Theorem fallfacval4 16214

Description: Represent the falling factorial via factorials when the first argument is a natural. (Contributed by Scott Fenton, 20-Mar-2018.)

Assertion

Ref	Expression
fallfacval4	⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (𝐴 FallFac 𝑁) = ((!‘𝐴) / (!‘(𝐴 − 𝑁))))

Proof of Theorem fallfacval4

Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fzfid 14119	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴) ∈ Fin)
2		elfzelz 13659	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴) → 𝑘 ∈ ℤ)
3	2	zcnd 12807	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴) → 𝑘 ∈ ℂ)
4	3	adantl 487	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ (0...𝐴) ∧ 𝑘 ∈ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)) → 𝑘 ∈ ℂ)
5	1, 4	fprodcl 16124	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ∏𝑘 ∈ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)𝑘 ∈ ℂ)
6		fzfid 14119	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (1...(𝐴 − 𝑁)) ∈ Fin)
7		elfznn 13690	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁)) → 𝑘 ∈ ℕ)
8	7	adantl 487	. . . . . 6 ⊢ ((𝑁 ∈ (0...𝐴) ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))) → 𝑘 ∈ ℕ)
9	8	nncnd 12354	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ (0...𝐴) ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))) → 𝑘 ∈ ℂ)
10	6, 9	fprodcl 16124	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘 ∈ ℂ)
11	8	nnne0d 12391	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ (0...𝐴) ∧ 𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))) → 𝑘 ≠ 0)
12	6, 9, 11	fprodn0 16151	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘 ≠ 0)
13	5, 10, 12	divcan3d 12101	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ((∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘 · ∏𝑘 ∈ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)𝑘) / ∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘) = ∏𝑘 ∈ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)𝑘)
14		fznn0sub 13693	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (𝐴 − 𝑁) ∈ ℕ0)
15	14	nn0red 12671	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (𝐴 − 𝑁) ∈ ℝ)
16	15	ltp1d 12250	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (𝐴 − 𝑁) < ((𝐴 − 𝑁) + 1))
17		fzdisj 13688	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 − 𝑁) < ((𝐴 − 𝑁) + 1) → ((1...(𝐴 − 𝑁)) ∩ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)) = ∅)
18	16, 17	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ((1...(𝐴 − 𝑁)) ∩ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)) = ∅)
19		nn0p1nn 12648	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 − 𝑁) ∈ ℕ0 → ((𝐴 − 𝑁) + 1) ∈ ℕ)
20	14, 19	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ((𝐴 − 𝑁) + 1) ∈ ℕ)
21		nnuz 13007	. . . . . . 7 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
22	20, 21	eleqtrdi 2870	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ((𝐴 − 𝑁) + 1) ∈ (ℤ≥‘1))
23	14	nn0zd 12721	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (𝐴 − 𝑁) ∈ ℤ)
24		elfzel2 13657	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → 𝐴 ∈ ℤ)
25		elfzle1 13663	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → 0 ≤ 𝑁)
26	24	zred 12806	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → 𝐴 ∈ ℝ)
27		elfzelz 13659	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → 𝑁 ∈ ℤ)
28	27	zred 12806	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → 𝑁 ∈ ℝ)
29	26, 28	subge02d 11911	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (0 ≤ 𝑁 ↔ (𝐴 − 𝑁) ≤ 𝐴))
30	25, 29	mpbid 235	. . . . . . 7 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (𝐴 − 𝑁) ≤ 𝐴)
31		eluz2 12974	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ (ℤ≥‘(𝐴 − 𝑁)) ↔ ((𝐴 − 𝑁) ∈ ℤ ∧ 𝐴 ∈ ℤ ∧ (𝐴 − 𝑁) ≤ 𝐴))
32	23, 24, 30, 31	syl3anbrc 1362	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → 𝐴 ∈ (ℤ≥‘(𝐴 − 𝑁)))
33		fzsplit2 13686	. . . . . 6 ⊢ ((((𝐴 − 𝑁) + 1) ∈ (ℤ≥‘1) ∧ 𝐴 ∈ (ℤ≥‘(𝐴 − 𝑁))) → (1...𝐴) = ((1...(𝐴 − 𝑁)) ∪ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)))
34	22, 32, 33	syl2anc 596	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (1...𝐴) = ((1...(𝐴 − 𝑁)) ∪ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)))
35		fzfid 14119	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (1...𝐴) ∈ Fin)
36		elfznn 13690	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (1...𝐴) → 𝑘 ∈ ℕ)
37	36	nncnd 12354	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ (1...𝐴) → 𝑘 ∈ ℂ)
38	37	adantl 487	. . . . 5 ⊢ ((𝑁 ∈ (0...𝐴) ∧ 𝑘 ∈ (1...𝐴)) → 𝑘 ∈ ℂ)
39	18, 34, 35, 38	fprodsplit 16138	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ∏𝑘 ∈ (1...𝐴)𝑘 = (∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘 · ∏𝑘 ∈ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)𝑘))
40	39	oveq1d 7435	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (∏𝑘 ∈ (1...𝐴)𝑘 / ∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘) = ((∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘 · ∏𝑘 ∈ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)𝑘) / ∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘))
41	24	zcnd 12807	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → 𝐴 ∈ ℂ)
42	27	zcnd 12807	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → 𝑁 ∈ ℂ)
43		1cnd 11305	. . . . . 6 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → 1 ∈ ℂ)
44	41, 42, 43	subsubd 11700	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (𝐴 − (𝑁 − 1)) = ((𝐴 − 𝑁) + 1))
45	44	oveq1d 7435	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ((𝐴 − (𝑁 − 1))...𝐴) = (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴))
46	45	prodeq1d 16093	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ∏𝑘 ∈ ((𝐴 − (𝑁 − 1))...𝐴)𝑘 = ∏𝑘 ∈ (((𝐴 − 𝑁) + 1)...𝐴)𝑘)
47	13, 40, 46	3eqtr4rd 2806	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ∏𝑘 ∈ ((𝐴 − (𝑁 − 1))...𝐴)𝑘 = (∏𝑘 ∈ (1...𝐴)𝑘 / ∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘))
48		fallfacval3 16184	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (𝐴 FallFac 𝑁) = ∏𝑘 ∈ ((𝐴 − (𝑁 − 1))...𝐴)𝑘)
49		elfz3nn0 13758	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → 𝐴 ∈ ℕ0)
50		fprodfac 16145	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ0 → (!‘𝐴) = ∏𝑘 ∈ (1...𝐴)𝑘)
51	49, 50	syl 18	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (!‘𝐴) = ∏𝑘 ∈ (1...𝐴)𝑘)
52		fprodfac 16145	. . . 4 ⊢ ((𝐴 − 𝑁) ∈ ℕ0 → (!‘(𝐴 − 𝑁)) = ∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘)
53	14, 52	syl 18	. . 3 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (!‘(𝐴 − 𝑁)) = ∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘)
54	51, 53	oveq12d 7438	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → ((!‘𝐴) / (!‘(𝐴 − 𝑁))) = (∏𝑘 ∈ (1...𝐴)𝑘 / ∏𝑘 ∈ (1...(𝐴 − 𝑁))𝑘))
55	47, 48, 54	3eqtr4d 2805	1 ⊢ (𝑁 ∈ (0...𝐴) → (𝐴 FallFac 𝑁) = ((!‘𝐴) / (!‘(𝐴 − 𝑁))))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1569   ∈ wcel 2144   ∩ cin 4089   ∪ cun 4149  ∅c0 4278   class class class wbr 5102  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11201  0cc0 11203  1c1 11204   + caddc 11206   · cmul 11208   < clt 11346   ≤ cle 11347   − cmin 11544   / cdiv 11976  ℕcn 12338  ℕ₀cn0 12609  ℤcz 12696  ℤ_≥cuz 12968  ...cfz 13642  !cfa 14420  ∏cprod 16077   FallFac cfallfac 16176

