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 40620
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 11069 . . . . 5 1 ∈ ℕ
2 stirlinglem12.1 . . . . . . 7 𝐴 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((!‘𝑛) / ((√‘(2 · 𝑛)) · ((𝑛 / e)↑𝑛))))
32stirlinglem2 40610 . . . . . 6 (1 ∈ ℕ → (𝐴‘1) ∈ ℝ+)
4 relogcl 24367 . . . . . 6 ((𝐴‘1) ∈ ℝ+ → (log‘(𝐴‘1)) ∈ ℝ)
51, 3, 4mp2b 10 . . . . 5 (log‘(𝐴‘1)) ∈ ℝ
6 nfcv 2793 . . . . . 6 𝑛1
7 nfcv 2793 . . . . . . 7 𝑛log
8 nfmpt1 4780 . . . . . . . . 9 𝑛(𝑛 ∈ ℕ ↦ ((!‘𝑛) / ((√‘(2 · 𝑛)) · ((𝑛 / e)↑𝑛))))
92, 8nfcxfr 2791 . . . . . . . 8 𝑛𝐴
109, 6nffv 6236 . . . . . . 7 𝑛(𝐴‘1)
117, 10nffv 6236 . . . . . 6 𝑛(log‘(𝐴‘1))
12 fveq2 6229 . . . . . . 7 (𝑛 = 1 → (𝐴𝑛) = (𝐴‘1))
1312fveq2d 6233 . . . . . 6 (𝑛 = 1 → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴‘1)))
14 stirlinglem12.2 . . . . . 6 𝐵 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (log‘(𝐴𝑛)))
156, 11, 13, 14fvmptf 6340 . . . . 5 ((1 ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴‘1)) ∈ ℝ) → (𝐵‘1) = (log‘(𝐴‘1)))
161, 5, 15mp2an 708 . . . 4 (𝐵‘1) = (log‘(𝐴‘1))
1716, 5eqeltri 2726 . . 3 (𝐵‘1) ∈ ℝ
1817a1i 11 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵‘1) ∈ ℝ)
192stirlinglem2 40610 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐴𝑁) ∈ ℝ+)
2019relogcld 24414 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (log‘(𝐴𝑁)) ∈ ℝ)
21 nfcv 2793 . . . . 5 𝑛𝑁
229, 21nffv 6236 . . . . . 6 𝑛(𝐴𝑁)
237, 22nffv 6236 . . . . 5 𝑛(log‘(𝐴𝑁))
24 fveq2 6229 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑁 → (𝐴𝑛) = (𝐴𝑁))
2524fveq2d 6233 . . . . 5 (𝑛 = 𝑁 → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴𝑁)))
2621, 23, 25, 14fvmptf 6340 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴𝑁)) ∈ ℝ) → (𝐵𝑁) = (log‘(𝐴𝑁)))
2720, 26mpdan 703 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵𝑁) = (log‘(𝐴𝑁)))
2827, 20eqeltrd 2730 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (𝐵𝑁) ∈ ℝ)
29 4re 11135 . . . 4 4 ∈ ℝ
30 4ne0 11155 . . . 4 4 ≠ 0
3129, 30rereccli 10828 . . 3 (1 / 4) ∈ ℝ
3231a1i 11 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / 4) ∈ ℝ)
33 fveq2 6229 . . . . 5 (𝑘 = 𝑗 → (𝐵𝑘) = (𝐵𝑗))
34 fveq2 6229 . . . . 5 (𝑘 = (𝑗 + 1) → (𝐵𝑘) = (𝐵‘(𝑗 + 1)))
35 fveq2 6229 . . . . 5 (𝑘 = 1 → (𝐵𝑘) = (𝐵‘1))
36 fveq2 6229 . . . . 5 (𝑘 = 𝑁 → (𝐵𝑘) = (𝐵𝑁))
37 elnnuz 11762 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ ↔ 𝑁 ∈ (ℤ‘1))
3837biimpi 206 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ (ℤ‘1))
39 elfznn 12408 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → 𝑘 ∈ ℕ)
402stirlinglem2 40610 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐴𝑘) ∈ ℝ+)
4139, 40syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → (𝐴𝑘) ∈ ℝ+)
4241relogcld 24414 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → (log‘(𝐴𝑘)) ∈ ℝ)
43 nfcv 2793 . . . . . . . . 9 𝑛𝑘
449, 43nffv 6236 . . . . . . . . . 10 𝑛(𝐴𝑘)
457, 44nffv 6236 . . . . . . . . 9 𝑛(log‘(𝐴𝑘))
46 fveq2 6229 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑘 → (𝐴𝑛) = (𝐴𝑘))
4746fveq2d 6233 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴𝑘)))
4843, 45, 47, 14fvmptf 6340 . . . . . . . 8 ((𝑘 ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴𝑘)) ∈ ℝ) → (𝐵𝑘) = (log‘(𝐴𝑘)))
4939, 42, 48syl2anc 694 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → (𝐵𝑘) = (log‘(𝐴𝑘)))
5049adantl 481 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑁)) → (𝐵𝑘) = (log‘(𝐴𝑘)))
5141rpcnd 11912 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → (𝐴𝑘) ∈ ℂ)
5251adantl 481 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑁)) → (𝐴𝑘) ∈ ℂ)
5340rpne0d 11915 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ ℕ → (𝐴𝑘) ≠ 0)
5439, 53syl 17 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (1...𝑁) → (𝐴𝑘) ≠ 0)
5554adantl 481 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑁)) → (𝐴𝑘) ≠ 0)
5652, 55logcld 24362 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑁)) → (log‘(𝐴𝑘)) ∈ ℂ)
5750, 56eqeltrd 2730 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑁)) → (𝐵𝑘) ∈ ℂ)
5833, 34, 35, 36, 38, 57telfsumo 14578 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1..^𝑁)((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) = ((𝐵‘1) − (𝐵𝑁)))
