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Theorem stirlinglem7 42242
Description: Algebraic manipulation of the formula for J(n). (Contributed by Glauco Siliprandi, 29-Jun-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
stirlinglem7.1 𝐽 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((((1 + (2 · 𝑛)) / 2) · (log‘((𝑛 + 1) / 𝑛))) − 1))
stirlinglem7.2 𝐾 = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘))))
stirlinglem7.3 𝐻 = (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (2 · ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1)))))
Assertion
Ref Expression
stirlinglem7 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐾) ⇝ (𝐽𝑁))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑛   𝑛,𝐻   𝑛,𝐾   𝑘,𝑁,𝑛
Allowed substitution hints:   𝐻(𝑘)   𝐽(𝑘,𝑛)   𝐾(𝑘)

Proof of Theorem stirlinglem7
Dummy variables 𝑖 𝑗 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nnuz 12269 . . . 4 ℕ = (ℤ‘1)
2 1zzd 12001 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℤ)
3 1e0p1 12128 . . . . . . . 8 1 = (0 + 1)
43a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 1 = (0 + 1))
54seqeq1d 13363 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐻) = seq(0 + 1)( + , 𝐻))
6 nn0uz 12268 . . . . . . 7 0 = (ℤ‘0)
7 0nn0 11900 . . . . . . . 8 0 ∈ ℕ0
87a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ∈ ℕ0)
9 stirlinglem7.3 . . . . . . . . 9 𝐻 = (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (2 · ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1)))))
10 oveq2 7153 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 = 𝑗 → (2 · 𝑘) = (2 · 𝑗))
1110oveq1d 7160 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 = 𝑗 → ((2 · 𝑘) + 1) = ((2 · 𝑗) + 1))
1211oveq2d 7161 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 = 𝑗 → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) = (1 / ((2 · 𝑗) + 1)))
1311oveq2d 7161 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 = 𝑗 → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑗) + 1)))
1412, 13oveq12d 7163 . . . . . . . . . 10 (𝑘 = 𝑗 → ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1))) = ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑗) + 1))))
1514oveq2d 7161 . . . . . . . . 9 (𝑘 = 𝑗 → (2 · ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1)))) = (2 · ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑗) + 1)))))
16 simpr 485 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 𝑗 ∈ ℕ0)
17 2cnd 11703 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 2 ∈ ℂ)
18 2cnd 11703 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ0 → 2 ∈ ℂ)
19 nn0cn 11895 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ0𝑗 ∈ ℂ)
2018, 19mulcld 10649 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ0 → (2 · 𝑗) ∈ ℂ)
21 1cnd 10624 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ0 → 1 ∈ ℂ)
2220, 21addcld 10648 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ ℕ0 → ((2 · 𝑗) + 1) ∈ ℂ)
2322adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → ((2 · 𝑗) + 1) ∈ ℂ)
24 0red 10632 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ0 → 0 ∈ ℝ)
25 2re 11699 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2 ∈ ℝ
2625a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑗 ∈ ℕ0 → 2 ∈ ℝ)
27 nn0re 11894 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑗 ∈ ℕ0𝑗 ∈ ℝ)
2826, 27remulcld 10659 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑗 ∈ ℕ0 → (2 · 𝑗) ∈ ℝ)
29 1red 10630 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑗 ∈ ℕ0 → 1 ∈ ℝ)
30 0le2 11727 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 0 ≤ 2
3130a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑗 ∈ ℕ0 → 0 ≤ 2)
32 nn0ge0 11910 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑗 ∈ ℕ0 → 0 ≤ 𝑗)
3326, 27, 31, 32mulge0d 11205 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑗 ∈ ℕ0 → 0 ≤ (2 · 𝑗))
34 0lt1 11150 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 0 < 1
3534a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑗 ∈ ℕ0 → 0 < 1)
3628, 29, 33, 35addgegt0d 11201 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ0 → 0 < ((2 · 𝑗) + 1))
3724, 36ltned 10764 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ0 → 0 ≠ ((2 · 𝑗) + 1))
3837adantl 482 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 0 ≠ ((2 · 𝑗) + 1))
3938necomd 3068 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → ((2 · 𝑗) + 1) ≠ 0)
4023, 39reccld 11397 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (1 / ((2 · 𝑗) + 1)) ∈ ℂ)
41 nncn 11634 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℂ)
