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Theorem faclbnd 13282
Description: A lower bound for the factorial function. (Contributed by NM, 17-Dec-2005.)
Assertion
Ref Expression
faclbnd ((𝑀 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))

Proof of Theorem faclbnd
Dummy variables 𝑗 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 elnn0 11497 . 2 (𝑀 ∈ ℕ0 ↔ (𝑀 ∈ ℕ ∨ 𝑀 = 0))
2 oveq1 6801 . . . . . . . 8 (𝑗 = 0 → (𝑗 + 1) = (0 + 1))
32oveq2d 6810 . . . . . . 7 (𝑗 = 0 → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑(0 + 1)))
4 fveq2 6333 . . . . . . . 8 (𝑗 = 0 → (!‘𝑗) = (!‘0))
54oveq2d 6810 . . . . . . 7 (𝑗 = 0 → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀𝑀) · (!‘0)))
63, 5breq12d 4800 . . . . . 6 (𝑗 = 0 → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑(0 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘0))))
76imbi2d 329 . . . . 5 (𝑗 = 0 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(0 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘0)))))
8 oveq1 6801 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑘 → (𝑗 + 1) = (𝑘 + 1))
98oveq2d 6810 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑘 → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑(𝑘 + 1)))
10 fveq2 6333 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑘 → (!‘𝑗) = (!‘𝑘))
1110oveq2d 6810 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑘 → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)))
129, 11breq12d 4800 . . . . . 6 (𝑗 = 𝑘 → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))))
1312imbi2d 329 . . . . 5 (𝑗 = 𝑘 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)))))
14 oveq1 6801 . . . . . . . 8 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝑗 + 1) = ((𝑘 + 1) + 1))
1514oveq2d 6810 . . . . . . 7 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)))
16 fveq2 6333 . . . . . . . 8 (𝑗 = (𝑘 + 1) → (!‘𝑗) = (!‘(𝑘 + 1)))
1716oveq2d 6810 . . . . . . 7 (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
1815, 17breq12d 4800 . . . . . 6 (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
1918imbi2d 329 . . . . 5 (𝑗 = (𝑘 + 1) → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
20 oveq1 6801 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑁 → (𝑗 + 1) = (𝑁 + 1))
2120oveq2d 6810 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑁 → (𝑀↑(𝑗 + 1)) = (𝑀↑(𝑁 + 1)))
22 fveq2 6333 . . . . . . . 8 (𝑗 = 𝑁 → (!‘𝑗) = (!‘𝑁))
2322oveq2d 6810 . . . . . . 7 (𝑗 = 𝑁 → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) = ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))
2421, 23breq12d 4800 . . . . . 6 (𝑗 = 𝑁 → ((𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗)) ↔ (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁))))
2524imbi2d 329 . . . . 5 (𝑗 = 𝑁 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑗 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑗))) ↔ (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))))
26 nnre 11230 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℝ)
27 nnge1 11249 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ ℕ → 1 ≤ 𝑀)
28 elnnuz 11927 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ ℕ ↔ 𝑀 ∈ (ℤ‘1))
2928biimpi 206 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ (ℤ‘1))
3026, 27, 29leexp2ad 13249 . . . . . 6 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑1) ≤ (𝑀𝑀))
31 0p1e1 11335 . . . . . . . 8 (0 + 1) = 1
3231oveq2i 6805 . . . . . . 7 (𝑀↑(0 + 1)) = (𝑀↑1)
3332a1i 11 . . . . . 6 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(0 + 1)) = (𝑀↑1))
34 fac0 13268 . . . . . . . 8 (!‘0) = 1
3534oveq2i 6805 . . . . . . 7 ((𝑀𝑀) · (!‘0)) = ((𝑀𝑀) · 1)
36 nnnn0 11502 . . . . . . . . . 10 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℕ0)
3726, 36reexpcld 13233 . . . . . . . . 9 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀𝑀) ∈ ℝ)
3837recnd 10271 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀𝑀) ∈ ℂ)
3938mulid1d 10260 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ ℕ → ((𝑀𝑀) · 1) = (𝑀𝑀))
4035, 39syl5eq 2817 . . . . . 6 (𝑀 ∈ ℕ → ((𝑀𝑀) · (!‘0)) = (𝑀𝑀))
4130, 33, 403brtr4d 4819 . . . . 5 (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(0 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘0)))
4226ad3antrrr 703 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑀 ∈ ℝ)
43 simpllr 754 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