59 nnz 11437 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℤ)
60 fzoval 12510 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℤ → (1..^𝑁) = (1...(𝑁 − 1)))
6159, 60syl 17 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (1..^𝑁) = (1...(𝑁 − 1)))
6261sumeq1d 14475 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1..^𝑁)((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) = Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))))
6358, 62eqtr3d 2687 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝐵‘1) − (𝐵𝑁)) = Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))))
64 fzfid 12812 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (1...(𝑁 − 1)) ∈ Fin)
65 elfznn 12408 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 𝑗 ∈ ℕ)
6665adantl 481 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → 𝑗 ∈ ℕ)
672stirlinglem2 40610 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐴𝑗) ∈ ℝ+)
6867relogcld 24414 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℕ → (log‘(𝐴𝑗)) ∈ ℝ)
69 nfcv 2793 . . . . . . . . . 10 𝑛𝑗
709, 69nffv 6236 . . . . . . . . . . 11 𝑛(𝐴𝑗)
717, 70nffv 6236 . . . . . . . . . 10 𝑛(log‘(𝐴𝑗))
72 fveq2 6229 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑗 → (𝐴𝑛) = (𝐴𝑗))
7372fveq2d 6233 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑗 → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴𝑗)))
7469, 71, 73, 14fvmptf 6340 . . . . . . . . 9 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴𝑗)) ∈ ℝ) → (𝐵𝑗) = (log‘(𝐴𝑗)))
7568, 74mpdan 703 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐵𝑗) = (log‘(𝐴𝑗)))
7675, 68eqeltrd 2730 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐵𝑗) ∈ ℝ)
7766, 76syl 17 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → (𝐵𝑗) ∈ ℝ)
78 peano2nn 11070 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 + 1) ∈ ℕ)
792stirlinglem2 40610 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑗 + 1) ∈ ℕ → (𝐴‘(𝑗 + 1)) ∈ ℝ+)
8078, 79syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐴‘(𝑗 + 1)) ∈ ℝ+)
8180relogcld 24414 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℕ → (log‘(𝐴‘(𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
82 nfcv 2793 . . . . . . . . . . 11 𝑛(𝑗 + 1)
839, 82nffv 6236 . . . . . . . . . . . 12 𝑛(𝐴‘(𝑗 + 1))
847, 83nffv 6236 . . . . . . . . . . 11 𝑛(log‘(𝐴‘(𝑗 + 1)))
85 fveq2 6229 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 = (𝑗 + 1) → (𝐴𝑛) = (𝐴‘(𝑗 + 1)))
8685fveq2d 6233 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = (𝑗 + 1) → (log‘(𝐴𝑛)) = (log‘(𝐴‘(𝑗 + 1))))
8782, 84, 86, 14fvmptf 6340 . . . . . . . . . 10 (((𝑗 + 1) ∈ ℕ ∧ (log‘(𝐴‘(𝑗 + 1))) ∈ ℝ) → (𝐵‘(𝑗 + 1)) = (log‘(𝐴‘(𝑗 + 1))))
8878, 81, 87syl2anc 694 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐵‘(𝑗 + 1)) = (log‘(𝐴‘(𝑗 + 1))))
8988, 81eqeltrd 2730 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐵‘(𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
9065, 89syl 17 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝐵‘(𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
9190adantl 481 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → (𝐵‘(𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
9277, 91resubcld 10496 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → ((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
9364, 92fsumrecl 14509 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
9431a1i 11 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → (1 / 4) ∈ ℝ)
9565nnred 11073 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 𝑗 ∈ ℝ)
96 1red 10093 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 1 ∈ ℝ)
9795, 96readdcld 10107 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝑗 + 1) ∈ ℝ)
9895, 97remulcld 10108 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
9995recnd 10106 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 𝑗 ∈ ℂ)
100 1cnd 10094 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 1 ∈ ℂ)
10199, 100addcld 10097 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝑗 + 1) ∈ ℂ)
10265nnne0d 11103 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → 𝑗 ≠ 0)
10378nnne0d 11103 . . . . . . . . . 10 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 + 1) ≠ 0)
