Theorem fallfacfwd 16078

Description: The forward difference of a falling factorial. (Contributed by Scott Fenton, 21-Jan-2018.)

Assertion

Ref	Expression
fallfacfwd	⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝐴 + 1) FallFac 𝑁) − (𝐴 FallFac 𝑁)) = (𝑁 · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))))

Proof of Theorem fallfacfwd

Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		peano2cn 11370	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ ℂ → (𝐴 + 1) ∈ ℂ)
2		nnnn0 12499	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℕ0)
3		fallfacval 16051	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 + 1) ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ((𝐴 + 1) FallFac 𝑁) = ∏𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝐴 + 1) − 𝑘))
4	1, 2, 3	syl2an 607	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 + 1) FallFac 𝑁) = ∏𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝐴 + 1) − 𝑘))
5		0p1e1 12349	. . . . . . . . 9 ⊢ (0 + 1) = 1
6	5	oveq1i 7410	. . . . . . . 8 ⊢ ((0 + 1)...(𝑁 − 1)) = (1...(𝑁 − 1))
7	6	prodeq1i 15958	. . . . . . 7 ⊢ ∏𝑘 ∈ ((0 + 1)...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1)) = ∏𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1))
8	7	oveq2i 7411	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 − -1) · ∏𝑘 ∈ ((0 + 1)...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1))) = ((𝐴 − -1) · ∏𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1)))
9		nnm1nn0 12533	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 − 1) ∈ ℕ0)
10	9	adantl 486	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑁 − 1) ∈ ℕ0)
11		nn0uz 12888	. . . . . . . 8 ⊢ ℕ0 = (ℤ≥‘0)
12	10, 11	eleqtrdi 2875	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑁 − 1) ∈ (ℤ≥‘0))
13		simpll 778	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝐴 ∈ ℂ)
14		elfzelz 13540	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1)) → 𝑘 ∈ ℤ)
15	14	adantl 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝑘 ∈ ℤ)
16		peano2zm 12625	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (𝑘 − 1) ∈ ℤ)
17	15, 16	syl 18	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (𝑘 − 1) ∈ ℤ)
18	17	zcnd 12689	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (𝑘 − 1) ∈ ℂ)
19	13, 18	subcld 11557	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (𝐴 − (𝑘 − 1)) ∈ ℂ)
20		oveq1 7407	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 0 → (𝑘 − 1) = (0 − 1))
21		df-neg 11432	. . . . . . . . 9 ⊢ -1 = (0 − 1)
22	20, 21	eqtr4di 2818	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 0 → (𝑘 − 1) = -1)
23	22	oveq2d 7416	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 0 → (𝐴 − (𝑘 − 1)) = (𝐴 − -1))
24	12, 19, 23	fprod1p 16010	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ∏𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1)) = ((𝐴 − -1) · ∏𝑘 ∈ ((0 + 1)...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1))))
25		fallfacval2 16053	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ0) → (𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) = ∏𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1)))
26	9, 25	sylan2 604	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) = ∏𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1)))
27	26	oveq2d 7416	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 − -1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))) = ((𝐴 − -1) · ∏𝑘 ∈ (1...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1))))
28	8, 24, 27	3eqtr4a 2826	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ∏𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1)) = ((𝐴 − -1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))))
29		elfznn0 13636	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
30	29	adantl 486	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
31	30	nn0cnd 12555	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝑘 ∈ ℂ)
32		1cnd 11190	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 1 ∈ ℂ)
33	13, 31, 32	subsub3d 11587	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → (𝐴 − (𝑘 − 1)) = ((𝐴 + 1) − 𝑘))
34	33	prodeq2dv 15964	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ∏𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))(𝐴 − (𝑘 − 1)) = ∏𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝐴 + 1) − 𝑘))
35		simpl 487	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℂ)
36		1cnd 11190	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℂ)
37	35, 36	subnegd 11564	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 − -1) = (𝐴 + 1))
38	37	oveq1d 7415	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 − -1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))) = ((𝐴 + 1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))))
39	28, 34, 38	3eqtr3d 2808	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ∏𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝐴 + 1) − 𝑘) = ((𝐴 + 1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))))
40	4, 39	eqtrd 2800	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 + 1) FallFac 𝑁) = ((𝐴 + 1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))))
41		simpr 489	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℕ)
42	41	nncnd 12237	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℂ)
43	42, 36	npcand 11561	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝑁 − 1) + 1) = 𝑁)
44	43	oveq2d 7416	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 FallFac ((𝑁 − 1) + 1)) = (𝐴 FallFac 𝑁))
45		fallfacp1 16072	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ0) → (𝐴 FallFac ((𝑁 − 1) + 1)) = ((𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) · (𝐴 − (𝑁 − 1))))
46	9, 45	sylan2 604	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 FallFac ((𝑁 − 1) + 1)) = ((𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) · (𝐴 − (𝑁 − 1))))
47	44, 46	eqtr3d 2802	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 FallFac 𝑁) = ((𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) · (𝐴 − (𝑁 − 1))))
48	40, 47	oveq12d 7418	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝐴 + 1) FallFac 𝑁) − (𝐴 FallFac 𝑁)) = (((𝐴 + 1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))) − ((𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) · (𝐴 − (𝑁 − 1)))))
49		fallfaccl 16058	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ0) → (𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
50	9, 49	sylan2 604	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
51	10	nn0cnd 12555	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝑁 − 1) ∈ ℂ)
52	35, 51	subcld 11557	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 − (𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
53	50, 52	mulcomd 11218	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) · (𝐴 − (𝑁 − 1))) = ((𝐴 − (𝑁 − 1)) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))))
54	53	oveq2d 7416	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝐴 + 1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))) − ((𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) · (𝐴 − (𝑁 − 1)))) = (((𝐴 + 1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))) − ((𝐴 − (𝑁 − 1)) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1)))))
55	1	adantr 485	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 + 1) ∈ ℂ)
56	55, 52, 50	subdird 11659	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝐴 + 1) − (𝐴 − (𝑁 − 1))) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))) = (((𝐴 + 1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))) − ((𝐴 − (𝑁 − 1)) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1)))))
57	35, 36, 51	pnncand 11596	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 + 1) − (𝐴 − (𝑁 − 1))) = (1 + (𝑁 − 1)))
58	36, 42	pncan3d 11560	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (1 + (𝑁 − 1)) = 𝑁)
59	57, 58	eqtrd 2800	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → ((𝐴 + 1) − (𝐴 − (𝑁 − 1))) = 𝑁)
60	59	oveq1d 7415	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝐴 + 1) − (𝐴 − (𝑁 − 1))) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))) = (𝑁 · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))))
61	54, 56, 60	3eqtr2d 2806	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝐴 + 1) · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))) − ((𝐴 FallFac (𝑁 − 1)) · (𝐴 − (𝑁 − 1)))) = (𝑁 · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))))
62	48, 61	eqtrd 2800	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝐴 + 1) FallFac 𝑁) − (𝐴 FallFac 𝑁)) = (𝑁 · (𝐴 FallFac (𝑁 − 1))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 400   = wceq 1563   ∈ wcel 2145  ‘cfv 6525  (class class class)co 7400  ℂcc 11086  0cc0 11088  1c1 11089   + caddc 11091   · cmul 11093   − cmin 11429  -cneg 11430  ℕcn 12221  ℕ₀cn0 12492  ℤcz 12579  ℤ_≥cuz 12850  ...cfz 13523  ∏cprod 15945   FallFac cfallfac 16046