4241adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℂ)
4317, 42mulcld 10649 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (2 · 𝑁) ∈ ℂ)
44 1cnd 10624 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 1 ∈ ℂ)
4543, 44addcld 10648 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → ((2 · 𝑁) + 1) ∈ ℂ)
4625a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
47 nnre 11633 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℝ)
4846, 47remulcld 10659 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 𝑁) ∈ ℝ)
49 1red 10630 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
5030a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ 2)
51 0red 10632 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ∈ ℝ)
52 nngt0 11656 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < 𝑁)
5351, 47, 52ltled 10776 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ 𝑁)
5446, 47, 50, 53mulge0d 11205 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ (2 · 𝑁))
5534a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < 1)
5648, 49, 54, 55addgegt0d 11201 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < ((2 · 𝑁) + 1))
5756gt0ne0d 11192 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 𝑁) + 1) ≠ 0)
5857adantr 481 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → ((2 · 𝑁) + 1) ≠ 0)
5945, 58reccld 11397 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (1 / ((2 · 𝑁) + 1)) ∈ ℂ)
60 2nn0 11902 . . . . . . . . . . . . . . 15 2 ∈ ℕ0
6160a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 2 ∈ ℕ0)
6261, 16nn0mulcld 11948 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (2 · 𝑗) ∈ ℕ0)
63 1nn0 11901 . . . . . . . . . . . . . 14 1 ∈ ℕ0
6463a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → 1 ∈ ℕ0)
6562, 64nn0addcld 11947 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → ((2 · 𝑗) + 1) ∈ ℕ0)
6659, 65expcld 13498 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑗) + 1)) ∈ ℂ)
6740, 66mulcld 10649 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑗) + 1))) ∈ ℂ)
6817, 67mulcld 10649 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (2 · ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑗) + 1)))) ∈ ℂ)
699, 15, 16, 68fvmptd3 6783 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (𝐻𝑗) = (2 · ((1 / ((2 · 𝑗) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑗) + 1)))))
7069, 68eqeltrd 2910 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (𝐻𝑗) ∈ ℂ)
719stirlinglem6 42241 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → seq0( + , 𝐻) ⇝ (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)))
726, 8, 70, 71clim2ser 14999 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → seq(0 + 1)( + , 𝐻) ⇝ ((log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) − (seq0( + , 𝐻)‘0)))
735, 72eqbrtrd 5079 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐻) ⇝ ((log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) − (seq0( + , 𝐻)‘0)))
74 0z 11980 . . . . . . . 8 0 ∈ ℤ
75 seq1 13370 . . . . . . . 8 (0 ∈ ℤ → (seq0( + , 𝐻)‘0) = (𝐻‘0))
7674, 75mp1i 13 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (seq0( + , 𝐻)‘0) = (𝐻‘0))
779a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 𝐻 = (𝑘 ∈ ℕ0 ↦ (2 · ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1))))))
78 simpr 485 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 0) → 𝑘 = 0)
7978oveq2d 7161 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 0) → (2 · 𝑘) = (2 · 0))
8079oveq1d 7160 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 0) → ((2 · 𝑘) + 1) = ((2 · 0) + 1))
8180oveq2d 7161 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 0) → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) = (1 / ((2 · 0) + 1)))
8280oveq2d 7161 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 0) → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1)))
8381, 82oveq12d 7163 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 0) → ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1))) = ((1 / ((2 · 0) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1))))
8483oveq2d 7161 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 = 0) → (2 · ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1)))) = (2 · ((1 / ((2 · 0) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1)))))
85 2cnd 11703 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
86 0cnd 10622 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ∈ ℂ)
8785, 86mulcld 10649 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 0) ∈ ℂ)
88 1cnd 10624 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
8987, 88addcld 10648 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 0) + 1) ∈ ℂ)