10465, 103syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝑗 + 1) ≠ 0)
10599, 101, 102, 104mulne0d 10717 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ≠ 0)
10698, 105rereccld 10890 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1)) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
107106adantl 481 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
10894, 107remulcld 10108 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → ((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))) ∈ ℝ)
10964, 108fsumrecl 14509 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))) ∈ ℝ)
110 eqid 2651 . . . . . . 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))))
111 eqid 2651 . . . . . . 7 (𝑖 ∈ ℕ ↦ ((1 / (((2 · 𝑗) + 1)↑2))↑𝑖)) = (𝑖 ∈ ℕ ↦ ((1 / (((2 · 𝑗) + 1)↑2))↑𝑖))
1122, 14, 110, 111stirlinglem10 40618 . . . . . 6 (𝑗 ∈ ℕ → ((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ≤ ((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
11366, 112syl 17 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → ((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ≤ ((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
11464, 92, 108, 113fsumle 14575 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ≤ Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
11564, 107fsumrecl 14509 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
116 1red 10093 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
117 4pos 11154 . . . . . . . . 9 0 < 4
11829, 117elrpii 11873 . . . . . . . 8 4 ∈ ℝ+
119118a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 4 ∈ ℝ+)
120 0red 10079 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ∈ ℝ)
121 0lt1 10588 . . . . . . . . 9 0 < 1
122121a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < 1)
123120, 116, 122ltled 10223 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ 1)
124116, 119, 123divge0d 11950 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ (1 / 4))
125 eqid 2651 . . . . . . . . . 10 (ℤ𝑁) = (ℤ𝑁)
126 eluznn 11796 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑗 ∈ ℕ)
127 stirlinglem12.3 . . . . . . . . . . . . 13 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))))
128127a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ ℕ → 𝐹 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1)))))
129 simpr 476 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑗) → 𝑛 = 𝑗)
130129oveq1d 6705 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑗) → (𝑛 + 1) = (𝑗 + 1))
131129, 130oveq12d 6708 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑗) → (𝑛 · (𝑛 + 1)) = (𝑗 · (𝑗 + 1)))
132131oveq2d 6706 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑗 ∈ ℕ ∧ 𝑛 = 𝑗) → (1 / (𝑛 · (𝑛 + 1))) = (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
133 id 22 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℕ)
134 nnre 11065 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℝ)
135 1red 10093 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
136134, 135readdcld 10107 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 + 1) ∈ ℝ)
137134, 136remulcld 10108 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
138 nncn 11066 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℂ)
139 1cnd 10094 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑗 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
140138, 139addcld 10097 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 + 1) ∈ ℂ)
141 nnne0 11091 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ≠ 0)
142138, 140, 141, 103mulne0d 10717 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ≠ 0)
143137, 142rereccld 10890 . . . . . . . . . . . 12 (𝑗 ∈ ℕ → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
144128, 132, 133, 143fvmptd 6327 . . . . . . . . . . 11 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐹𝑗) = (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
145126, 144syl 17 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝐹𝑗) = (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
146126nnred 11073 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑗 ∈ ℝ)
147 1red 10093 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 1 ∈ ℝ)
148146, 147readdcld 10107 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 + 1) ∈ ℝ)
