Mathbox for Scott Fenton < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  faclim Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem faclim 33092
 Description: An infinite product expression relating to factorials. Originally due to Euler. (Contributed by Scott Fenton, 22-Nov-2017.)
Hypothesis
Ref Expression
faclim.1 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑛))))
Assertion
Ref Expression
faclim (𝐴 ∈ ℕ0 → seq1( · , 𝐹) ⇝ (!‘𝐴))
Distinct variable group:   𝐴,𝑛
Allowed substitution hint:   𝐹(𝑛)

Proof of Theorem faclim
Dummy variables 𝑎 𝑏 𝑚 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 faclim.1 . . 3 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑛))))
2 seqeq3 13373 . . 3 (𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑛)))) → seq1( · , 𝐹) = seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑛))))))
31, 2ax-mp 5 . 2 seq1( · , 𝐹) = seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑛)))))
4 oveq2 7147 . . . . . . 7 (𝑎 = 0 → ((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) = ((1 + (1 / 𝑛))↑0))
5 oveq1 7146 . . . . . . . 8 (𝑎 = 0 → (𝑎 / 𝑛) = (0 / 𝑛))
65oveq2d 7155 . . . . . . 7 (𝑎 = 0 → (1 + (𝑎 / 𝑛)) = (1 + (0 / 𝑛)))
74, 6oveq12d 7157 . . . . . 6 (𝑎 = 0 → (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))) = (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛))))
87mpteq2dv 5129 . . . . 5 (𝑎 = 0 → (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛)))))
98seqeq3d 13376 . . . 4 (𝑎 = 0 → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))))) = seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛))))))
10 fveq2 6649 . . . . 5 (𝑎 = 0 → (!‘𝑎) = (!‘0))
11 fac0 13636 . . . . 5 (!‘0) = 1
1210, 11eqtrdi 2852 . . . 4 (𝑎 = 0 → (!‘𝑎) = 1)
139, 12breq12d 5046 . . 3 (𝑎 = 0 → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑎) ↔ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛))))) ⇝ 1))
14 oveq2 7147 . . . . . . 7 (𝑎 = 𝑚 → ((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) = ((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚))
15 oveq1 7146 . . . . . . . 8 (𝑎 = 𝑚 → (𝑎 / 𝑛) = (𝑚 / 𝑛))
1615oveq2d 7155 . . . . . . 7 (𝑎 = 𝑚 → (1 + (𝑎 / 𝑛)) = (1 + (𝑚 / 𝑛)))
1714, 16oveq12d 7157 . . . . . 6 (𝑎 = 𝑚 → (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))) = (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))
1817mpteq2dv 5129 . . . . 5 (𝑎 = 𝑚 → (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛)))))
1918seqeq3d 13376 . . . 4 (𝑎 = 𝑚 → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))))) = seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))))
20 fveq2 6649 . . . 4 (𝑎 = 𝑚 → (!‘𝑎) = (!‘𝑚))
2119, 20breq12d 5046 . . 3 (𝑎 = 𝑚 → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑎) ↔ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)))
22 oveq2 7147 . . . . . . 7 (𝑎 = (𝑚 + 1) → ((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) = ((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)))
23 oveq1 7146 . . . . . . . 8 (𝑎 = (𝑚 + 1) → (𝑎 / 𝑛) = ((𝑚 + 1) / 𝑛))
2423oveq2d 7155 . . . . . . 7 (𝑎 = (𝑚 + 1) → (1 + (𝑎 / 𝑛)) = (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))
2522, 24oveq12d 7157 . . . . . 6 (𝑎 = (𝑚 + 1) → (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))) = (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))
2625mpteq2dv 5129 . . . . 5 (𝑎 = (𝑚 + 1) → (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))))
2726seqeq3d 13376 . . . 4 (𝑎 = (𝑚 + 1) → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))))) = seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))))
28 fveq2 6649 . . . 4 (𝑎 = (𝑚 + 1) → (!‘𝑎) = (!‘(𝑚 + 1)))
2927, 28breq12d 5046 . . 3 (𝑎 = (𝑚 + 1) → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑎) ↔ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))) ⇝ (!‘(𝑚 + 1))))
30 oveq2 7147 . . . . . . 7 (𝑎 = 𝐴 → ((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) = ((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴))
31 oveq1 7146 . . . . . . . 8 (𝑎 = 𝐴 → (𝑎 / 𝑛) = (𝐴 / 𝑛))
3231oveq2d 7155 . . . . . . 7 (𝑎 = 𝐴 → (1 + (𝑎 / 𝑛)) = (1 + (𝐴 / 𝑛)))
3330, 32oveq12d 7157 . . . . . 6 (𝑎 = 𝐴 → (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))) = (((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑛))))
3433mpteq2dv 5129 . . . . 5 (𝑎 = 𝐴 → (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑛)))))