9085mul01d 10827 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 0) = 0)
9190eqcomd 2824 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑁 ∈ ℕ → 0 = (2 · 0))
9291oveq1d 7160 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑁 ∈ ℕ → (0 + 1) = ((2 · 0) + 1))
934, 92eqtrd 2853 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ℕ → 1 = ((2 · 0) + 1))
9455, 93breqtrd 5083 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < ((2 · 0) + 1))
9594gt0ne0d 11192 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 0) + 1) ≠ 0)
9689, 95reccld 11397 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 0) + 1)) ∈ ℂ)
9785, 41mulcld 10649 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 𝑁) ∈ ℂ)
9897, 88addcld 10648 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 𝑁) + 1) ∈ ℂ)
9998, 57reccld 11397 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑁) + 1)) ∈ ℂ)
10093, 63syl6eqelr 2919 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 0) + 1) ∈ ℕ0)
10199, 100expcld 13498 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1)) ∈ ℂ)
10296, 101mulcld 10649 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 0) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1))) ∈ ℂ)
10385, 102mulcld 10649 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · ((1 / ((2 · 0) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1)))) ∈ ℂ)
10477, 84, 8, 103fvmptd 6767 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐻‘0) = (2 · ((1 / ((2 · 0) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1)))))
10590oveq1d 7160 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 0) + 1) = (0 + 1))
106105, 3syl6eqr 2871 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 0) + 1) = 1)
107106oveq2d 7161 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 0) + 1)) = (1 / 1))
10888div1d 11396 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / 1) = 1)
109107, 108eqtrd 2853 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 0) + 1)) = 1)
110106oveq2d 7161 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1)) = ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑1))
11199exp1d 13493 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑1) = (1 / ((2 · 𝑁) + 1)))
112110, 111eqtrd 2853 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1)) = (1 / ((2 · 𝑁) + 1)))
113109, 112oveq12d 7163 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 0) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1))) = (1 · (1 / ((2 · 𝑁) + 1))))
11499mulid2d 10647 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → (1 · (1 / ((2 · 𝑁) + 1))) = (1 / ((2 · 𝑁) + 1)))
115113, 114eqtrd 2853 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / ((2 · 0) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1))) = (1 / ((2 · 𝑁) + 1)))
116115oveq2d 7161 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · ((1 / ((2 · 0) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1)))) = (2 · (1 / ((2 · 𝑁) + 1))))
11785, 88, 98, 57divassd 11439 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) = (2 · (1 / ((2 · 𝑁) + 1))))
11885mulid1d 10646 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 1) = 2)
119118oveq1d 7160 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) = (2 / ((2 · 𝑁) + 1)))
120116, 117, 1193eqtr2d 2859 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · ((1 / ((2 · 0) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 0) + 1)))) = (2 / ((2 · 𝑁) + 1)))
12176, 104, 1203eqtrd 2857 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (seq0( + , 𝐻)‘0) = (2 / ((2 · 𝑁) + 1)))
122121oveq2d 7161 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) − (seq0( + , 𝐻)‘0)) = ((log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) − (2 / ((2 · 𝑁) + 1))))
12373, 122breqtrd 5083 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐻) ⇝ ((log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) − (2 / ((2 · 𝑁) + 1))))
12488, 97addcld 10648 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (1 + (2 · 𝑁)) ∈ ℂ)
125124halfcld 11870 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 + (2 · 𝑁)) / 2) ∈ ℂ)
126 seqex 13359 . . . . 5 seq1( + , 𝐾) ∈ V
127126a1i 11 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐾) ∈ V)
128 elnnuz 12270 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ ℕ ↔ 𝑗 ∈ (ℤ‘1))
129128biimpi 217 . . . . . 6 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ (ℤ‘1))
130129adantl 482 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ (ℤ‘1))
131 oveq2 7153 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 = 𝑛 → (2 · 𝑘) = (2 · 𝑛))