149146, 148remulcld 10108 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ∈ ℝ)
150146recnd 10106 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑗 ∈ ℂ)
151 1cnd 10094 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 1 ∈ ℂ)
152150, 151addcld 10097 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 + 1) ∈ ℂ)
153126nnne0d 11103 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑗 ≠ 0)
154126, 103syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 + 1) ≠ 0)
155150, 152, 153, 154mulne0d 10717 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ≠ 0)
156149, 155rereccld 10890 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
157 seqeq1 12844 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 = 1 → seq𝑁( + , 𝐹) = seq1( + , 𝐹))
158127trireciplem 14638 . . . . . . . . . . . . . 14 seq1( + , 𝐹) ⇝ 1
159 climrel 14267 . . . . . . . . . . . . . . 15 Rel ⇝
160159releldmi 5394 . . . . . . . . . . . . . 14 (seq1( + , 𝐹) ⇝ 1 → seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
161158, 160mp1i 13 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 = 1 → seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
162157, 161eqeltrd 2730 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 = 1 → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
163162adantl 481 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑁 = 1) → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
164 simpl 472 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → 𝑁 ∈ ℕ)
165 simpr 476 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → ¬ 𝑁 = 1)
166 elnn1uz2 11803 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℕ ↔ (𝑁 = 1 ∨ 𝑁 ∈ (ℤ‘2)))
167164, 166sylib 208 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → (𝑁 = 1 ∨ 𝑁 ∈ (ℤ‘2)))
168167ord 391 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → (¬ 𝑁 = 1 → 𝑁 ∈ (ℤ‘2)))
169165, 168mpd 15 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → 𝑁 ∈ (ℤ‘2))
170 uz2m1nn 11801 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ (ℤ‘2) → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
171169, 170syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
172 nncn 11066 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℂ)
173172adantr 480 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → 𝑁 ∈ ℂ)
174 1cnd 10094 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → 1 ∈ ℂ)
175173, 174npcand 10434 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → ((𝑁 − 1) + 1) = 𝑁)
176175eqcomd 2657 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → 𝑁 = ((𝑁 − 1) + 1))
177176seqeq1d 12847 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → seq𝑁( + , 𝐹) = seq((𝑁 − 1) + 1)( + , 𝐹))
178 nnuz 11761 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ℕ = (ℤ‘1)
179 id 22 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑁 − 1) ∈ ℕ → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
180143recnd 10106 . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 (𝑗 ∈ ℕ → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℂ)
181144, 180eqeltrd 2730 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝑗 ∈ ℕ → (𝐹𝑗) ∈ ℂ)
182181adantl 481 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (((𝑁 − 1) ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐹𝑗) ∈ ℂ)
183158a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((𝑁 − 1) ∈ ℕ → seq1( + , 𝐹) ⇝ 1)
184178, 179, 182, 183clim2ser 14429 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((𝑁 − 1) ∈ ℕ → seq((𝑁 − 1) + 1)( + , 𝐹) ⇝ (1 − (seq1( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1))))
185184adantl 481 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → seq((𝑁 − 1) + 1)( + , 𝐹) ⇝ (1 − (seq1( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1))))
186177, 185eqbrtrd 4707 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → seq𝑁( + , 𝐹) ⇝ (1 − (seq1( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1))))
187159releldmi 5394 . . . . . . . . . . . . 13 (seq𝑁( + , 𝐹) ⇝ (1 − (seq1( + , 𝐹)‘(𝑁 − 1))) → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
188186, 187syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑁 − 1) ∈ ℕ) → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