44 peano2nn0 11536 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
4543, 44syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
4642, 45reexpcld 13233 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ∈ ℝ)
4736ad3antrrr 703 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑀 ∈ ℕ0)
4842, 47reexpcld 13233 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀𝑀) ∈ ℝ)
4943faccld 13276 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
5049nnred 11238 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (!‘𝑘) ∈ ℝ)
5148, 50remulcld 10273 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) ∈ ℝ)
52 nn0re 11504 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℝ)
53 peano2re 10412 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℝ → (𝑘 + 1) ∈ ℝ)
5443, 52, 533syl 18 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑘 + 1) ∈ ℝ)
55 nngt0 11252 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑀 ∈ ℕ → 0 < 𝑀)
5655ad3antrrr 703 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 0 < 𝑀)
57 0re 10243 . . . . . . . . . . . . . . . 16 0 ∈ ℝ
58 ltle 10329 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((0 ∈ ℝ ∧ 𝑀 ∈ ℝ) → (0 < 𝑀 → 0 ≤ 𝑀))
5957, 58mpan 664 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑀 ∈ ℝ → (0 < 𝑀 → 0 ≤ 𝑀))
6042, 56, 59sylc 65 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 0 ≤ 𝑀)
6142, 45, 60expge0d 13234 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 0 ≤ (𝑀↑(𝑘 + 1)))
62 simplr 746 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)))
63 simprr 750 . . . . . . . . . . . . 13 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))
6446, 51, 42, 54, 61, 60, 62, 63lemul12ad 11169 . . . . . . . . . . . 12 ((((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) ∧ ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀) ≤ (((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
6564anandis 651 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀) ≤ (((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
66 nncn 11231 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℂ)
67 expp1 13075 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℂ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) = ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀))
6866, 44, 67syl2an 577 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) = ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀))
6968adantr 466 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) = ((𝑀↑(𝑘 + 1)) · 𝑀))
70 facp1 13270 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
7170adantl 467 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (!‘(𝑘 + 1)) = ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1)))
7271oveq2d 6810 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) = ((𝑀𝑀) · ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1))))
7338adantr 466 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀𝑀) ∈ ℂ)
74 faccl 13275 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘𝑘) ∈ ℕ)
7574nncnd 11239 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘𝑘) ∈ ℂ)
7675adantl 467 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (!‘𝑘) ∈ ℂ)
77 nn0cn 11505 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℂ)
78 peano2cn 10411 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑘 ∈ ℂ → (𝑘 + 1) ∈ ℂ)
7977, 78syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℂ)
8079adantl 467 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 + 1) ∈ ℂ)
8173, 76, 80mulassd 10266 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)) = ((𝑀𝑀) · ((!‘𝑘) · (𝑘 + 1))))
8272, 81eqtr4d 2808 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) = (((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
8382adantr 466 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) = (((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) · (𝑘 + 1)))
8465, 69, 833brtr4d 4819 . . . . . . . . . 10 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) ∧ 𝑀 ≤ (𝑘 + 1))) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
8584exp32 407 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
8685com23 86 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
87 nn0ltp1le 11638 . . . . . . . . . . 11 (((𝑘 + 1) ∈ ℕ0𝑀 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
8844, 36, 87syl2anr 578 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
