Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  stirlinglem1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem stirlinglem1 40813
Description: A simple limit of fractions is computed. (Contributed by Glauco Siliprandi, 30-Jun-2017.)
Hypotheses
Ref Expression
stirlinglem1.1 𝐻 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1))))
stirlinglem1.2 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))
stirlinglem1.3 𝐺 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
stirlinglem1.4 𝐿 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛))
Assertion
Ref Expression
stirlinglem1 𝐻 ⇝ (1 / 2)

Proof of Theorem stirlinglem1
Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nnuz 11937 . . . 4 ℕ = (ℤ‘1)
2 1zzd 11621 . . . 4 (⊤ → 1 ∈ ℤ)
3 stirlinglem1.4 . . . . . . . . 9 𝐿 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛))
4 ax-1cn 10207 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℂ
5 divcnv 14805 . . . . . . . . . 10 (1 ∈ ℂ → (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛)) ⇝ 0)
64, 5ax-mp 5 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛)) ⇝ 0
73, 6eqbrtri 4826 . . . . . . . 8 𝐿 ⇝ 0
87a1i 11 . . . . . . 7 (⊤ → 𝐿 ⇝ 0)
9 stirlinglem1.3 . . . . . . . . 9 𝐺 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
10 nnex 11239 . . . . . . . . . 10 ℕ ∈ V
1110mptex 6652 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑛) + 1))) ∈ V
129, 11eqeltri 2836 . . . . . . . 8 𝐺 ∈ V
1312a1i 11 . . . . . . 7 (⊤ → 𝐺 ∈ V)
143a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 𝐿 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / 𝑛)))
15 simpr 479 . . . . . . . . . . 11 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → 𝑛 = 𝑘)
1615oveq2d 6831 . . . . . . . . . 10 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → (1 / 𝑛) = (1 / 𝑘))
17 id 22 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℕ)
18 nnrp 12056 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℝ+)
1918rpreccld 12096 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / 𝑘) ∈ ℝ+)
2014, 16, 17, 19fvmptd 6452 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐿𝑘) = (1 / 𝑘))
21 nnrecre 11270 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / 𝑘) ∈ ℝ)
2220, 21eqeltrd 2840 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐿𝑘) ∈ ℝ)
2322adantl 473 . . . . . . 7 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐿𝑘) ∈ ℝ)
249a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 𝐺 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))
2515oveq2d 6831 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → (2 · 𝑛) = (2 · 𝑘))
2625oveq1d 6830 . . . . . . . . . . 11 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → ((2 · 𝑛) + 1) = ((2 · 𝑘) + 1))
2726oveq2d 6831 . . . . . . . . . 10 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → (1 / ((2 · 𝑛) + 1)) = (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))
28 2re 11303 . . . . . . . . . . . . . 14 2 ∈ ℝ
2928a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
30 nnre 11240 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℝ)
3129, 30remulcld 10283 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → (2 · 𝑘) ∈ ℝ)
32 0le2 11324 . . . . . . . . . . . . . 14 0 ≤ 2
3332a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ 2)
3418rpge0d 12090 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ 𝑘)
3529, 30, 33, 34mulge0d 10817 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ (2 · 𝑘))
3631, 35ge0p1rpd 12116 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℝ+)
3736rpreccld 12096 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℝ+)
3824, 27, 17, 37fvmptd 6452 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐺𝑘) = (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))
3937rpred 12086 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℝ)
4038, 39eqeltrd 2840 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐺𝑘) ∈ ℝ)
4140adantl 473 . . . . . . 7 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐺𝑘) ∈ ℝ)
42 1red 10268 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
43 0le1 10764 . . . . . . . . . . 11 0 ≤ 1
4443a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ 1)
4531, 42readdcld 10282 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℝ)
46 nncn 11241 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ∈ ℂ)
4746mulid2d 10271 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → (1 · 𝑘) = 𝑘)
48 1lt2 11407 . . . . . . . . . . . . . . 15 1 < 2
4948a1i 11 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 ∈ ℕ → 1 < 2)
5042, 29, 18, 49ltmul1dd 12141 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → (1 · 𝑘) < (2 · 𝑘))
5147, 50eqbrtrrd 4829 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 < (2 · 𝑘))
5231ltp1d 11167 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → (2 · 𝑘) < ((2 · 𝑘) + 1))