189164, 171, 188syl2anc 694 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ ¬ 𝑁 = 1) → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
190163, 189pm2.61dan 849 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → seq𝑁( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
191125, 59, 145, 156, 190isumrecl 14540 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (ℤ𝑁)(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℝ)
192126nnrpd 11908 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 𝑗 ∈ ℝ+)
193192rpge0d 11914 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 0 ≤ 𝑗)
194146, 193ge0p1rpd 11940 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 + 1) ∈ ℝ+)
195192, 194rpmulcld 11926 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ∈ ℝ+)
196123adantr 480 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 0 ≤ 1)
197147, 195, 196divge0d 11950 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (ℤ𝑁)) → 0 ≤ (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
198125, 59, 145, 156, 190, 197isumge0 14541 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ Σ𝑗 ∈ (ℤ𝑁)(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
199120, 191, 115, 198leadd2dd 10680 . . . . . . . 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)))))
200115recnd 10106 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℂ)
201200addid1d 10274 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → (Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) + 0) = Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
202201eqcomd 2657 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) = (Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) + 0))
203 id 22 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℕ)
204144adantl 481 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐹𝑗) = (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
205138adantl 481 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ∈ ℂ)
206 1cnd 10094 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 1 ∈ ℂ)
207205, 206addcld 10097 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ∈ ℂ)
208205, 207mulcld 10098 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ∈ ℂ)
209141adantl 481 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑗 ≠ 0)
210103adantl 481 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 + 1) ≠ 0)
211205, 207, 209, 210mulne0d 10717 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝑗 · (𝑗 + 1)) ≠ 0)
212208, 211reccld 10832 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℂ)
213158, 160mp1i 13 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → seq1( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
214178, 125, 203, 204, 212, 213isumsplit 14616 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ ℕ (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) = (Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) + Σ𝑗 ∈ (ℤ𝑁)(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
215199, 202, 2143brtr4d 4717 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ≤ Σ𝑗 ∈ ℕ (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
216 1zzd 11446 . . . . . . . . 9 (⊤ → 1 ∈ ℤ)
217144adantl 481 . . . . . . . . 9 ((⊤ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐹𝑗) = (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))))
218180adantl 481 . . . . . . . . 9 ((⊤ ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℂ)
219158a1i 11 . . . . . . . . 9 (⊤ → seq1( + , 𝐹) ⇝ 1)
220178, 216, 217, 218, 219isumclim 14532 . . . . . . . 8 (⊤ → Σ𝑗 ∈ ℕ (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) = 1)
221220trud 1533 . . . . . . 7 Σ𝑗 ∈ ℕ (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) = 1
222215, 221syl6breq 4726 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ≤ 1)
223115, 116, 32, 124, 222lemul2ad 11002 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / 4) · Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))) ≤ ((1 / 4) · 1))
224 4cn 11136 . . . . . . . 8 4 ∈ ℂ
225224a1i 11 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 4 ∈ ℂ)
226117a1i 11 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < 4)
227226gt0ne0d 10630 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 4 ≠ 0)