89 peano2nn0 11536 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑘 + 1) ∈ ℕ0 → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0)
9044, 89syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0)
91 reexpcl 13085 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℝ ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ∈ ℝ)
9226, 90, 91syl2an 577 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ∈ ℝ)
9392adantr 466 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ∈ ℝ)
9437ad2antrr 699 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀𝑀) ∈ ℝ)
9544faccld 13276 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℕ)
9695nnred 11238 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ)
97 remulcl 10224 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑀𝑀) ∈ ℝ ∧ (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
9837, 96, 97syl2an 577 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
9998adantr 466 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))) ∈ ℝ)
10026ad2antrr 699 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 𝑀 ∈ ℝ)
10127ad2antrr 699 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 1 ≤ 𝑀)
102 simpr 471 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀)
10390ad2antlr 700 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℕ0)
104103nn0zd 11683 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → ((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℤ)
105 nnz 11602 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑀 ∈ ℕ → 𝑀 ∈ ℤ)
106105ad2antrr 699 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
107 eluz 11903 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((((𝑘 + 1) + 1) ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → (𝑀 ∈ (ℤ‘((𝑘 + 1) + 1)) ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
108104, 106, 107syl2anc 567 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀 ∈ (ℤ‘((𝑘 + 1) + 1)) ↔ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀))
109102, 108mpbird 247 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → 𝑀 ∈ (ℤ‘((𝑘 + 1) + 1)))
110100, 101, 109leexp2ad 13249 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ (𝑀𝑀))
11137, 96anim12i 594 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀𝑀) ∈ ℝ ∧ (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ))
112 nn0re 11504 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑀 ∈ ℕ0𝑀 ∈ ℝ)
113 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑀 ∈ ℕ0𝑀 ∈ ℕ0)
114 nn0ge0 11521 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑀 ∈ ℕ0 → 0 ≤ 𝑀)
115112, 113, 114expge0d 13234 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑀 ∈ ℕ0 → 0 ≤ (𝑀𝑀))
11636, 115syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑀 ∈ ℕ → 0 ≤ (𝑀𝑀))
11795nnge1d 11266 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑘 ∈ ℕ0 → 1 ≤ (!‘(𝑘 + 1)))
118116, 117anim12i 594 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (0 ≤ (𝑀𝑀) ∧ 1 ≤ (!‘(𝑘 + 1))))
119 lemulge11 11088 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((𝑀𝑀) ∈ ℝ ∧ (!‘(𝑘 + 1)) ∈ ℝ) ∧ (0 ≤ (𝑀𝑀) ∧ 1 ≤ (!‘(𝑘 + 1)))) → (𝑀𝑀) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
120111, 118, 119syl2anc 567 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀𝑀) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
121120adantr 466 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀𝑀) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
12293, 94, 99, 110, 121letrd 10397 . . . . . . . . . . 11 (((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) ∧ ((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))
123122ex 397 . . . . . . . . . 10 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((𝑘 + 1) + 1) ≤ 𝑀 → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
12488, 123sylbid 230 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
125124a1dd 50 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑘 + 1) < 𝑀 → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
12652, 53syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 + 1) ∈ ℝ)
127 lelttric 10347 . . . . . . . . 9 ((𝑀 ∈ ℝ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℝ) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) ∨ (𝑘 + 1) < 𝑀))
12826, 126, 127syl2an 577 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑀 ≤ (𝑘 + 1) ∨ (𝑘 + 1) < 𝑀))
12986, 125, 128mpjaod 841 . . . . . . 7 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1)))))