5330, 31, 45, 51, 52lttrd 10411 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 < ((2 · 𝑘) + 1))
5430, 45, 53ltled 10398 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 𝑘 ≤ ((2 · 𝑘) + 1))
5518, 36, 42, 44, 54lediv2ad 12108 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) ≤ (1 / 𝑘))
5655, 38, 203brtr4d 4837 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐺𝑘) ≤ (𝐿𝑘))
5756adantl 473 . . . . . . 7 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐺𝑘) ≤ (𝐿𝑘))
5837rpge0d 12090 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))
5958, 38breqtrrd 4833 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → 0 ≤ (𝐺𝑘))
6059adantl 473 . . . . . . 7 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 0 ≤ (𝐺𝑘))
611, 2, 8, 13, 23, 41, 57, 60climsqz2 14592 . . . . . 6 (⊤ → 𝐺 ⇝ 0)
62 1cnd 10269 . . . . . 6 (⊤ → 1 ∈ ℂ)
63 stirlinglem1.2 . . . . . . . 8 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))
6410mptex 6652 . . . . . . . 8 (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))) ∈ V
6563, 64eqeltri 2836 . . . . . . 7 𝐹 ∈ V
6665a1i 11 . . . . . 6 (⊤ → 𝐹 ∈ V)
6741recnd 10281 . . . . . 6 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐺𝑘) ∈ ℂ)
6863a1i 11 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))))
6927oveq2d 6831 . . . . . . . . 9 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))) = (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1))))
70 1cnd 10269 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
71 2cnd 11306 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑘 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
7271, 46mulcld 10273 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ ℕ → (2 · 𝑘) ∈ ℂ)
7372, 70addcld 10272 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → ((2 · 𝑘) + 1) ∈ ℂ)
7436rpne0d 12091 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ ℕ → ((2 · 𝑘) + 1) ≠ 0)
7573, 74reccld 11007 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
7670, 75subcld 10605 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1))) ∈ ℂ)
7768, 69, 17, 76fvmptd 6452 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐹𝑘) = (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1))))
7838eqcomd 2767 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / ((2 · 𝑘) + 1)) = (𝐺𝑘))
7978oveq2d 6831 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1))) = (1 − (𝐺𝑘)))
8077, 79eqtrd 2795 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐹𝑘) = (1 − (𝐺𝑘)))
8180adantl 473 . . . . . 6 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) = (1 − (𝐺𝑘)))
821, 2, 61, 62, 66, 67, 81climsubc2 14589 . . . . 5 (⊤ → 𝐹 ⇝ (1 − 0))
83 1m0e1 11344 . . . . 5 (1 − 0) = 1
8482, 83syl6breq 4846 . . . 4 (⊤ → 𝐹 ⇝ 1)
8562halfcld 11490 . . . 4 (⊤ → (1 / 2) ∈ ℂ)
86 stirlinglem1.1 . . . . . 6 𝐻 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1))))
8710mptex 6652 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1)))) ∈ V
8886, 87eqeltri 2836 . . . . 5 𝐻 ∈ V
8988a1i 11 . . . 4 (⊤ → 𝐻 ∈ V)
9077, 76eqeltrd 2840 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
9190adantl 473 . . . 4 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
92 nncn 11241 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℂ)
9392sqcld 13221 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑2) ∈ ℂ)
9493mulid2d 10271 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → (1 · (𝑛↑2)) = (𝑛↑2))
9594eqcomd 2767 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑2) = (1 · (𝑛↑2)))
96 2cnd 11306 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
9796, 92mulcld 10273 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · 𝑛) ∈ ℂ)
98 1cnd 10269 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
9992, 97, 98adddid 10277 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1)) = ((𝑛 · (2 · 𝑛)) + (𝑛 · 1)))
10092, 96, 92mul12d 10458 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · (2 · 𝑛)) = (2 · (𝑛 · 𝑛)))
10192sqvald 13220 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑2) = (𝑛 · 𝑛))
102101eqcomd 2767 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · 𝑛) = (𝑛↑2))
103102oveq2d 6831 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · (𝑛 · 𝑛)) = (2 · (𝑛↑2)))
104100, 103eqtrd 2795 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · (2 · 𝑛)) = (2 · (𝑛↑2)))
10592mulid1d 10270 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · 1) = 𝑛)
106104, 105oveq12d 6833 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛 · (2 · 𝑛)) + (𝑛 · 1)) = ((2 · (𝑛↑2)) + 𝑛))
107 2ne0 11326 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 2 ≠ 0
108107a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → 2 ≠ 0)
10992, 96, 108divcan2d 11016 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · (𝑛 / 2)) = 𝑛)
110109eqcomd 2767 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 = (2 · (𝑛 / 2)))