3534seqeq3d 13376 . . . 4 (𝑎 = 𝐴 → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))))) = seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑛))))))
36 fveq2 6649 . . . 4 (𝑎 = 𝐴 → (!‘𝑎) = (!‘𝐴))
3735, 36breq12d 5046 . . 3 (𝑎 = 𝐴 → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑎) / (1 + (𝑎 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑎) ↔ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝐴)))
38 1red 10635 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
39 nnrecre 11671 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → (1 / 𝑛) ∈ ℝ)
4038, 39readdcld 10663 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℕ → (1 + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ)
4140recnd 10662 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ → (1 + (1 / 𝑛)) ∈ ℂ)
4241exp0d 13504 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ → ((1 + (1 / 𝑛))↑0) = 1)
43 nncn 11637 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℂ)
44 nnne0 11663 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ≠ 0)
4543, 44div0d 11408 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℕ → (0 / 𝑛) = 0)
4645oveq2d 7155 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ → (1 + (0 / 𝑛)) = (1 + 0))
47 1p0e1 11753 . . . . . . . . . 10 (1 + 0) = 1
4846, 47eqtrdi 2852 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ → (1 + (0 / 𝑛)) = 1)
4942, 48oveq12d 7157 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ ℕ → (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛))) = (1 / 1))
50 1div1e1 11323 . . . . . . . 8 (1 / 1) = 1
5149, 50eqtrdi 2852 . . . . . . 7 (𝑛 ∈ ℕ → (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛))) = 1)
5251mpteq2ia 5124 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ 1)
53 fconstmpt 5582 . . . . . 6 (ℕ × {1}) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ 1)
5452, 53eqtr4i 2827 . . . . 5 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛)))) = (ℕ × {1})
55 seqeq3 13373 . . . . 5 ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛)))) = (ℕ × {1}) → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛))))) = seq1( · , (ℕ × {1})))
5654, 55ax-mp 5 . . . 4 seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛))))) = seq1( · , (ℕ × {1}))
57 nnuz 12273 . . . . . 6 ℕ = (ℤ‘1)
58 1zzd 12005 . . . . . 6 (⊤ → 1 ∈ ℤ)
5957, 58climprod1 15315 . . . . 5 (⊤ → seq1( · , (ℕ × {1})) ⇝ 1)
6059mptru 1545 . . . 4 seq1( · , (ℕ × {1})) ⇝ 1
6156, 60eqbrtri 5054 . . 3 seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑0) / (1 + (0 / 𝑛))))) ⇝ 1
62 1zzd 12005 . . . . . 6 ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)) → 1 ∈ ℤ)
63 simpr 488 . . . . . 6 ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)) → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚))
64 seqex 13370 . . . . . . 7 seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))) ∈ V
6564a1i 11 . . . . . 6 ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)) → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))) ∈ V)
66 faclimlem2 33090 . . . . . . 7 (𝑚 ∈ ℕ0 → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))) ⇝ (𝑚 + 1))
6766adantr 484 . . . . . 6 ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)) → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))) ⇝ (𝑚 + 1))
68 elnnuz 12274 . . . . . . . . . 10 (𝑎 ∈ ℕ ↔ 𝑎 ∈ (ℤ‘1))
6968biimpi 219 . . . . . . . . 9 (𝑎 ∈ ℕ → 𝑎 ∈ (ℤ‘1))
7069adantl 485 . . . . . . . 8 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑎 ∈ ℕ) → 𝑎 ∈ (ℤ‘1))
71 1rp 12385 . . . . . . . . . . . . . . . 16 1 ∈ ℝ+
7271a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℝ+)
73 nnrp 12392 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℝ+)
7473rpreccld 12433 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (1 / 𝑛) ∈ ℝ+)
7574adantl 485 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (1 / 𝑛) ∈ ℝ+)
7672, 75rpaddcld 12438 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (1 + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ+)
77 nn0z 11997 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑚 ∈ ℕ0𝑚 ∈ ℤ)
7877adantr 484 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℤ)
7976, 78rpexpcld 13608 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → ((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) ∈ ℝ+)
80 1cnd 10629 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℂ)
81 nn0nndivcl 11958 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (𝑚 / 𝑛) ∈ ℝ)
8281recnd 10662 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (𝑚 / 𝑛) ∈ ℂ)