132131oveq1d 7160 . . . . . . . . . 10 (𝑘 = 𝑛 → ((2 · 𝑘) + 1) = ((2 · 𝑛) + 1))
133132oveq2d 7161 . . . . . . . . 9 (𝑘 = 𝑛 → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) = (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
134132oveq2d 7161 . . . . . . . . 9 (𝑘 = 𝑛 → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1)) = ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))
135133, 134oveq12d 7163 . . . . . . . 8 (𝑘 = 𝑛 → ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1))) = ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1))))
136135oveq2d 7161 . . . . . . 7 (𝑘 = 𝑛 → (2 · ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑘) + 1)))) = (2 · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))))
137 elfzuz 12892 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ (1...𝑗) → 𝑛 ∈ (ℤ‘1))
138 elnnuz 12270 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ ↔ 𝑛 ∈ (ℤ‘1))
139138biimpri 229 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ (ℤ‘1) → 𝑛 ∈ ℕ)
140 nnnn0 11892 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℕ0)
141137, 139, 1403syl 18 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ (1...𝑗) → 𝑛 ∈ ℕ0)
142141adantl 482 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 𝑛 ∈ ℕ0)
143 2cnd 11703 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 2 ∈ ℂ)
144142nn0cnd 11945 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 𝑛 ∈ ℂ)
145143, 144mulcld 10649 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (2 · 𝑛) ∈ ℂ)
146 1cnd 10624 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 1 ∈ ℂ)
147145, 146addcld 10648 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℂ)
148 elfznn 12924 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ (1...𝑗) → 𝑛 ∈ ℕ)
149 0red 10632 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → 0 ∈ ℝ)
150 1red 10630 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
15125a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
152 nnre 11633 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℝ)
153151, 152remulcld 10659 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · 𝑛) ∈ ℝ)
154153, 150readdcld 10658 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℝ)
15534a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → 0 < 1)
156 2rp 12382 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2 ∈ ℝ+
157156a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ+)
158 nnrp 12388 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℝ+)
159157, 158rpmulcld 12435 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · 𝑛) ∈ ℝ+)
160150, 159ltaddrp2d 12453 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → 1 < ((2 · 𝑛) + 1))
161149, 150, 154, 155, 160lttrd 10789 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → 0 < ((2 · 𝑛) + 1))
162161gt0ne0d 11192 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛) + 1) ≠ 0)
163148, 162syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ (1...𝑗) → ((2 · 𝑛) + 1) ≠ 0)
164163adantl 482 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((2 · 𝑛) + 1) ≠ 0)
165147, 164reccld 11397 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (1 / ((2 · 𝑛) + 1)) ∈ ℂ)
16699ad2antrr 722 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (1 / ((2 · 𝑁) + 1)) ∈ ℂ)
16760a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 2 ∈ ℕ0)
168167, 142nn0mulcld 11948 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (2 · 𝑛) ∈ ℕ0)
16963a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 1 ∈ ℕ0)
170168, 169nn0addcld 11947 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℕ0)
171166, 170expcld 13498 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)) ∈ ℂ)
172165, 171mulcld 10649 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1))) ∈ ℂ)
173143, 172mulcld 10649 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (2 · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))) ∈ ℂ)
1749, 136, 142, 173fvmptd3 6783 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (𝐻𝑛) = (2 · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))))
175174, 173eqeltrd 2910 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (𝐻𝑛) ∈ ℂ)
176 addcl 10607 . . . . . 6 ((𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ) → (𝑛 + 𝑖) ∈ ℂ)
177176adantl 482 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ)) → (𝑛 + 𝑖) ∈ ℂ)
178130, 175, 177seqcl 13378 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐻)‘𝑗) ∈ ℂ)
179 1cnd 10624 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ)) → 1 ∈ ℂ)
180 2cnd 11703 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ)) → 2 ∈ ℂ)