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1818  ax-4 1832  ax-5 1933  ax-6 1990  ax-7 2031  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2737  ax-rep 5231  ax-sep 5250  ax-nul 5260  ax-pow 5326  ax-pr 5394  ax-un 7722  ax-inf2 9598  ax-cnex 11144  ax-resscn 11145  ax-1cn 11146  ax-icn 11147  ax-addcl 11148  ax-addrcl 11149  ax-mulcl 11150  ax-mulrcl 11151  ax-mulcom 11152  ax-addass 11153  ax-mulass 11154  ax-distr 11155  ax-i2m1 11156  ax-1ne0 11157  ax-1rid 11158  ax-rnegex 11159  ax-rrecex 11160  ax-cnre 11161  ax-pre-lttri 11162  ax-pre-lttrn 11163  ax-pre-ltadd 11164  ax-pre-mulgt0 11165  ax-pre-sup 11166

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1566  df-fal 1576  df-ex 1803  df-nf 1807  df-sb 2094  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3418  df-v 3459  df-sbc 3748  df-csb 3856  df-dif 3910  df-un 3912  df-in 3914  df-ss 3924  df-pss 3927  df-nul 4289  df-if 4484  df-pw 4560  df-sn 4586  df-pr 4588  df-op 4592  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5105  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6291  df-ord 6352  df-on 6353  df-lim 6354  df-suc 6355  df-iota 6481  df-fun 6527  df-fn 6528  df-f 6529  df-f1 6530  df-fo 6531  df-f1o 6532  df-fv 6533  df-isom 6534  df-riota 7357  df-ov 7403  df-oprab 7404  df-mpo 7405  df-om 7851  df-1st 7974  df-2nd 7975  df-frecs 8266  df-wrecs 8297  df-recs 8346  df-rdg 8385  df-1o 8441  df-er 8682  df-en 8932  df-dom 8933  df-sdom 8934  df-fin 8935  df-sup 9390  df-oi 9460  df-card 9913  df-pnf 11233  df-mnf 11234  df-xr 11235  df-ltxr 11236  df-le 11237  df-sub 11431  df-neg 11432  df-div 11860  df-nn 12222  df-2 12291  df-3 12292  df-n0 12493  df-z 12580  df-uz 12851  df-rp 13005  df-fz 13524  df-fzo 13671  df-seq 14026  df-exp 14086  df-hash 14355  df-cj 15138  df-re 15139  df-im 15140  df-sqrt 15274  df-abs 15275  df-clim 15527  df-prod 15946  df-fallfac 16049

This theorem is referenced by: (None)