Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  stirlinglem12 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem stirlinglem12 40939
Description: The sequence 𝐵 is bounded below. (Contributed by Glauco Siliprandi, 29-Jun-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
stirlinglem12.1 𝐴 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((!‘𝑛) / ((√‘(2 · 𝑛)) · ((𝑛 / e)↑𝑛))))
stirlinglem12.2 𝐵 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (log‘(𝐴𝑛)))
stirlinglem12.3 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))
Assertion
Ref Expression
stirlinglem12 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝐵‘1) − (1 / 4)) ≤ (𝐵𝑁))
Distinct variable group:   𝑛,𝑁
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑛)   𝐵(𝑛)   𝐹(𝑛)

Proof of Theorem stirlinglem12
Dummy variables 𝑖 𝑗 𝑘 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 1nn 11287 . . . . 5 1 ∈ ℕ
2 stirlinglem12.1 . . . . . . 7 𝐴 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((!‘𝑛) / ((√‘(2 · 𝑛)) · ((𝑛 / e)↑𝑛))))
32stirlinglem2 40929 . . . . . 6 (1 ∈ ℕ → (𝐴‘1) ∈ ℝ+)
4 relogcl 24613 . . . . . 6 ((𝐴‘1) ∈ ℝ+ → (log‘(𝐴‘1)) ∈ ℝ)
51, 3, 4mp2b 10 . . . . 5 (log‘(𝐴‘1)) ∈ ℝ
6 nfcv 2907 . . . . . 6 𝑛1
7 nfcv 2907 . . . . . . 7 𝑛log
8 nfmpt1 4906 . . . . . . . . 9 𝑛(𝑛 ∈ ℕ ↦ ((!‘𝑛) / ((√‘(2 · 𝑛)) · ((𝑛 / e)↑𝑛))))
92, 8nfcxfr 2905 . . . . . . . 8 𝑛𝐴
109, 6nffv 6385 . . . . . . 7 𝑛(𝐴‘1)
117, 10nffv 6385 . . . . . 6 𝑛(log‘(𝐴‘1))
12 2fveq3 6380 . . . . . 6 (𝑛 = 1 → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴‘1)))
13 stirlinglem12.2 . . . . . 6 𝐵 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (log‘(𝐴𝑛)))
146, 11, 12, 13fvmptf 6490 . . . . 5 ((1 ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴‘1)) ∈ ℝ) → (𝐵‘1) = (log‘(𝐴‘1)))
151, 5, 14mp2an 683 . . . 4 (𝐵‘1) = (log‘(𝐴‘1))
1615, 5eqeltri 2840 . . 3 (𝐵‘1) ∈ ℝ
1716a1i 11 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵‘1) ∈ ℝ)
182stirlinglem2 40929 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐴𝑁) ∈ ℝ+)
1918relogcld 24660 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (log‘(𝐴𝑁)) ∈ ℝ)
20 nfcv 2907 . . . . 5 𝑛𝑁
219, 20nffv 6385 . . . . . 6 𝑛(𝐴𝑁)
227, 21nffv 6385 . . . . 5 𝑛(log‘(𝐴𝑁))
23 2fveq3 6380 . . . . 5 (𝑛 = 𝑁 → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴𝑁)))
2420, 22, 23, 13fvmptf 6490 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴𝑁)) ∈ ℝ) → (𝐵𝑁) = (log‘(𝐴𝑁)))
2519, 24mpdan 678 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵𝑁) = (log‘(𝐴𝑁)))
2625, 19eqeltrd 2844 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵𝑁) ∈ ℝ)
27 4re 11357 . . . 4 4 ∈ ℝ
28 4ne0 11387 . . . 4 4 ≠ 0
2927, 28rereccli 11044 . . 3 (1 / 4) ∈ ℝ
3029a1i 11 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / 4) ∈ ℝ)
31 fveq2 6375 . . . . 5 (𝑘 = 𝑗 → (𝐵𝑘) = (𝐵𝑗))
32 fveq2 6375 . . . . 5 (𝑘 = (𝑗 + 1) → (𝐵𝑘) = (𝐵‘(𝑗 + 1)))
33 fveq2 6375 . . . . 5 (𝑘 = 1 → (𝐵𝑘) = (𝐵‘1))
34 fveq2 6375 . . . . 5 (𝑘 = 𝑁 → (𝐵𝑘) = (𝐵𝑁))
35 elnnuz 11924 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ ↔ 𝑁 ∈ (ℤ‘1))
3635biimpi 207 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ (ℤ‘1))
37 elfznn 12577 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → 𝑘 ∈ ℕ)
382stirlinglem2 40929 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐴𝑘) ∈ ℝ+)
3937, 38syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → (𝐴𝑘) ∈ ℝ+)
4039relogcld 24660 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → (log‘(𝐴𝑘)) ∈ ℝ)
41 nfcv 2907 . . . . . . . . 9 𝑛𝑘
429, 41nffv 6385 . . . . . . . . . 10 𝑛(𝐴𝑘)
437, 42nffv 6385 . . . . . . . . 9 𝑛(log‘(𝐴𝑘))
44 2fveq3 6380 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴𝑘)))
4541, 43, 44, 13fvmptf 6490 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴𝑘)) ∈ ℝ) → (𝐵𝑘) = (log‘(𝐴𝑘)))
4637, 40, 45syl2anc 579 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → (𝐵𝑘) = (log‘(𝐴𝑘)))
4746adantl 473 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑁)) → (𝐵𝑘) = (log‘(𝐴𝑘)))
4839rpcnd 12072 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → (𝐴𝑘) ∈ ℂ)
4948adantl 473 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑁)) → (𝐴𝑘) ∈ ℂ)
5038rpne0d 12075 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐴𝑘) ≠ 0)
5137, 50syl 17 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → (𝐴𝑘) ≠ 0)
5251adantl 473 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑁)) → (𝐴𝑘) ≠ 0)
5349, 52logcld 24608 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑁)) → (log‘(𝐴𝑘)) ∈ ℂ)