18141ad2antrr 722 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ)) → 𝑁 ∈ ℂ)
182180, 181mulcld 10649 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ)) → (2 · 𝑁) ∈ ℂ)
183179, 182addcld 10648 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ)) → (1 + (2 · 𝑁)) ∈ ℂ)
184183halfcld 11870 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ)) → ((1 + (2 · 𝑁)) / 2) ∈ ℂ)
185 simprl 767 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ)) → 𝑛 ∈ ℂ)
186 simprr 769 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ)) → 𝑖 ∈ ℂ)
187184, 185, 186adddid 10653 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ (𝑛 ∈ ℂ ∧ 𝑖 ∈ ℂ)) → (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (𝑛 + 𝑖)) = ((((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · 𝑛) + (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · 𝑖)))
188 stirlinglem7.2 . . . . . . 7 𝐾 = (𝑘 ∈ ℕ ↦ ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘))))
189131oveq2d 7161 . . . . . . . 8 (𝑘 = 𝑛 → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘)) = ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑛)))
190133, 189oveq12d 7163 . . . . . . 7 (𝑘 = 𝑛 → ((1 / ((2 · 𝑘) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑘))) = ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑛))))
191148adantl 482 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 𝑛 ∈ ℕ)
192166, 168expcld 13498 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑛)) ∈ ℂ)
193165, 192mulcld 10649 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑛))) ∈ ℂ)
194188, 190, 191, 193fvmptd3 6783 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (𝐾𝑛) = ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑛))))
195124ad2antrr 722 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (1 + (2 · 𝑁)) ∈ ℂ)
196 2ne0 11729 . . . . . . . . 9 2 ≠ 0
197196a1i 11 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 2 ≠ 0)
198195, 143, 173, 197div32d 11427 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (2 · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1))))) = ((1 + (2 · 𝑁)) · ((2 · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))) / 2)))
199172, 143, 197divcan3d 11409 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((2 · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))) / 2) = ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1))))
200199oveq2d 7161 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 + (2 · 𝑁)) · ((2 · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))) / 2)) = ((1 + (2 · 𝑁)) · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))))
201195, 165, 171mul12d 10837 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 + (2 · 𝑁)) · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))) = ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 + (2 · 𝑁)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))))
20298ad2antrr 722 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((2 · 𝑁) + 1) ∈ ℂ)
20357ad2antrr 722 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((2 · 𝑁) + 1) ≠ 0)
204170nn0zd 12073 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℤ)
205202, 203, 204exprecd 13506 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)) = (1 / (((2 · 𝑁) + 1)↑((2 · 𝑛) + 1))))
206205oveq2d 7161 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 + (2 · 𝑁)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1))) = ((1 + (2 · 𝑁)) · (1 / (((2 · 𝑁) + 1)↑((2 · 𝑛) + 1)))))
207202, 170expcld 13498 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (((2 · 𝑁) + 1)↑((2 · 𝑛) + 1)) ∈ ℂ)
208202, 203, 204expne0d 13504 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (((2 · 𝑁) + 1)↑((2 · 𝑛) + 1)) ≠ 0)
209195, 207, 208divrecd 11407 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 + (2 · 𝑁)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑((2 · 𝑛) + 1))) = ((1 + (2 · 𝑁)) · (1 / (((2 · 𝑁) + 1)↑((2 · 𝑛) + 1)))))
21041ad2antrr 722 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 𝑁 ∈ ℂ)
211143, 210mulcld 10649 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (2 · 𝑁) ∈ ℂ)
212146, 211addcomd 10830 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (1 + (2 · 𝑁)) = ((2 · 𝑁) + 1))
213202, 168expcld 13498 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛)) ∈ ℂ)
214213, 202mulcomd 10650 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛)) · ((2 · 𝑁) + 1)) = (((2 · 𝑁) + 1) · (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛))))
215212, 214oveq12d 7163 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 + (2 · 𝑁)) / ((((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛)) · ((2 · 𝑁) + 1))) = (((2 · 𝑁) + 1) / (((2 · 𝑁) + 1) · (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛)))))
