit of the sequence (1 + 𝐴 / 𝑘)↑𝑘 as 𝑘 goes to +∞ is (exp‘𝐴). This is another common definition of e. (Contributed by Mario Carneiro, 1-Mar-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
dfef2.1	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ 𝑉)
dfef2.2	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
dfef2.3	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) = ((1 + (𝐴 / 𝑘))↑𝑘))

Assertion

Ref	Expression
dfef2	⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ (exp‘𝐴))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝐹   𝜑,𝑘

Allowed substitution hint:   𝑉(𝑘)

Proof of Theorem dfef2

Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		dfef2.2	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
2		ax-1cn 11186	. . . . . . . 8 ⊢ 1 ∈ ℂ
3		simpl 488	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℂ)
4		nncn 12269	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℂ)
5	4	adantl 487	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → 𝑥 ∈ ℂ)
6		nnne0 12298	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ≠ 0)
7	6	adantl 487	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → 𝑥 ≠ 0)
8	3, 5, 7	divcld 12019	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → (𝐴 / 𝑥) ∈ ℂ)
9		addcl 11210	. . . . . . . 8 ⊢ ((1 ∈ ℂ ∧ (𝐴 / 𝑥) ∈ ℂ) → (1 + (𝐴 / 𝑥)) ∈ ℂ)
10	2, 8, 9	sylancr 599	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → (1 + (𝐴 / 𝑥)) ∈ ℂ)
11		nnnn0 12539	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℕ0)
12	11	adantl 487	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → 𝑥 ∈ ℕ0)
13		cxpexp 26913	. . . . . . 7 ⊢ (((1 + (𝐴 / 𝑥)) ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℕ0) → ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑐𝑥) = ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥))
14	10, 12, 13	syl2anc 596	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑐𝑥) = ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥))
15	14	mpteq2dva 5202	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑐𝑥)) = (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)))
16		nnrp 13058	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ → 𝑥 ∈ ℝ+)
17	16	ssriv 3938	. . . . . . 7 ⊢ ℕ ⊆ ℝ+
18	17	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ℕ ⊆ ℝ+)
19		eqid 2762	. . . . . . 7 ⊢ (0(ball‘(abs ∘ − ))(1 / ((abs‘𝐴) + 1))) = (0(ball‘(abs ∘ − ))(1 / ((abs‘𝐴) + 1)))
20	19	efrlim 27214	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝑥 ∈ ℝ+ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑐𝑥)) ⇝𝑟 (exp‘𝐴))
21	18, 20	rlimres2 15652	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑐𝑥)) ⇝𝑟 (exp‘𝐴))
22	15, 21	eqbrtrrd 5133	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)) ⇝𝑟 (exp‘𝐴))
23		nnuz 12930	. . . . 5 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
24		1zzd 12653	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → 1 ∈ ℤ)
25	10, 12	expcld 14214	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℕ) → ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥) ∈ ℂ)
26	25	fmpttd 7112	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)):ℕ⟶ℂ)
27	23, 24, 26	rlimclim 15637	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)) ⇝𝑟 (exp‘𝐴) ↔ (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)) ⇝ (exp‘𝐴)))
28	22, 27	mpbid 235	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)) ⇝ (exp‘𝐴))
29	1, 28	syl 18	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)) ⇝ (exp‘𝐴))
30		nnex 12267	. . . . 5 ⊢ ℕ ∈ V
31	30	mptex 7226	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)) ∈ V
32	31	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)) ∈ V)
33		dfef2.1	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ 𝑉)
34		1zzd 12653	. . 3 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
35		oveq2 7425	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → (𝐴 / 𝑥) = (𝐴 / 𝑘))
36	35	oveq2d 7433	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → (1 + (𝐴 / 𝑥)) = (1 + (𝐴 / 𝑘)))
37		id 23	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → 𝑥 = 𝑘)
38	36, 37	oveq12d 7435	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥) = ((1 + (𝐴 / 𝑘))↑𝑘))
39		eqid 2762	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)) = (𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥))
40		ovex 7450	. . . . . 6 ⊢ ((1 + (𝐴 / 𝑘))↑𝑘) ∈ V
41	38, 39, 40	fvmpt 6990	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥))‘𝑘) = ((1 + (𝐴 / 𝑘))↑𝑘))
42	41	adantl 487	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥))‘𝑘) = ((1 + (𝐴 / 𝑘))↑𝑘))
43		dfef2.3	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) = ((1 + (𝐴 / 𝑘))↑𝑘))
44	42, 43	eqtr4d 2800	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥))‘𝑘) = (𝐹‘𝑘))
45	23, 32, 33, 34, 44	climeq 15658	. 2 ⊢ (𝜑 → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ ((1 + (𝐴 / 𝑥))↑𝑥)) ⇝ (exp‘𝐴) ↔ 𝐹 ⇝ (exp‘𝐴)))
46	29, 45	mpbid 235	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ⇝ (exp‘𝐴))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2957  Vcvv 3453   ⊆ wss 3902   class class class wbr 5107   ↦ cmpt 5190   ∘ ccom 5663  ‘cfv 6537  (class class class)co 7417  ℂcc 11126  0cc0 11128  1c1 11129   + caddc 11131   − cmin 11469   / cdiv 11899  ℕcn 12261  ℕ₀cn0 12532  ℝ⁺crp 13046  ↑cexp 14129  abscabs 15325   ⇝ cli 15575   ⇝_𝑟 crli 15576  expce 16153  ballcbl 21578  ↑_𝑐ccxp 26800