5447, 53eqeltrd 2844 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑁)) → (𝐵𝑘) ∈ ℂ)
5531, 32, 33, 34, 36, 54telfsumo 14818 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1..^𝑁)((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) = ((𝐵‘1) − (𝐵𝑁)))
56 nnz 11646 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℤ)
57 fzoval 12679 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℤ → (1..^𝑁) = (1...(𝑁 − 1)))
5856, 57syl 17 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (1..^𝑁) = (1...(𝑁 − 1)))
5958sumeq1d 14716 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1..^𝑁)((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) = Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))))
6055, 59eqtr3d 2801 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝐵‘1) − (𝐵𝑁)) = Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))))
61 fzfid 12980 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (1...(𝑁 − 1)) ∈ Fin)
62 elfznn 12577 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 𝑗 ∈ ℕ)
6362adantl 473 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → 𝑗 ∈ ℕ)
642stirlinglem2 40929 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐴𝑗) ∈ ℝ+)
6564relogcld 24660 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℕ → (log‘(𝐴𝑗)) ∈ ℝ)
66 nfcv 2907 . . . . . . . . . 10 𝑛𝑗
679, 66nffv 6385 . . . . . . . . . . 11 𝑛(𝐴𝑗)
687, 67nffv 6385 . . . . . . . . . 10 𝑛(log‘(𝐴𝑗))
69 2fveq3 6380 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑗 → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴𝑗)))
7066, 68, 69, 13fvmptf 6490 . . . . . . . . 9 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴𝑗)) ∈ ℝ) → (𝐵𝑗) = (log‘(𝐴𝑗)))
7165, 70mpdan 678 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐵𝑗) = (log‘(𝐴𝑗)))
7271, 65eqeltrd 2844 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐵𝑗) ∈ ℝ)
7363, 72syl 17 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → (𝐵𝑗) ∈ ℝ)
74 peano2nn 11288 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 + 1) ∈ ℕ)
752stirlinglem2 40929 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑗 + 1) ∈ ℕ → (𝐴‘(𝑗 + 1)) ∈ ℝ+)
7674, 75syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐴‘(𝑗 + 1)) ∈ ℝ+)
7776relogcld 24660 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℕ → (log‘(𝐴‘(𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
78 nfcv 2907 . . . . . . . . . . 11 𝑛(𝑗 + 1)
799, 78nffv 6385 . . . . . . . . . . . 12 𝑛(𝐴‘(𝑗 + 1))
807, 79nffv 6385 . . . . . . . . . . 11 𝑛(log‘(𝐴‘(𝑗 + 1)))
81 2fveq3 6380 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = (𝑗 + 1) → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴‘(𝑗 + 1))))
8278, 80, 81, 13fvmptf 6490 . . . . . . . . . 10 (((𝑗 + 1) ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴‘(𝑗 + 1))) ∈ ℝ) → (𝐵‘(𝑗 + 1)) = (log‘(𝐴‘(𝑗 + 1))))
8374, 77, 82syl2anc 579 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐵‘(𝑗 + 1)) = (log‘(𝐴‘(𝑗 + 1))))
8483, 77eqeltrd 2844 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐵‘(𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
8562, 84syl 17 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝐵‘(𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
8685adantl 473 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → (𝐵‘(𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
8773, 86resubcld 10712 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → ((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
8861, 87fsumrecl 14750 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
8929a1i 11 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → (1 / 4) ∈ ℝ)
9062nnred 11291 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 𝑗 ∈ ℝ)
91 1red 10294 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 1 ∈ ℝ)
9290, 91readdcld 10323 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝑗 + 1) ∈ ℝ)
9390, 92remulcld 10324 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
9490recnd 10322 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 𝑗 ∈ ℂ)
95 1cnd 10288 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 1 ∈ ℂ)
9694, 95addcld 10313 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝑗 + 1) ∈ ℂ)
9762nnne0d 11322 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 𝑗 ≠ 0)
9874nnne0d 11322 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 + 1) ≠ 0)
9962, 98syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝑗 + 1) ≠ 0)