130129expcom 398 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑀 ∈ ℕ → ((𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘)) → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
131130a2d 29 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑘 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑘))) → (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑((𝑘 + 1) + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘(𝑘 + 1))))))
1327, 13, 19, 25, 41, 131nn0ind 11675 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑀 ∈ ℕ → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁))))
133132impcom 394 . . 3 ((𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))
134 faccl 13275 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
135134nnnn0d 11554 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℕ0)
136135nn0ge0d 11557 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ0 → 0 ≤ (!‘𝑁))
137 nn0p1nn 11535 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑁 + 1) ∈ ℕ)
1381370expd 13232 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ0 → (0↑(𝑁 + 1)) = 0)
139 0exp0e1 13073 . . . . . . . 8 (0↑0) = 1
140139oveq1i 6804 . . . . . . 7 ((0↑0) · (!‘𝑁)) = (1 · (!‘𝑁))
141134nncnd 11239 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℂ)
142141mulid2d 10261 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0 → (1 · (!‘𝑁)) = (!‘𝑁))
143140, 142syl5eq 2817 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ0 → ((0↑0) · (!‘𝑁)) = (!‘𝑁))
144136, 138, 1433brtr4d 4819 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ0 → (0↑(𝑁 + 1)) ≤ ((0↑0) · (!‘𝑁)))
145 oveq1 6801 . . . . . 6 (𝑀 = 0 → (𝑀↑(𝑁 + 1)) = (0↑(𝑁 + 1)))
146 oveq12 6803 . . . . . . . 8 ((𝑀 = 0 ∧ 𝑀 = 0) → (𝑀𝑀) = (0↑0))
147146anidms 550 . . . . . . 7 (𝑀 = 0 → (𝑀𝑀) = (0↑0))
148147oveq1d 6809 . . . . . 6 (𝑀 = 0 → ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)) = ((0↑0) · (!‘𝑁)))
149145, 148breq12d 4800 . . . . 5 (𝑀 = 0 → ((𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)) ↔ (0↑(𝑁 + 1)) ≤ ((0↑0) · (!‘𝑁))))
150144, 149syl5ibr 236 . . . 4 (𝑀 = 0 → (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁))))
151150imp 393 . . 3 ((𝑀 = 0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))
152133, 151jaoian 931 . 2 (((𝑀 ∈ ℕ ∨ 𝑀 = 0) ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))
1531, 152sylanb 564 1 ((𝑀 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑀↑(𝑁 + 1)) ≤ ((𝑀𝑀) · (!‘𝑁)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 382  wo 828   = wceq 1631  wcel 2145   class class class wbr 4787  cfv 6032  (class class class)co 6794  cc 10137  cr 10138  0cc0 10139  1c1 10140   + caddc 10142   · cmul 10144   < clt 10277  cle 10278  cn 11223  0cn0 11495  cz 11580  cuz 11889  cexp 13068  !cfa 13265
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-sep 4916  ax-nul 4924  ax-pow 4975  ax-pr 5035  ax-un 7097  ax-cnex 10195  ax-resscn 10196  ax-1cn 10197  ax-icn 10198  ax-addcl 10199  ax-addrcl 10200  ax-mulcl 10201  ax-mulrcl 10202  ax-mulcom 10203  ax-addass 10204  ax-mulass 10205  ax-distr 10206  ax-i2m1 10207  ax-1ne0 10208  ax-1rid 10209  ax-rnegex 10210  ax-rrecex 10211  ax-cnre 10212  ax-pre-lttri 10213  ax-pre-lttrn 10214  ax-pre-ltadd 10215  ax-pre-mulgt0 10216
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 829  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3589  df-csb 3684  df-dif 3727  df-un 3729  df-in 3731  df-ss 3738  df-pss 3740  df-nul 4065  df-if 4227  df-pw 4300  df-sn 4318  df-pr 4320  df-tp 4322  df-op 4324  df-uni 4576  df-iun 4657  df-br 4788  df-opab 4848  df-mpt 4865  df-tr 4888  df-id 5158  df-eprel 5163  df-po 5171  df-so 5172  df-fr 5209  df-we 5211  df-xp 5256  df-rel 5257  df-cnv 5258  df-co 5259  df-dm 5260  df-rn 5261  df-res 5262  df-ima 5263  df-pred 5824  df-ord 5870  df-on 5871  df-lim 5872  df-suc 5873  df-iota 5995  df-fun 6034  df-fn 6035  df-f 6036  df-f1 6037  df-fo 6038  df-f1o 6039  df-fv 6040  df-riota 6755  df-ov 6797  df-oprab 6798  df-mpt2 6799  df-om 7214  df-2nd 7317  df-wrecs 7560  df-recs 7622  df-rdg 7660  df-er 7897  df-en 8111  df-dom 8112  df-sdom 8113  df-pnf 10279  df-mnf 10280  df-xr 10281  df-ltxr 10282  df-le 10283  df-sub 10471  df-neg 10472  df-div 10888  df-nn 11224  df-n0 11496  df-z 11581  df-uz 11890  df-rp 12037  df-seq 13010  df-exp 13069  df-fac 13266
This theorem is referenced by:  faclbnd2  13283  faclbnd3  13284
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