8380, 82addcomd 10835 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (1 + (𝑚 / 𝑛)) = ((𝑚 / 𝑛) + 1))
84 nn0ge0div 12043 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝑚 / 𝑛))
8581, 84ge0p1rpd 12453 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → ((𝑚 / 𝑛) + 1) ∈ ℝ+)
8683, 85eqeltrd 2893 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (1 + (𝑚 / 𝑛)) ∈ ℝ+)
8779, 86rpdivcld 12440 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))) ∈ ℝ+)
8887rpcnd 12425 . . . . . . . . . . 11 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))) ∈ ℂ)
8988fmpttd 6860 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ0 → (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛)))):ℕ⟶ℂ)
90 elfznn 12935 . . . . . . . . . 10 (𝑏 ∈ (1...𝑎) → 𝑏 ∈ ℕ)
91 ffvelrn 6830 . . . . . . . . . 10 (((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛)))):ℕ⟶ℂ ∧ 𝑏 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))‘𝑏) ∈ ℂ)
9289, 90, 91syl2an 598 . . . . . . . . 9 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑏 ∈ (1...𝑎)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))‘𝑏) ∈ ℂ)
9392adantlr 714 . . . . . . . 8 (((𝑚 ∈ ℕ0𝑎 ∈ ℕ) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑎)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))‘𝑏) ∈ ℂ)
94 mulcl 10614 . . . . . . . . 9 ((𝑏 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ) → (𝑏 · 𝑥) ∈ ℂ)
9594adantl 485 . . . . . . . 8 (((𝑚 ∈ ℕ0𝑎 ∈ ℕ) ∧ (𝑏 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ)) → (𝑏 · 𝑥) ∈ ℂ)
9670, 93, 95seqcl 13390 . . . . . . 7 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑎 ∈ ℕ) → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛)))))‘𝑎) ∈ ℂ)
9796adantlr 714 . . . . . 6 (((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)) ∧ 𝑎 ∈ ℕ) → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛)))))‘𝑎) ∈ ℂ)
9886, 76rpmulcld 12439 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → ((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) ∈ ℝ+)
99 nn0p1nn 11928 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑚 ∈ ℕ0 → (𝑚 + 1) ∈ ℕ)
10099nnrpd 12421 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑚 ∈ ℕ0 → (𝑚 + 1) ∈ ℝ+)
101 rpdivcl 12406 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((𝑚 + 1) ∈ ℝ+𝑛 ∈ ℝ+) → ((𝑚 + 1) / 𝑛) ∈ ℝ+)
102100, 73, 101syl2an 598 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → ((𝑚 + 1) / 𝑛) ∈ ℝ+)
10372, 102rpaddcld 12438 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)) ∈ ℝ+)
10498, 103rpdivcld 12440 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))) ∈ ℝ+)
105104rpcnd 12425 . . . . . . . . . . 11 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑛 ∈ ℕ) → (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))) ∈ ℂ)
106105fmpttd 6860 . . . . . . . . . 10 (𝑚 ∈ ℕ0 → (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))):ℕ⟶ℂ)
107 ffvelrn 6830 . . . . . . . . . 10 (((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))):ℕ⟶ℂ ∧ 𝑏 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏) ∈ ℂ)
108106, 90, 107syl2an 598 . . . . . . . . 9 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑏 ∈ (1...𝑎)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏) ∈ ℂ)
109108adantlr 714 . . . . . . . 8 (((𝑚 ∈ ℕ0𝑎 ∈ ℕ) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑎)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏) ∈ ℂ)
11070, 109, 95seqcl 13390 . . . . . . 7 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑎 ∈ ℕ) → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))))‘𝑎) ∈ ℂ)
111110adantlr 714 . . . . . 6 (((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)) ∧ 𝑎 ∈ ℕ) → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))))‘𝑎) ∈ ℂ)
112 faclimlem3 33091 . . . . . . . . . . 11 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑏 ∈ ℕ) → (((1 + (1 / 𝑏))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏))) = ((((1 + (1 / 𝑏))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑏))) · (((1 + (𝑚 / 𝑏)) · (1 + (1 / 𝑏))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏)))))
113 oveq2 7147 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 = 𝑏 → (1 / 𝑛) = (1 / 𝑏))
114113oveq2d 7155 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 = 𝑏 → (1 + (1 / 𝑛)) = (1 + (1 / 𝑏)))
115114oveq1d 7154 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑏 → ((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) = ((1 + (1 / 𝑏))↑(𝑚 + 1)))