10094, 96, 97, 99mulne0d 10933 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ≠ 0)
10193, 100rereccld 11106 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
102101adantl 473 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
10389, 102remulcld 10324 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → ((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))) ∈ ℝ)
10461, 103fsumrecl 14750 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))) ∈ ℝ)
105 eqid 2765 . . . . . . 7 (𝑖 ∈ ℕ ↦ ((1 / ((2 · 𝑖) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑗) + 1))↑(2 · 𝑖)))) = (𝑖 ∈ ℕ ↦ ((1 / ((2 · 𝑖) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑗) + 1))↑(2 · 𝑖))))
106 eqid 2765 . . . . . . 7 (𝑖 ∈ ℕ ↦ ((1 / (((2 · 𝑗) + 1)↑2))↑𝑖)) = (𝑖 ∈ ℕ ↦ ((1 / (((2 · 𝑗) + 1)↑2))↑𝑖))
1072, 13, 105, 106stirlinglem10 40937 . . . . . 6 (𝑗 ∈ ℕ → ((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ≤ ((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
10863, 107syl 17 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → ((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ≤ ((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
10961, 87, 103, 108fsumle 14815 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ≤ Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
11061, 102fsumrecl 14750 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
111 1red 10294 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
112 4pos 11386 . . . . . . . . 9 0 < 4
11327, 112elrpii 12031 . . . . . . . 8 4 ∈ ℝ+
114113a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 4 ∈ ℝ+)
115 0red 10297 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ∈ ℝ)
116 0lt1 10804 . . . . . . . . 9 0 < 1
117116a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < 1)
118115, 111, 117ltled 10439 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ 1)
119111, 114, 118divge0d 12110 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ (1 / 4))
120 eqid 2765 . . . . . . . . . 10 (ℤ𝑁) = (ℤ𝑁)
121 eluznn 11959 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑗 ∈ ℕ)
122 stirlinglem12.3 . . . . . . . . . . . . 13 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))
123122a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ ℕ → 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1)))))
124 simpr 477 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑗) → 𝑛 = 𝑗)
125124oveq1d 6857 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑗) → (𝑛 + 1) = (𝑗 + 1))
126124, 125oveq12d 6860 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑗) → (𝑛 · (𝑛 + 1)) = (𝑗 · (𝑗 + 1)))
127126oveq2d 6858 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑗) → (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))) = (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
128 id 22 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℕ)
129 nnre 11282 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℝ)
130 1red 10294 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
131129, 130readdcld 10323 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 + 1) ∈ ℝ)
132129, 131remulcld 10324 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
133 nncn 11283 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℂ)
134 1cnd 10288 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
135133, 134addcld 10313 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 + 1) ∈ ℂ)
136 nnne0 11310 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ≠ 0)
137133, 135, 136, 98mulne0d 10933 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ≠ 0)
138132, 137rereccld 11106 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ ℕ → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
139123, 127, 128, 138fvmptd 6477 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐹𝑗) = (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
140121, 139syl 17 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝐹𝑗) = (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
141121nnred 11291 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑗 ∈ ℝ)
142 1red 10294 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 1 ∈ ℝ)
143141, 142readdcld 10323 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 + 1) ∈ ℝ)
144141, 143remulcld 10324 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
145141recnd 10322 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑗 ∈ ℂ)
146 1cnd 10288 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 1 ∈ ℂ)
