Users' Mathboxes Mathbox for Mario Carneiro < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  subfaclim Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem subfaclim 31477
Description: The subfactorial converges rapidly to 𝑁! / e. This is part of Metamath 100 proof #88. (Contributed by Mario Carneiro, 23-Jan-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
derang.d 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥1-1-onto𝑥 ∧ ∀𝑦𝑥 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
subfac.n 𝑆 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛)))
Assertion
Ref Expression
subfaclim (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘(((!‘𝑁) / e) − (𝑆𝑁))) < (1 / 𝑁))
Distinct variable groups:   𝑓,𝑛,𝑥,𝑦,𝑁   𝐷,𝑛   𝑆,𝑛,𝑥,𝑦
Allowed substitution hints:   𝐷(𝑥,𝑦,𝑓)   𝑆(𝑓)

Proof of Theorem subfaclim
Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 nnnn0 11491 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℕ0)
2 faccl 13264 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
31, 2syl 17 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
43nncnd 11228 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (!‘𝑁) ∈ ℂ)
5 ere 15018 . . . . . . 7 e ∈ ℝ
65recni 10244 . . . . . 6 e ∈ ℂ
7 epos 15134 . . . . . . 7 0 < e
85, 7gt0ne0ii 10756 . . . . . 6 e ≠ 0
9 divcl 10883 . . . . . 6 (((!‘𝑁) ∈ ℂ ∧ e ∈ ℂ ∧ e ≠ 0) → ((!‘𝑁) / e) ∈ ℂ)
106, 8, 9mp3an23 1565 . . . . 5 ((!‘𝑁) ∈ ℂ → ((!‘𝑁) / e) ∈ ℂ)
114, 10syl 17 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘𝑁) / e) ∈ ℂ)
12 derang.d . . . . . . . 8 𝐷 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (♯‘{𝑓 ∣ (𝑓:𝑥1-1-onto𝑥 ∧ ∀𝑦𝑥 (𝑓𝑦) ≠ 𝑦)}))
13 subfac.n . . . . . . . 8 𝑆 = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (𝐷‘(1...𝑛)))
1412, 13subfacf 31464 . . . . . . 7 𝑆:ℕ0⟶ℕ0
1514ffvelrni 6521 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑆𝑁) ∈ ℕ0)
161, 15syl 17 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑆𝑁) ∈ ℕ0)
1716nn0cnd 11545 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑆𝑁) ∈ ℂ)
1811, 17subcld 10584 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → (((!‘𝑁) / e) − (𝑆𝑁)) ∈ ℂ)
1918abscld 14374 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘(((!‘𝑁) / e) − (𝑆𝑁))) ∈ ℝ)
20 peano2nn 11224 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 + 1) ∈ ℕ)
2120peano2nnd 11229 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) + 1) ∈ ℕ)
2221nnred 11227 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) + 1) ∈ ℝ)
2320, 20nnmulcld 11260 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) ∈ ℕ)
2422, 23nndivred 11261 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) + 1) / ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))) ∈ ℝ)
25 nnrecre 11249 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / 𝑁) ∈ ℝ)
26 eqid 2760 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛))) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))
27 eqid 2760 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (((abs‘-1)↑𝑛) / (!‘𝑛))) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ (((abs‘-1)↑𝑛) / (!‘𝑛)))
28 eqid 2760 . . . . . 6 (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((((abs‘-1)↑(𝑁 + 1)) / (!‘(𝑁 + 1))) · ((1 / ((𝑁 + 1) + 1))↑𝑛))) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((((abs‘-1)↑(𝑁 + 1)) / (!‘(𝑁 + 1))) · ((1 / ((𝑁 + 1) + 1))↑𝑛)))
29 neg1cn 11316 . . . . . . 7 -1 ∈ ℂ
3029a1i 11 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → -1 ∈ ℂ)
31 ax-1cn 10186 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℂ
3231absnegi 14338 . . . . . . . . 9 (abs‘-1) = (abs‘1)
33 abs1 14236 . . . . . . . . 9 (abs‘1) = 1
3432, 33eqtri 2782 . . . . . . . 8 (abs‘-1) = 1
35 1le1 10847 . . . . . . . 8 1 ≤ 1
3634, 35eqbrtri 4825 . . . . . . 7 (abs‘-1) ≤ 1
3736a1i 11 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘-1) ≤ 1)
3826, 27, 28, 20, 30, 37eftlub 15038 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))‘𝑘)) ≤ (((abs‘-1)↑(𝑁 + 1)) · (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)))))
3920nnnn0d 11543 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 + 1) ∈ ℕ0)
40 eluznn0 11950 . . . . . . . . 9 (((𝑁 + 1) ∈ ℕ0𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
4139, 40sylan 489 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
4226eftval 15006 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))‘𝑘) = ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))