116 oveq2 7147 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 = 𝑏 → ((𝑚 + 1) / 𝑛) = ((𝑚 + 1) / 𝑏))
117116oveq2d 7155 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑏 → (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)) = (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏)))
118115, 117oveq12d 7157 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 = 𝑏 → (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))) = (((1 + (1 / 𝑏))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏))))
119 eqid 2801 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))
120 ovex 7172 . . . . . . . . . . . . 13 (((1 + (1 / 𝑏))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏))) ∈ V
121118, 119, 120fvmpt 6749 . . . . . . . . . . . 12 (𝑏 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏) = (((1 + (1 / 𝑏))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏))))
122121adantl 485 . . . . . . . . . . 11 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑏 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏) = (((1 + (1 / 𝑏))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏))))
123114oveq1d 7154 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 = 𝑏 → ((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) = ((1 + (1 / 𝑏))↑𝑚))
124 oveq2 7147 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 = 𝑏 → (𝑚 / 𝑛) = (𝑚 / 𝑏))
125124oveq2d 7155 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 = 𝑏 → (1 + (𝑚 / 𝑛)) = (1 + (𝑚 / 𝑏)))
126123, 125oveq12d 7157 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑏 → (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))) = (((1 + (1 / 𝑏))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑏))))
127 eqid 2801 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))
128 ovex 7172 . . . . . . . . . . . . . 14 (((1 + (1 / 𝑏))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑏))) ∈ V
129126, 127, 128fvmpt 6749 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑏 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))‘𝑏) = (((1 + (1 / 𝑏))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑏))))
130125, 114oveq12d 7157 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 = 𝑏 → ((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) = ((1 + (𝑚 / 𝑏)) · (1 + (1 / 𝑏))))
131130, 117oveq12d 7157 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 = 𝑏 → (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))) = (((1 + (𝑚 / 𝑏)) · (1 + (1 / 𝑏))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏))))
132 eqid 2801 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))
133 ovex 7172 . . . . . . . . . . . . . 14 (((1 + (𝑚 / 𝑏)) · (1 + (1 / 𝑏))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏))) ∈ V
134131, 132, 133fvmpt 6749 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑏 ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏) = (((1 + (𝑚 / 𝑏)) · (1 + (1 / 𝑏))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏))))
135129, 134oveq12d 7157 . . . . . . . . . . . 12 (𝑏 ∈ ℕ → (((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))‘𝑏) · ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏)) = ((((1 + (1 / 𝑏))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑏))) · (((1 + (𝑚 / 𝑏)) · (1 + (1 / 𝑏))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏)))))
136135adantl 485 . . . . . . . . . . 11 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑏 ∈ ℕ) → (((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))‘𝑏) · ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏)) = ((((1 + (1 / 𝑏))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑏))) · (((1 + (𝑚 / 𝑏)) · (1 + (1 / 𝑏))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑏)))))
137112, 122, 1363eqtr4d 2846 . . . . . . . . . 10 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑏 ∈ ℕ) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏) = (((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))‘𝑏) · ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏)))
13890, 137sylan2 595 . . . . . . . . 9 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑏 ∈ (1...𝑎)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏) = (((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))‘𝑏) · ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏)))