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2734  ax-rep 5236  ax-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7740  ax-inf2 9624  ax-cnex 11184  ax-resscn 11185  ax-1cn 11186  ax-icn 11187  ax-addcl 11188  ax-addrcl 11189  ax-mulcl 11190  ax-mulrcl 11191  ax-mulcom 11192  ax-addass 11193  ax-mulass 11194  ax-distr 11195  ax-i2m1 11196  ax-1ne0 11197  ax-1rid 11198  ax-rnegex 11199  ax-rrecex 11200  ax-cnre 11201  ax-pre-lttri 11202  ax-pre-lttrn 11203  ax-pre-ltadd 11204  ax-pre-mulgt0 11205  ax-pre-sup 11206  ax-addf 11207

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4283  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4588  df-pr 4590  df-tp 4592  df-op 4594  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5108  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5554  df-eprel 5559  df-po 5567  df-so 5568  df-fr 5612  df-se 5613  df-we 5614  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7374  df-ov 7420  df-oprab 7421  df-mpo 7422  df-of 7682  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-supp 8163  df-frecs 8284  df-wrecs 8315  df-recs 8364  df-rdg 8403  df-1o 8459  df-2o 8460  df-er 8700  df-map 8832  df-pm 8833  df-ixp 8909  df-en 8957  df-dom 8958  df-sdom 8959  df-fin 8960  df-fsupp 9336  df-fi 9385  df-sup 9416  df-inf 9417  df-oi 9486  df-card 9948  df-pnf 11273  df-mnf 11274  df-xr 11275  df-ltxr 11276  df-le 11277  df-sub 11471  df-neg 11472  df-div 11900  df-nn 12262  df-2 12331  df-3 12332  df-4 12333  df-5 12334  df-6 12335  df-7 12336  df-8 12337  df-9 12338  df-n0 12533  df-z 12620  df-dec 12741  df-uz 12892  df-q 13002  df-rp 13047  df-xneg 13167  df-xadd 13168  df-xmul 13169  df-ioo 13406  df-ioc 13407  df-ico 13408  df-icc 13409  df-fz 13566  df-fzo 13714  df-fl 13857  df-mod 13935  df-seq 14070  df-exp 14130  df-fac 14342  df-bc 14371  df-hash 14399  df-shft 15144  df-cj 15190  df-re 15191  df-im 15192  df-sqrt 15326  df-abs 15327  df-limsup 15562  df-clim 15579  df-rlim 15580  df-sum 15778  df-ef 16159  df-sin 16161  df-cos 16162  df-tan 16163  df-pi 16164  df-struct 17245  df-sets 17262  df-slot 17280  df-ndx 17292  df-base 17308  df-ress 17329  df-plusg 17361  df-mulr 17362  df-starv 17363  df-sca 17364  df-vsca 17365  df-ip 17366  df-tset 17367  df-ple 17368  df-ds 17370  df-unif 17371  df-hom 17372  df-cco 17373  df-rest 17513  df-topn 17514  df-0g 17532  df-gsum 17533  df-topgen 17534  df-pt 17535  df-prds 17538  df-xrs 17594  df-qtop 17599  df-imas 17600  df-xps 17602  df-mre 17676  df-mrc 17677  df-acs 17679  df-mgm 18736  df-sgrp 18827  df-mnd 18843  df-submnd 18898  df-mulg 19197  df-cntz 19450  df-cmn 19915  df-psmet 21583  df-xmet 21584  df-met 21585  df-bl 21586  df-mopn 21587  df-fbas 21588  df-fg 21589  df-cnfld 21592  df-top 23125  df-topon 23142  df-topsp 23164  df-bases 23177  df-cld 23250  df-ntr 23251  df-cls 23252  df-nei 23329  df-lp 23367  df-perf 23368  df-cn 23458  df-cnp 23459  df-haus 23546  df-cmp 23618  df-tx 23794  df-hmeo 23987  df-fil 24078  df-fm 24170  df-flim 24171  df-flf 24172  df-xms 24552  df-ms 24553  df-tms 24554  df-cncf 25112  df-limc 26100  df-dv 26101  df-log 26801  df-cxp 26802

This theorem is used by: (None)