216202, 168expp1d 13499 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (((2 · 𝑁) + 1)↑((2 · 𝑛) + 1)) = ((((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛)) · ((2 · 𝑁) + 1)))
217216oveq2d 7161 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 + (2 · 𝑁)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑((2 · 𝑛) + 1))) = ((1 + (2 · 𝑁)) / ((((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛)) · ((2 · 𝑁) + 1))))
218 2z 12002 . . . . . . . . . . . . . . 15 2 ∈ ℤ
219218a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 2 ∈ ℤ)
220142nn0zd 12073 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → 𝑛 ∈ ℤ)
221219, 220zmulcld 12081 . . . . . . . . . . . . 13 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (2 · 𝑛) ∈ ℤ)
222202, 203, 221expne0d 13504 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛)) ≠ 0)
223202, 202, 213, 203, 222divdiv1d 11435 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((((2 · 𝑁) + 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛))) = (((2 · 𝑁) + 1) / (((2 · 𝑁) + 1) · (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛)))))
224215, 217, 2233eqtr4d 2863 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 + (2 · 𝑁)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑((2 · 𝑛) + 1))) = ((((2 · 𝑁) + 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛))))
225206, 209, 2243eqtr2d 2859 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 + (2 · 𝑁)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1))) = ((((2 · 𝑁) + 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛))))
226225oveq2d 7161 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 + (2 · 𝑁)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))) = ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((((2 · 𝑁) + 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛)))))
227202, 203dividd 11402 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (((2 · 𝑁) + 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) = 1)
228 1exp 13446 . . . . . . . . . . . . 13 ((2 · 𝑛) ∈ ℤ → (1↑(2 · 𝑛)) = 1)
229221, 228syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (1↑(2 · 𝑛)) = 1)
230227, 229eqtr4d 2856 . . . . . . . . . . 11 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (((2 · 𝑁) + 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) = (1↑(2 · 𝑛)))
231230oveq1d 7160 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((((2 · 𝑁) + 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛))) = ((1↑(2 · 𝑛)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛))))
232146, 202, 203, 168expdivd 13512 . . . . . . . . . 10 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑛)) = ((1↑(2 · 𝑛)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛))))
233231, 232eqtr4d 2856 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((((2 · 𝑁) + 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛))) = ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑛)))
234233oveq2d 7161 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((((2 · 𝑁) + 1) / ((2 · 𝑁) + 1)) / (((2 · 𝑁) + 1)↑(2 · 𝑛)))) = ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑛))))
235201, 226, 2343eqtrd 2857 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → ((1 + (2 · 𝑁)) · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))) = ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑛))))
236198, 200, 2353eqtrd 2857 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (2 · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1))))) = ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑(2 · 𝑛))))
237174eqcomd 2824 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (2 · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1)))) = (𝐻𝑛))
238237oveq2d 7161 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (2 · ((1 / ((2 · 𝑛) + 1)) · ((1 / ((2 · 𝑁) + 1))↑((2 · 𝑛) + 1))))) = (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (𝐻𝑛)))
239194, 236, 2383eqtr2d 2859 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ (1...𝑗)) → (𝐾𝑛) = (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (𝐻𝑛)))
240177, 187, 130, 175, 239seqdistr 13409 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (seq1( + , 𝐾)‘𝑗) = (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (seq1( + , 𝐻)‘𝑗)))
2411, 2, 123, 125, 127, 178, 240climmulc2 14981 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐾) ⇝ (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · ((log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) − (2 / ((2 · 𝑁) + 1)))))