147145, 146addcld 10313 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 + 1) ∈ ℂ)
148121nnne0d 11322 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑗 ≠ 0)
149121, 98syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 + 1) ≠ 0)
150145, 147, 148, 149mulne0d 10933 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ≠ 0)
151144, 150rereccld 11106 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
152 seqeq1 13011 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 = 1 → seq𝑁( + , 𝐹) = seq1( + , 𝐹))
153122trireciplem 14878 . . . . . . . . . . . . . 14 seq1( + , 𝐹) ⇝ 1
154 climrel 14508 . . . . . . . . . . . . . . 15 Rel ⇝
155154releldmi 5531 . . . . . . . . . . . . . 14 (seq1( + , 𝐹) ⇝ 1 → seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
156153, 155mp1i 13 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 = 1 → seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
157152, 156eqeltrd 2844 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 = 1 → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
158157adantl 473 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑁 = 1) → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
159 simpl 474 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → 𝑁 ∈ ℕ)
160 simpr 477 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → ¬ 𝑁 = 1)
161 elnn1uz2 11966 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℕ ↔ (𝑁 = 1 ∨ 𝑁 ∈ (ℤ‘2)))
162159, 161sylib 209 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → (𝑁 = 1 ∨ 𝑁 ∈ (ℤ‘2)))
163162ord 890 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → (¬ 𝑁 = 1 → 𝑁 ∈ (ℤ‘2)))
164160, 163mpd 15 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → 𝑁 ∈ (ℤ‘2))
165 uz2m1nn 11964 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
166164, 165syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
167 nncn 11283 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℂ)
168167adantr 472 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℂ)
169 1cnd 10288 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → 1 ∈ ℂ)
170168, 169npcand 10650 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → ((𝑁 − 1) + 1) = 𝑁)
171170eqcomd 2771 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → 𝑁 = ((𝑁 − 1) + 1))
172171seqeq1d 13014 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → seq𝑁( + , 𝐹) = seq((𝑁 − 1) + 1)( + , 𝐹))
173 nnuz 11923 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ℕ = (ℤ‘1)
174 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑁 − 1) ∈ ℕ → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
175138recnd 10322 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑗 ∈ ℕ → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℂ)
176139, 175eqeltrd 2844 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐹𝑗) ∈ ℂ)
177176adantl 473 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑁 − 1) ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐹𝑗) ∈ ℂ)
178153a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑁 − 1) ∈ ℕ → seq1( + , 𝐹) ⇝ 1)
179173, 174, 177, 178clim2ser 14670 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑁 − 1) ∈ ℕ → seq((𝑁 − 1) + 1)( + , 𝐹) ⇝ (1 − (seq1( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1))))
180179adantl 473 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → seq((𝑁 − 1) + 1)( + , 𝐹) ⇝ (1 − (seq1( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1))))
181172, 180eqbrtrd 4831 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → seq𝑁( + , 𝐹) ⇝ (1 − (seq1( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1))))
182154releldmi 5531 . . . . . . . . . . . . 13 (seq𝑁( + , 𝐹) ⇝ (1 − (seq1( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1))) → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
183181, 182syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
184159, 166, 183syl2anc 579 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
185158, 184pm2.61dan 847 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
186120, 56, 140, 151, 185isumrecl 14781 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (ℤ𝑁)(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
187121nnrpd 12068 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑗 ∈ ℝ+)
188187rpge0d 12074 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 0 ≤ 𝑗)
189141, 188ge0p1rpd 12100 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 + 1) ∈ ℝ+)
190187, 189rpmulcld 12086 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ∈ ℝ+)