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-inf2 9645  ax-cnex 11259  ax-resscn 11260  ax-1cn 11261  ax-icn 11262  ax-addcl 11263  ax-addrcl 11264  ax-mulcl 11265  ax-mulrcl 11266  ax-mulcom 11267  ax-addass 11268  ax-mulass 11269  ax-distr 11270  ax-i2m1 11271  ax-1ne0 11272  ax-1rid 11273  ax-rnegex 11274  ax-rrecex 11275  ax-cnre 11276  ax-pre-lttri 11277  ax-pre-lttrn 11278  ax-pre-ltadd 11279  ax-pre-mulgt0 11280  ax-pre-sup 11281

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-se 5604  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-isom 6547  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-frecs 8302  df-wrecs 8333  df-recs 8382  df-rdg 8421  df-1o 8479  df-er 8720  df-en 8977  df-dom 8978  df-sdom 8979  df-fin 8980  df-sup 9437  df-oi 9507  df-card 10023  df-pnf 11348  df-mnf 11349  df-xr 11350  df-ltxr 11351  df-le 11352  df-sub 11546  df-neg 11547  df-div 11977  df-nn 12339  df-2 12408  df-3 12409  df-n0 12610  df-z 12697  df-uz 12969  df-rp 13124  df-fz 13643  df-fzo 13792  df-seq 14148  df-exp 14208  df-fac 14421  df-hash 14478  df-cj 15271  df-re 15272  df-im 15273  df-sqrt 15407  df-abs 15408  df-clim 15660  df-prod 16078  df-fallfac 16179

This theorem is used by:  bcfallfac  16215  fallfacfac  16216  bcled  43321  bcle2d  43322