24288, 97addcomd 10830 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (1 + (2 · 𝑁)) = ((2 · 𝑁) + 1))
243242oveq1d 7160 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 + (2 · 𝑁)) / 2) = (((2 · 𝑁) + 1) / 2))
244243oveq1d 7160 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · ((log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) − (2 / ((2 · 𝑁) + 1)))) = ((((2 · 𝑁) + 1) / 2) · ((log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) − (2 / ((2 · 𝑁) + 1)))))
245243, 125eqeltrrd 2911 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (((2 · 𝑁) + 1) / 2) ∈ ℂ)
24641, 88addcld 10648 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 + 1) ∈ ℂ)
247 nnne0 11659 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ≠ 0)
248246, 41, 247divcld 11404 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) / 𝑁) ∈ ℂ)
24947, 49readdcld 10658 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 + 1) ∈ ℝ)
25047ltp1d 11558 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 < (𝑁 + 1))
25151, 47, 249, 52, 250lttrd 10789 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < (𝑁 + 1))
252251gt0ne0d 11192 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 + 1) ≠ 0)
253246, 41, 252, 247divne0d 11420 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) / 𝑁) ≠ 0)
254248, 253logcld 25081 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) ∈ ℂ)
25585, 98, 57divcld 11404 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (2 / ((2 · 𝑁) + 1)) ∈ ℂ)
256245, 254, 255subdid 11084 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → ((((2 · 𝑁) + 1) / 2) · ((log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) − (2 / ((2 · 𝑁) + 1)))) = (((((2 · 𝑁) + 1) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))) − ((((2 · 𝑁) + 1) / 2) · (2 / ((2 · 𝑁) + 1)))))
25797, 88addcomd 10830 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 𝑁) + 1) = (1 + (2 · 𝑁)))
258257oveq1d 7160 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (((2 · 𝑁) + 1) / 2) = ((1 + (2 · 𝑁)) / 2))
259258oveq1d 7160 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((((2 · 𝑁) + 1) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))) = (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))))
260196a1i 11 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → 2 ≠ 0)
26198, 85, 57, 260divcan6d 11423 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((((2 · 𝑁) + 1) / 2) · (2 / ((2 · 𝑁) + 1))) = 1)
262259, 261oveq12d 7163 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (((((2 · 𝑁) + 1) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))) − ((((2 · 𝑁) + 1) / 2) · (2 / ((2 · 𝑁) + 1)))) = ((((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))) − 1))
263244, 256, 2623eqtrd 2857 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · ((log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)) − (2 / ((2 · 𝑁) + 1)))) = ((((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))) − 1))
264241, 263breqtrd 5083 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐾) ⇝ ((((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))) − 1))
265 stirlinglem7.1 . . 3 𝐽 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((((1 + (2 · 𝑛)) / 2) · (log‘((𝑛 + 1) / 𝑛))) − 1))
266 oveq2 7153 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑁 → (2 · 𝑛) = (2 · 𝑁))
267266oveq2d 7161 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑁 → (1 + (2 · 𝑛)) = (1 + (2 · 𝑁)))
268267oveq1d 7160 . . . . 5 (𝑛 = 𝑁 → ((1 + (2 · 𝑛)) / 2) = ((1 + (2 · 𝑁)) / 2))
269 oveq1 7152 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 + 1) = (𝑁 + 1))
270 id 22 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑁𝑛 = 𝑁)
271269, 270oveq12d 7163 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑁 → ((𝑛 + 1) / 𝑛) = ((𝑁 + 1) / 𝑁))
272271fveq2d 6667 . . . . 5 (𝑛 = 𝑁 → (log‘((𝑛 + 1) / 𝑛)) = (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁)))
273268, 272oveq12d 7163 . . . 4 (𝑛 = 𝑁 → (((1 + (2 · 𝑛)) / 2) · (log‘((𝑛 + 1) / 𝑛))) = (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))))
274273oveq1d 7160 . . 3 (𝑛 = 𝑁 → ((((1 + (2 · 𝑛)) / 2) · (log‘((𝑛 + 1) / 𝑛))) − 1) = ((((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))) − 1))
275 id 22 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℕ)
276125, 254mulcld 10649 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))) ∈ ℂ)
277276, 88subcld 10985 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → ((((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))) − 1) ∈ ℂ)