191118adantr 472 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 0 ≤ 1)
192142, 190, 191divge0d 12110 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 0 ≤ (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
193120, 56, 140, 151, 185, 192isumge0 14782 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ Σ𝑗 ∈ (ℤ𝑁)(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
194115, 186, 110, 193leadd2dd 10896 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) + 0) ≤ (Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) + Σ𝑗 ∈ (ℤ𝑁)(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
195110recnd 10322 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℂ)
196195addid1d 10490 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → (Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) + 0) = Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
197196eqcomd 2771 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) = (Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) + 0))
198 id 22 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℕ)
199139adantl 473 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐹𝑗) = (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
200133adantl 473 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℂ)
201 1cnd 10288 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℂ)
202200, 201addcld 10313 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ∈ ℂ)
203200, 202mulcld 10314 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ∈ ℂ)
204136adantl 473 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ≠ 0)
20598adantl 473 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ≠ 0)
206200, 202, 204, 205mulne0d 10933 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ≠ 0)
207203, 206reccld 11048 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℂ)
208153, 155mp1i 13 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
209173, 120, 198, 199, 207, 208isumsplit 14856 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ ℕ (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) = (Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) + Σ𝑗 ∈ (ℤ𝑁)(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
210194, 197, 2093brtr4d 4841 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ≤ Σ𝑗 ∈ ℕ (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
211 1zzd 11655 . . . . . . . . 9 (⊤ → 1 ∈ ℤ)
212139adantl 473 . . . . . . . . 9 ((⊤ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐹𝑗) = (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
213175adantl 473 . . . . . . . . 9 ((⊤ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℂ)
214153a1i 11 . . . . . . . . 9 (⊤ → seq1( + , 𝐹) ⇝ 1)
215173, 211, 212, 213, 214isumclim 14773 . . . . . . . 8 (⊤ → Σ𝑗 ∈ ℕ (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) = 1)
216215mptru 1660 . . . . . . 7 Σ𝑗 ∈ ℕ (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) = 1
217210, 216syl6breq 4850 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ≤ 1)
218110, 111, 30, 119, 217lemul2ad 11218 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / 4) · Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))) ≤ ((1 / 4) · 1))
219 4cn 11358 . . . . . . . 8 4 ∈ ℂ
220219a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 4 ∈ ℂ)
221112a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < 4)
222221gt0ne0d 10846 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 4 ≠ 0)
223220, 222reccld 11048 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / 4) ∈ ℂ)
224102recnd 10322 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℂ)
22561, 223, 224fsummulc2 14800 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / 4) · Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))) = Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
226223mulid1d 10311 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / 4) · 1) = (1 / 4))
227218, 225, 2263brtr3d 4840 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))) ≤ (1 / 4))
22888, 104, 30, 109, 227letrd 10448 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ≤ (1 / 4))
22960, 228eqbrtrd 4831 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝐵‘1) − (𝐵𝑁)) ≤ (1 / 4))
