Theorem iprodfac 33619

Description: An infinite product expression for factorial. (Contributed by Scott Fenton, 15-Dec-2017.)

Assertion

Ref	Expression
iprodfac	⊢ (𝐴 ∈ ℕ0 → (!‘𝐴) = ∏𝑘 ∈ ℕ (((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑘))))

Distinct variable group:   𝐴,𝑘

Proof of Theorem iprodfac

Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nnuz 12550	. . 3 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
2		1zzd 12281	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ0 → 1 ∈ ℤ)
3		facne0 13928	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ0 → (!‘𝐴) ≠ 0)
4		eqid 2738	. . . 4 ⊢ (𝑥 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑥))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑥)))) = (𝑥 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑥))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑥))))
5	4	faclim 33618	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ0 → seq1( · , (𝑥 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑥))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑥))))) ⇝ (!‘𝐴))
6		oveq2 7263	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → (1 / 𝑥) = (1 / 𝑘))
7	6	oveq2d 7271	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → (1 + (1 / 𝑥)) = (1 + (1 / 𝑘)))
8	7	oveq1d 7270	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → ((1 + (1 / 𝑥))↑𝐴) = ((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴))
9		oveq2 7263	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → (𝐴 / 𝑥) = (𝐴 / 𝑘))
10	9	oveq2d 7271	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → (1 + (𝐴 / 𝑥)) = (1 + (𝐴 / 𝑘)))
11	8, 10	oveq12d 7273	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑘 → (((1 + (1 / 𝑥))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑥))) = (((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑘))))
12		ovex 7288	. . . . 5 ⊢ (((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑘))) ∈ V
13	11, 4, 12	fvmpt 6857	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑥))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑥))))‘𝑘) = (((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑘))))
14	13	adantl 481	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑥 ∈ ℕ ↦ (((1 + (1 / 𝑥))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑥))))‘𝑘) = (((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑘))))
15		1rp 12663	. . . . . . . 8 ⊢ 1 ∈ ℝ+
16	15	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℝ+)
17		simpr 484	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℕ)
18	17	nnrpd 12699	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℝ+)
19	18	rpreccld 12711	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (1 / 𝑘) ∈ ℝ+)
20	16, 19	rpaddcld 12716	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (1 + (1 / 𝑘)) ∈ ℝ+)
21		nn0z 12273	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ0 → 𝐴 ∈ ℤ)
22	21	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℤ)
23	20, 22	rpexpcld 13890	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴) ∈ ℝ+)
24		1cnd 10901	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℂ)
25		nn0nndivcl 12234	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐴 / 𝑘) ∈ ℝ)
26	25	recnd 10934	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐴 / 𝑘) ∈ ℂ)
27	24, 26	addcomd 11107	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (1 + (𝐴 / 𝑘)) = ((𝐴 / 𝑘) + 1))
28		nn0ge0div 12319	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐴 / 𝑘))
29	25, 28	ge0p1rpd 12731	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝐴 / 𝑘) + 1) ∈ ℝ+)
30	27, 29	eqeltrd 2839	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (1 + (𝐴 / 𝑘)) ∈ ℝ+)
31	23, 30	rpdivcld 12718	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑘))) ∈ ℝ+)
32	31	rpcnd 12703	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑘))) ∈ ℂ)
33	1, 2, 3, 5, 14, 32	iprodn0 15578	. 2 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ0 → ∏𝑘 ∈ ℕ (((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑘))) = (!‘𝐴))
34	33	eqcomd 2744	1 ⊢ (𝐴 ∈ ℕ0 → (!‘𝐴) = ∏𝑘 ∈ ℕ (((1 + (1 / 𝑘))↑𝐴) / (1 + (𝐴 / 𝑘))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1539   ∈ wcel 2108   ↦ cmpt 5153  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255  1c1 10803   + caddc 10805   / cdiv 11562  ℕcn 11903  ℕ₀cn0 12163  ℤcz 12249  ℝ⁺crp 12659  ↑cexp 13710  !cfa 13915  ∏cprod 15543

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-inf2 9329  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-se 5536  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-isom 6427  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-er 8456  df-pm 8576  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-sup 9131  df-inf 9132  df-oi 9199  df-card 9628  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-n0 12164  df-z 12250  df-uz 12512  df-rp 12660  df-fz 13169  df-fzo 13312  df-fl 13440  df-seq 13650  df-exp 13711  df-fac 13916  df-hash 13973  df-shft 14706  df-cj 14738  df-re 14739  df-im 14740  df-sqrt 14874  df-abs 14875  df-clim 15125  df-rlim 15126  df-prod 15544

This theorem is referenced by: (None)