139138adantlr 714 . . . . . . . 8 (((𝑚 ∈ ℕ0𝑎 ∈ ℕ) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑎)) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏) = (((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))‘𝑏) · ((𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))‘𝑏)))
14070, 93, 109, 139prodfmul 15242 . . . . . . 7 ((𝑚 ∈ ℕ0𝑎 ∈ ℕ) → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))))‘𝑎) = ((seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛)))))‘𝑎) · (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))))‘𝑎)))
141140adantlr 714 . . . . . 6 (((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)) ∧ 𝑎 ∈ ℕ) → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))))‘𝑎) = ((seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛)))))‘𝑎) · (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (𝑚 / 𝑛)) · (1 + (1 / 𝑛))) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛)))))‘𝑎)))
14257, 62, 63, 65, 67, 97, 111, 141climmul 14985 . . . . 5 ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)) → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))) ⇝ ((!‘𝑚) · (𝑚 + 1)))
143 facp1 13638 . . . . . 6 (𝑚 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑚 + 1)) = ((!‘𝑚) · (𝑚 + 1)))
144143adantr 484 . . . . 5 ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)) → (!‘(𝑚 + 1)) = ((!‘𝑚) · (𝑚 + 1)))
145142, 144breqtrrd 5061 . . . 4 ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚)) → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))) ⇝ (!‘(𝑚 + 1)))
146145ex 416 . . 3 (𝑚 ∈ ℕ0 → (seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝑚) / (1 + (𝑚 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝑚) → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑(𝑚 + 1)) / (1 + ((𝑚 + 1) / 𝑛))))) ⇝ (!‘(𝑚 + 1))))
14713, 21, 29, 37, 61, 146nn0ind 12069 . 2 (𝐴 ∈ ℕ0 → seq1( · , (𝑛 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑛))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑛))))) ⇝ (!‘𝐴))
1483, 147eqbrtrid 5068 1 (𝐴 ∈ ℕ0 → seq1( · , 𝐹) ⇝ (!‘𝐴))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 399   = wceq 1538  ⊤wtru 1539   ∈ wcel 2112  Vcvv 3444  {csn 4528   class class class wbr 5033   ↦ cmpt 5113   × cxp 5521  ⟶wf 6324  ‘cfv 6328  (class class class)co 7139  ℂcc 10528  0cc0 10530  1c1 10531   + caddc 10533   · cmul 10535   / cdiv 11290  ℕcn 11629  ℕ0cn0 11889  ℤcz 11973  ℤ≥cuz 12235  ℝ+crp 12381  ...cfz 12889  seqcseq 13368  ↑cexp 13429  !cfa 13633   ⇝ cli 14837 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2159  ax-12 2176  ax-ext 2773  ax-rep 5157  ax-sep 5170  ax-nul 5177  ax-pow 5234  ax-pr 5298  ax-un 7445  ax-inf2 9092  ax-cnex 10586  ax-resscn 10587  ax-1cn 10588  ax-icn 10589  ax-addcl 10590  ax-addrcl 10591  ax-mulcl 10592  ax-mulrcl 10593  ax-mulcom 10594  ax-addass 10595  ax-mulass 10596  ax-distr 10597  ax-i2m1 10598  ax-1ne0 10599  ax-1rid 10600  ax-rnegex 10601  ax-rrecex 10602  ax-cnre 10603  ax-pre-lttri 10604  ax-pre-lttrn 10605  ax-pre-ltadd 10606  ax-pre-mulgt0 10607  ax-pre-sup 10608 This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2601  df-eu 2632  df-clab 2780  df-cleq 2794  df-clel 2873  df-nfc 2941  df-ne 2991  df-nel 3095  df-ral 3114  df-rex 3115  df-reu 3116  df-rmo 3117  df-rab 3118  df-v 3446  df-sbc 3724  df-csb 3832  df-dif 3887  df-un 3889  df-in 3891  df-ss 3901  df-pss 3903  df-nul 4247  df-if 4429  df-pw 4502  df-sn 4529  df-pr 4531  df-tp 4533  df-op 4535  df-uni 4804  df-iun 4886  df-br 5034  df-opab 5096  df-mpt 5114  df-tr 5140  df-id 5428  df-eprel 5433  df-po 5442  df-so 5443  df-fr 5482  df-we 5484  df-xp 5529  df-rel 5530  df-cnv 5531  df-co 5532  df-dm 5533  df-rn 5534  df-res 5535  df-ima 5536  df-pred 6120  df-ord 6166  df-on 6167  df-lim 6168  df-suc 6169  df-iota 6287  df-fun 6330  df-fn 6331  df-f 6332  df-f1 6333  df-fo 6334  df-f1o 6335  df-fv 6336  df-riota 7097  df-ov 7142  df-oprab 7143  df-mpo 7144  df-om 7565  df-1st 7675  df-2nd 7676  df-wrecs 7934  df-recs 7995  df-rdg 8033  df-er 8276  df-pm 8396  df-en 8497  df-dom 8498  df-sdom 8499  df-sup 8894  df-inf 8895  df-pnf 10670  df-mnf 10671  df-xr 10672  df-ltxr 10673  df-le 10674  df-sub 10865  df-neg 10866  df-div 11291  df-nn 11630  df-2 11692  df-3 11693  df-n0 11890  df-z 11974  df-uz 12236  df-rp 12382  df-fz 12890  df-fzo 13033  df-fl 13161  df-seq 13369  df-exp 13430  df-fac 13634  df-shft 14422  df-cj 14454  df-re 14455  df-im 14456  df-sqrt 14590  df-abs 14591  df-clim 14841  df-rlim 14842 This theorem is referenced by:  iprodfac  33093
 Copyright terms: Public domain W3C validator