278265, 274, 275, 277fvmptd3 6783 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐽𝑁) = ((((1 + (2 · 𝑁)) / 2) · (log‘((𝑁 + 1) / 𝑁))) − 1))
279264, 278breqtrrd 5085 1 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐾) ⇝ (𝐽𝑁))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 396   = wceq 1528  wcel 2105  wne 3013  Vcvv 3492   class class class wbr 5057  cmpt 5137  cfv 6348  (class class class)co 7145  cc 10523  cr 10524  0cc0 10525  1c1 10526   + caddc 10528   · cmul 10530   < clt 10663  cle 10664  cmin 10858   / cdiv 11285  cn 11626  2c2 11680  0cn0 11885  cz 11969  cuz 12231  +crp 12377  ...cfz 12880  seqcseq 13357  cexp 13417  cli 14829  logclog 25065
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1787  ax-4 1801  ax-5 1902  ax-6 1961  ax-7 2006  ax-8 2107  ax-9 2115  ax-10 2136  ax-11 2151  ax-12 2167  ax-ext 2790  ax-rep 5181  ax-sep 5194  ax-nul 5201  ax-pow 5257  ax-pr 5320  ax-un 7450  ax-inf2 9092  ax-cnex 10581  ax-resscn 10582  ax-1cn 10583  ax-icn 10584  ax-addcl 10585  ax-addrcl 10586  ax-mulcl 10587  ax-mulrcl 10588  ax-mulcom 10589  ax-addass 10590  ax-mulass 10591  ax-distr 10592  ax-i2m1 10593  ax-1ne0 10594  ax-1rid 10595  ax-rnegex 10596  ax-rrecex 10597  ax-cnre 10598  ax-pre-lttri 10599  ax-pre-lttrn 10600  ax-pre-ltadd 10601  ax-pre-mulgt0 10602  ax-pre-sup 10603  ax-addf 10604  ax-mulf 10605
This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 842  df-3or 1080  df-3an 1081  df-tru 1531  df-fal 1541  df-ex 1772  df-nf 1776  df-sb 2061  df-mo 2615  df-eu 2647  df-clab 2797  df-cleq 2811  df-clel 2890  df-nfc 2960  df-ne 3014  df-nel 3121  df-ral 3140  df-rex 3141  df-reu 3142  df-rmo 3143  df-rab 3144  df-v 3494  df-sbc 3770  df-csb 3881  df-dif 3936  df-un 3938  df-in 3940  df-ss 3949  df-pss 3951  df-nul 4289  df-if 4464  df-pw 4537  df-sn 4558  df-pr 4560  df-tp 4562  df-op 4564  df-uni 4831  df-int 4868  df-iun 4912  df-iin 4913  df-br 5058  df-opab 5120  df-mpt 5138  df-tr 5164  df-id 5453  df-eprel 5458  df-po 5467  df-so 5468  df-fr 5507  df-se 5508  df-we 5509  df-xp 5554  df-rel 5555  df-cnv 5556  df-co 5557  df-dm 5558  df-rn 5559  df-res 5560  df-ima 5561  df-pred 6141  df-ord 6187  df-on 6188  df-lim 6189  df-suc 6190  df-iota 6307  df-fun 6350  df-fn 6351  df-f 6352  df-f1 6353  df-fo 6354  df-f1o 6355  df-fv 6356  df-isom 6357  df-riota 7103  df-ov 7148  df-oprab 7149  df-mpo 7150  df-of 7398  df-om 7570  df-1st 7678  df-2nd 7679  df-supp 7820  df-wrecs 7936  df-recs 7997  df-rdg 8035  df-1o 8091  df-2o 8092  df-oadd 8095  df-er 8278  df-map 8397  df-pm 8398  df-ixp 8450  df-en 8498  df-dom 8499  df-sdom 8500  df-fin 8501  df-fsupp 8822  df-fi 8863  df-sup 8894  df-inf 8895  df-oi 8962  df-card 9356  df-pnf 10665  df-mnf 10666  df-xr 10667  df-ltxr 10668  df-le 10669  df-sub 10860  df-neg 10861  df-div 11286  df-nn 11627  df-2 11688  df-3 11689  df-4 11690  df-5 11691  df-6 11692  df-7 11693  df-8 11694  df-9 11695  df-n0 11886  df-xnn0 11956  df-z 11970  df-dec 12087  df-uz 12232  df-q 12337  df-rp 12378  df-xneg 12495  df-xadd 12496  df-xmul 12497  df-ioo 12730  df-ioc 12731  df-ico 12732  df-icc 12733  df-fz 12881  df-fzo 13022  df-fl 13150  df-mod 13226  df-seq 13358  df-exp 13418  df-fac 13622  df-bc 13651  df-hash 13679  df-shft 14414  df-cj 14446  df-re 14447  df-im 14448  df-sqrt 14582  df-abs 14583  df-limsup 14816  df-clim 14833  df-rlim 14834  df-sum 15031  df-ef 15409  df-sin 15411  df-cos 15412  df-tan 15413  df-pi 15414  df-dvds 15596  df-struct 16473  df-ndx 16474  df-slot 16475  df-base 16477  df-sets 16478  df-ress 16479  df-plusg 16566  df-mulr 16567  df-starv 16568  df-sca 16569  df-vsca 16570  df-ip 16571  df-tset 16572  df-ple 16573  df-ds 16575  df-unif 16576  df-hom 16577  df-cco 16578  df-rest 16684  df-topn 16685  df-0g 16703  df-gsum 16704  df-topgen 16705  df-pt 16706  df-prds 16709  df-xrs 16763  df-qtop 16768  df-imas 16769  df-xps 16771  df-mre 16845  df-mrc 16846  df-acs 16848  df-mgm 17840  df-sgrp 17889  df-mnd 17900  df-submnd 17945  df-mulg 18163  df-cntz 18385  df-cmn 18837  df-psmet 20465  df-xmet 20466  df-met 20467  df-bl 20468  df-mopn 20469  df-fbas 20470  df-fg 20471  df-cnfld 20474  df-top 21430  df-topon 21447  df-topsp 21469  df-bases 21482  df-cld 21555  df-ntr 21556  df-cls 21557  df-nei 21634  df-lp 21672  df-perf 21673  df-cn 21763  df-cnp 21764  df-haus 21851  df-cmp 21923  df-tx 22098  df-hmeo 22291  df-fil 22382  df-fm 22474  df-flim 22475  df-flf 22476  df-xms 22857  df-ms 22858  df-tms 22859  df-cncf 23413  df-limc 24391  df-dv 24392  df-ulm 24892  df-log 25067
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