111110oveq2d 6831 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · (𝑛↑2)) + 𝑛) = ((2 · (𝑛↑2)) + (2 · (𝑛 / 2))))
11292halfcld 11490 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 / 2) ∈ ℂ)
11396, 93, 112adddid 10277 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = ((2 · (𝑛↑2)) + (2 · (𝑛 / 2))))
114111, 113eqtr4d 2798 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · (𝑛↑2)) + 𝑛) = (2 · ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))))
11599, 106, 1143eqtrd 2799 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1)) = (2 · ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))))
11695, 115oveq12d 6833 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1))) = ((1 · (𝑛↑2)) / (2 · ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))))
11793, 112addcld 10272 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) ∈ ℂ)
118 nnrp 12056 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℝ+)
119 2z 11622 . . . . . . . . . . . . . . . 16 2 ∈ ℤ
120119a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → 2 ∈ ℤ)
121118, 120rpexpcld 13247 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑2) ∈ ℝ+)
122118rphalfcld 12098 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 / 2) ∈ ℝ+)
123121, 122rpaddcld 12101 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) ∈ ℝ+)
124123rpne0d 12091 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) ≠ 0)
12598, 96, 93, 117, 108, 124divmuldivd 11055 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℕ → ((1 / 2) · ((𝑛↑2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))) = ((1 · (𝑛↑2)) / (2 · ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))))
12693, 112pncand 10606 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) − (𝑛 / 2)) = (𝑛↑2))
127126eqcomd 2767 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑2) = (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) − (𝑛 / 2)))
128127oveq1d 6830 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = ((((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) − (𝑛 / 2)) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))))
129117, 112, 117, 124divsubdird 11053 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) − (𝑛 / 2)) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = ((((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) − ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))))
130117, 124dividd 11012 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = 1)
131130oveq1d 6830 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) − ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))) = (1 − ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))))
132128, 129, 1313eqtrd 2799 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = (1 − ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))))
133 nnne0 11266 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ≠ 0)
13496, 92, 133divcld 11014 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (2 / 𝑛) ∈ ℂ)
13596, 92, 108, 133divne0d 11030 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (2 / 𝑛) ≠ 0)
136112, 117, 134, 124, 135divcan5rd 11041 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛 / 2) · (2 / 𝑛)) / (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) · (2 / 𝑛))) = ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))))
13792, 96, 133, 108divcan6d 11033 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛 / 2) · (2 / 𝑛)) = 1)
13893, 112, 134adddird 10278 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) · (2 / 𝑛)) = (((𝑛↑2) · (2 / 𝑛)) + ((𝑛 / 2) · (2 / 𝑛))))
13993, 96, 92, 133div12d 11050 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) · (2 / 𝑛)) = (2 · ((𝑛↑2) / 𝑛)))
140 1e2m1 11349 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1 = (2 − 1)
141140oveq2i 6826 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑛↑1) = (𝑛↑(2 − 1))
14292exp1d 13218 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑1) = 𝑛)
14392, 133, 120expm1d 13233 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛↑(2 − 1)) = ((𝑛↑2) / 𝑛))
144141, 142, 1433eqtr3a 2819 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 = ((𝑛↑2) / 𝑛))
145144eqcomd 2767 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / 𝑛) = 𝑛)
146145oveq2d 6831 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 (𝑛 ∈ ℕ → (2 · ((𝑛↑2) / 𝑛)) = (2 · 𝑛))
147139, 146eqtrd 2795 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) · (2 / 𝑛)) = (2 · 𝑛))
148147, 137oveq12d 6833 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛↑2) · (2 / 𝑛)) + ((𝑛 / 2) · (2 / 𝑛))) = ((2 · 𝑛) + 1))
149138, 148eqtrd 2795 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) · (2 / 𝑛)) = ((2 · 𝑛) + 1))
150137, 149oveq12d 6833 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑛 ∈ ℕ → (((𝑛 / 2) · (2 / 𝑛)) / (((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)) · (2 / 𝑛))) = (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