228225, 227reccld 10832 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / 4) ∈ ℂ)
229107recnd 10106 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))) → (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1))) ∈ ℂ)
23064, 228, 229fsummulc2 14560 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / 4) · Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))(1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))) = Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))))
231228mulid1d 10095 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((1 / 4) · 1) = (1 / 4))
232223, 230, 2313brtr3d 4716 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((1 / 4) · (1 / (𝑗 · (𝑗 + 1)))) ≤ (1 / 4))
23393, 109, 32, 114, 232letrd 10232 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ (1...(𝑁 − 1))((𝐵𝑗) − (𝐵‘(𝑗 + 1))) ≤ (1 / 4))
23463, 233eqbrtrd 4707 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝐵‘1) − (𝐵𝑁)) ≤ (1 / 4))
23518, 28, 32, 234subled 10668 1 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝐵‘1) − (1 / 4)) ≤ (𝐵𝑁))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wo 382  wa 383   = wceq 1523  wtru 1524  wcel 2030  wne 2823   class class class wbr 4685  cmpt 4762  dom cdm 5143  cfv 5926  (class class class)co 6690  cc 9972  cr 9973  0cc0 9974  1c1 9975   + caddc 9977   · cmul 9979   < clt 10112  cle 10113  cmin 10304   / cdiv 10722  cn 11058  2c2 11108  4c4 11110  cz 11415  cuz 11725  +crp 11870  ...cfz 12364  ..^cfzo 12504  seqcseq 12841  cexp 12900  !cfa 13100  csqrt 14017  cli 14259  Σcsu 14460  eceu 14837  logclog 24346
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-inf2 8576  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052  ax-addf 10053  ax-mulf 10054
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-fal 1529  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-iin 4555  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-se 5103  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-isom 5935  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-of 6939  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-supp 7341  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-2o 7606  df-oadd 7609  df-er 7787  df-map 7901  df-pm 7902  df-ixp 7951  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-fsupp 8317  df-fi 8358  df-sup 8389  df-inf 8390  df-oi 8456  df-card 8803  df-cda 9028  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-4 11119  df-5 11120  df-6 11121  df-7 11122  df-8 11123  df-9 11124  df-n0 11331  df-xnn0 11402  df-z 11416  df-dec 11532  df-uz 11726  df-q 11827  df-rp 11871  df-xneg 11984  df-xadd 11985  df-xmul 11986  df-ioo 12217  df-ioc 12218  df-ico 12219  df-icc 12220  df-fz 12365  df-fzo 12505  df-fl 12633  df-mod 12709  df-seq 12842  df-exp 12901  df-fac 13101  df-bc 13130  df-hash 13158  df-shft 13851  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-limsup 14246  df-clim 14263  df-rlim 14264  df-sum 14461  df-ef 14842  df-e 14843  df-sin 14844  df-cos 14845  df-tan 14846  df-pi 14847  df-dvds 15028  df-struct 15906  df-ndx 15907  df-slot 15908  df-base 15910  df-sets 15911  df-ress 15912  df-plusg 16001  df-mulr 16002  df-starv 16003  df-sca 16004  df-vsca 16005  df-ip 16006  df-tset 16007  df-ple 16008  df-ds 16011  df-unif 16012  df-hom 16013  df-cco 16014  df-rest 16130  df-topn 16131  df-0g 16149  df-gsum 16150  df-topgen 16151  df-pt 16152  df-prds 16155  df-xrs 16209  df-qtop 16214  df-imas 16215  df-xps 16217  df-mre 16293  df-mrc 16294  df-acs 16296  df-mgm 17289  df-sgrp 17331  df-mnd 17342  df-submnd 17383  df-mulg 17588  df-cntz 17796  df-cmn 18241  df-psmet 19786  df-xmet 19787  df-met 19788  df-bl 19789  df-mopn 19790  df-fbas 19791  df-fg 19792  df-cnfld 19795  df-top 20747  df-topon 20764  df-topsp 20785  df-bases 20798  df-cld 20871  df-ntr 20872  df-cls 20873  df-nei 20950  df-lp 20988  df-perf 20989  df-cn 21079  df-cnp 21080  df-haus 21167  df-cmp 21238  df-tx 21413  df-hmeo 21606  df-fil 21697  df-fm 21789  df-flim 21790  df-flf 21791  df-xms 22172  df-ms 22173  df-tms 22174  df-cncf 22728  df-limc 23675  df-dv 23676  df-ulm 24176  df-log 24348  df-cxp 24349
This theorem is referenced by:  stirlinglem13  40621
  Copyright terms: Public domain W3C validator