23017, 26, 30, 229subled 10884 1 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝐵‘1) − (1 / 4)) ≤ (𝐵𝑁))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 384  wo 873   = wceq 1652  wtru 1653  wcel 2155  wne 2937   class class class wbr 4809  cmpt 4888  dom cdm 5277  cfv 6068  (class class class)co 6842  cc 10187  cr 10188  0cc0 10189  1c1 10190   + caddc 10192   · cmul 10194   < clt 10328  cle 10329  cmin 10520   / cdiv 10938  cn 11274  2c2 11327  4c4 11329  cz 11624  cuz 11886  +crp 12028  ...cfz 12533  ..^cfzo 12673  seqcseq 13008  cexp 13067  !cfa 13264  csqrt 14258  cli 14500  Σcsu 14701  eceu 15075  logclog 24592
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1890  ax-4 1904  ax-5 2005  ax-6 2070  ax-7 2105  ax-8 2157  ax-9 2164  ax-10 2183  ax-11 2198  ax-12 2211  ax-13 2352  ax-ext 2743  ax-rep 4930  ax-sep 4941  ax-nul 4949  ax-pow 5001  ax-pr 5062  ax-un 7147  ax-inf2 8753  ax-cnex 10245  ax-resscn 10246  ax-1cn 10247  ax-icn 10248  ax-addcl 10249  ax-addrcl 10250  ax-mulcl 10251  ax-mulrcl 10252  ax-mulcom 10253  ax-addass 10254  ax-mulass 10255  ax-distr 10256  ax-i2m1 10257  ax-1ne0 10258  ax-1rid 10259  ax-rnegex 10260  ax-rrecex 10261  ax-cnre 10262  ax-pre-lttri 10263  ax-pre-lttrn 10264  ax-pre-ltadd 10265  ax-pre-mulgt0 10266  ax-pre-sup 10267  ax-addf 10268  ax-mulf 10269
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 874  df-3or 1108  df-3an 1109  df-tru 1656  df-fal 1666  df-ex 1875  df-nf 1879  df-sb 2063  df-mo 2565  df-eu 2582  df-clab 2752  df-cleq 2758  df-clel 2761  df-nfc 2896  df-ne 2938  df-nel 3041  df-ral 3060  df-rex 3061  df-reu 3062  df-rmo 3063  df-rab 3064  df-v 3352  df-sbc 3597  df-csb 3692  df-dif 3735  df-un 3737  df-in 3739  df-ss 3746  df-pss 3748  df-nul 4080  df-if 4244  df-pw 4317  df-sn 4335  df-pr 4337  df-tp 4339  df-op 4341  df-uni 4595  df-int 4634  df-iun 4678  df-iin 4679  df-br 4810  df-opab 4872  df-mpt 4889  df-tr 4912  df-id 5185  df-eprel 5190  df-po 5198  df-so 5199  df-fr 5236  df-se 5237  df-we 5238  df-xp 5283  df-rel 5284  df-cnv 5285  df-co 5286  df-dm 5287  df-rn 5288  df-res 5289  df-ima 5290  df-pred 5865  df-ord 5911  df-on 5912  df-lim 5913  df-suc 5914  df-iota 6031  df-fun 6070  df-fn 6071  df-f 6072  df-f1 6073  df-fo 6074  df-f1o 6075  df-fv 6076  df-isom 6077  df-riota 6803  df-ov 6845  df-oprab 6846  df-mpt2 6847  df-of 7095  df-om 7264  df-1st 7366  df-2nd 7367  df-supp 7498  df-wrecs 7610  df-recs 7672  df-rdg 7710  df-1o 7764  df-2o 7765  df-oadd 7768  df-er 7947  df-map 8062  df-pm 8063  df-ixp 8114  df-en 8161  df-dom 8162  df-sdom 8163  df-fin 8164  df-fsupp 8483  df-fi 8524  df-sup 8555  df-inf 8556  df-oi 8622  df-card 9016  df-cda 9243  df-pnf 10330  df-mnf 10331  df-xr 10332  df-ltxr 10333  df-le 10334  df-sub 10522  df-neg 10523  df-div 10939  df-nn 11275  df-2 11335  df-3 11336  df-4 11337  df-5 11338  df-6 11339  df-7 11340  df-8 11341  df-9 11342  df-n0 11539  df-xnn0 11611  df-z 11625  df-dec 11741  df-uz 11887  df-q 11990  df-rp 12029  df-xneg 12146  df-xadd 12147  df-xmul 12148  df-ioo 12381  df-ioc 12382  df-ico 12383  df-icc 12384  df-fz 12534  df-fzo 12674  df-fl 12801  df-mod 12877  df-seq 13009  df-exp 13068  df-fac 13265  df-bc 13294  df-hash 13322  df-shft 14092  df-cj 14124  df-re 14125  df-im 14126  df-sqrt 14260  df-abs 14261  df-limsup 14487  df-clim 14504  df-rlim 14505  df-sum 14702  df-ef 15080  df-e 15081  df-sin 15082  df-cos 15083  df-tan 15084  df-pi 15085  df-dvds 15266  df-struct 16132  df-ndx 16133  df-slot 16134  df-base 16136  df-sets 16137  df-ress 16138  df-plusg 16227  df-mulr 16228  df-starv 16229  df-sca 16230  df-vsca 16231  df-ip 16232  df-tset 16233  df-ple 16234  df-ds 16236  df-unif 16237  df-hom 16238  df-cco 16239  df-rest 16349  df-topn 16350  df-0g 16368  df-gsum 16369  df-topgen 16370  df-pt 16371  df-prds 16374  df-xrs 16428  df-qtop 16433  df-imas 16434  df-xps 16436  df-mre 16512  df-mrc 16513  df-acs 16515  df-mgm 17508  df-sgrp 17550  df-mnd 17561  df-submnd 17602  df-mulg 17808  df-cntz 18013  df-cmn 18461  df-psmet 20011  df-xmet 20012  df-met 20013  df-bl 20014  df-mopn 20015  df-fbas 20016  df-fg 20017  df-cnfld 20020  df-top 20978  df-topon 20995  df-topsp 21017  df-bases 21030  df-cld 21103  df-ntr 21104  df-cls 21105  df-nei 21182  df-lp 21220  df-perf 21221  df-cn 21311  df-cnp 21312  df-haus 21399  df-cmp 21470  df-tx 21645  df-hmeo 21838  df-fil 21929  df-fm 22021  df-flim 22022  df-flf 22023  df-xms 22404  df-ms 22405  df-tms 22406  df-cncf 22960  df-limc 23921  df-dv 23922  df-ulm 24422  df-log 24594  df-cxp 24595
This theorem is referenced by:  stirlinglem13  40940
  Copyright terms: Public domain W3C validator