151136, 150eqtr3d 2797 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))
152151oveq2d 6831 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ ℕ → (1 − ((𝑛 / 2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))) = (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))
153132, 152eqtrd 2795 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2))) = (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))
154153oveq2d 6831 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 ∈ ℕ → ((1 / 2) · ((𝑛↑2) / ((𝑛↑2) + (𝑛 / 2)))) = ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))))
155116, 125, 1543eqtr2d 2801 . . . . . . . . . 10 (𝑛 ∈ ℕ → ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1))) = ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))))
156155mpteq2ia 4893 . . . . . . . . 9 (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑛↑2) / (𝑛 · ((2 · 𝑛) + 1)))) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))))
15786, 156eqtri 2783 . . . . . . . 8 𝐻 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))))
158157a1i 11 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ → 𝐻 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1))))))
15969oveq2d 6831 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑘) → ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑛) + 1)))) = ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))))
16070halfcld 11490 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (1 / 2) ∈ ℂ)
161160, 76mulcld 10273 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ℕ → ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))) ∈ ℂ)
162158, 159, 17, 161fvmptd 6452 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐻𝑘) = ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))))
16377oveq2d 6831 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ → ((1 / 2) · (𝐹𝑘)) = ((1 / 2) · (1 − (1 / ((2 · 𝑘) + 1)))))
164162, 163eqtr4d 2798 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐻𝑘) = ((1 / 2) · (𝐹𝑘)))
165164adantl 473 . . . 4 ((⊤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐻𝑘) = ((1 / 2) · (𝐹𝑘)))
1661, 2, 84, 85, 89, 91, 165climmulc2 14587 . . 3 (⊤ → 𝐻 ⇝ ((1 / 2) · 1))
167166trud 1642 . 2 𝐻 ⇝ ((1 / 2) · 1)
168 halfcn 11460 . . 3 (1 / 2) ∈ ℂ
169168mulid1i 10255 . 2 ((1 / 2) · 1) = (1 / 2)
170167, 169breqtri 4830 1 𝐻 ⇝ (1 / 2)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wa 383   = wceq 1632  wtru 1633  wcel 2140  wne 2933  Vcvv 3341   class class class wbr 4805  cmpt 4882  cfv 6050  (class class class)co 6815  cc 10147  cr 10148  0cc0 10149  1c1 10150   + caddc 10152   · cmul 10154   < clt 10287  cle 10288  cmin 10479   / cdiv 10897  cn 11233  2c2 11283  cz 11590  +crp 12046  cexp 13075  cli 14435
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1989  ax-6 2055  ax-7 2091  ax-8 2142  ax-9 2149  ax-10 2169  ax-11 2184  ax-12 2197  ax-13 2392  ax-ext 2741  ax-rep 4924  ax-sep 4934  ax-nul 4942  ax-pow 4993  ax-pr 5056  ax-un 7116  ax-cnex 10205  ax-resscn 10206  ax-1cn 10207  ax-icn 10208  ax-addcl 10209  ax-addrcl 10210  ax-mulcl 10211  ax-mulrcl 10212  ax-mulcom 10213  ax-addass 10214  ax-mulass 10215  ax-distr 10216  ax-i2m1 10217  ax-1ne0 10218  ax-1rid 10219  ax-rnegex 10220  ax-rrecex 10221  ax-cnre 10222  ax-pre-lttri 10223  ax-pre-lttrn 10224  ax-pre-ltadd 10225  ax-pre-mulgt0 10226  ax-pre-sup 10227
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2048  df-eu 2612  df-mo 2613  df-clab 2748  df-cleq 2754  df-clel 2757  df-nfc 2892  df-ne 2934  df-nel 3037  df-ral 3056  df-rex 3057  df-reu 3058  df-rmo 3059  df-rab 3060  df-v 3343  df-sbc 3578  df-csb 3676  df-dif 3719  df-un 3721  df-in 3723  df-ss 3730  df-pss 3732  df-nul 4060  df-if 4232  df-pw 4305  df-sn 4323  df-pr 4325  df-tp 4327  df-op 4329  df-uni 4590  df-iun 4675  df-br 4806  df-opab 4866  df-mpt 4883  df-tr 4906  df-id 5175  df-eprel 5180  df-po 5188  df-so 5189  df-fr 5226  df-we 5228  df-xp 5273  df-rel 5274  df-cnv 5275  df-co 5276  df-dm 5277  df-rn 5278  df-res 5279  df-ima 5280  df-pred 5842  df-ord 5888  df-on 5889  df-lim 5890  df-suc 5891  df-iota 6013  df-fun 6052  df-fn 6053  df-f 6054  df-f1 6055  df-fo 6056  df-f1o 6057  df-fv 6058  df-riota 6776  df-ov 6818  df-oprab 6819  df-mpt2 6820  df-om 7233  df-2nd 7336  df-wrecs 7578  df-recs 7639  df-rdg 7677  df-er 7914  df-pm 8029  df-en 8125  df-dom 8126  df-sdom 8127  df-sup 8516  df-inf 8517  df-pnf 10289  df-mnf 10290  df-xr 10291  df-ltxr 10292  df-le 10293  df-sub 10481  df-neg 10482  df-div 10898  df-nn 11234  df-2 11292  df-3 11293  df-n0 11506  df-z 11591  df-uz 11901  df-rp 12047  df-fl 12808  df-seq 13017  df-exp 13076  df-cj 14059  df-re 14060  df-im 14061  df-sqrt 14195  df-abs 14196  df-clim 14439  df-rlim 14440
This theorem is referenced by:  stirlinglem15  40827
  Copyright terms: Public domain W3C validator