4341, 42syl 17 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))) → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))‘𝑘) = ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))
4443sumeq2dv 14632 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))‘𝑘) = Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))
4544fveq2d 6356 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))‘𝑘)) = (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))))
4634oveq1i 6823 . . . . . . . 8 ((abs‘-1)↑(𝑁 + 1)) = (1↑(𝑁 + 1))
4720nnzd 11673 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 + 1) ∈ ℤ)
48 1exp 13083 . . . . . . . . 9 ((𝑁 + 1) ∈ ℤ → (1↑(𝑁 + 1)) = 1)
4947, 48syl 17 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (1↑(𝑁 + 1)) = 1)
5046, 49syl5eq 2806 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((abs‘-1)↑(𝑁 + 1)) = 1)
5150oveq1d 6828 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (((abs‘-1)↑(𝑁 + 1)) · (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)))) = (1 · (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)))))
52 faccl 13264 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 + 1) ∈ ℕ0 → (!‘(𝑁 + 1)) ∈ ℕ)
5339, 52syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → (!‘(𝑁 + 1)) ∈ ℕ)
5453, 20nnmulcld 11260 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)) ∈ ℕ)
5522, 54nndivred 11261 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))) ∈ ℝ)
5655recnd 10260 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))) ∈ ℂ)
5756mulid2d 10250 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (1 · (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)))) = (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))))
5851, 57eqtrd 2794 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (((abs‘-1)↑(𝑁 + 1)) · (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)))) = (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))))
5938, 45, 583brtr3d 4835 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) ≤ (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))))
60 eqid 2760 . . . . . . 7 (ℤ‘(𝑁 + 1)) = (ℤ‘(𝑁 + 1))
61 eftcl 15003 . . . . . . . . 9 ((-1 ∈ ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℂ)
6229, 61mpan 708 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ0 → ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℂ)
6341, 62syl 17 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))) → ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℂ)
6426eftlcvg 15035 . . . . . . . 8 ((-1 ∈ ℂ ∧ (𝑁 + 1) ∈ ℕ0) → seq(𝑁 + 1)( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
6529, 39, 64sylancr 698 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → seq(𝑁 + 1)( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
6660, 47, 43, 63, 65isumcl 14691 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℂ)
6766abscld 14374 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) ∈ ℝ)
683nnred 11227 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (!‘𝑁) ∈ ℝ)
693nngt0d 11256 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < (!‘𝑁))
70 lemul2 11068 . . . . 5 (((abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) ∈ ℝ ∧ (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))) ∈ ℝ ∧ ((!‘𝑁) ∈ ℝ ∧ 0 < (!‘𝑁))) → ((abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) ≤ (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))) ↔ ((!‘𝑁) · (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))) ≤ ((!‘𝑁) · (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))))))
7167, 55, 68, 69, 70syl112anc 1481 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → ((abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) ≤ (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))) ↔ ((!‘𝑁) · (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))) ≤ ((!‘𝑁) · (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))))))
7259, 71mpbid 222 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘𝑁) · (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))) ≤ ((!‘𝑁) · (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)))))
7312, 13subfacval2 31476 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑆𝑁) = ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))))
741, 73syl 17 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑆𝑁) = ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))))
75 nncn 11220 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℂ)
76 pncan 10479 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → ((𝑁 + 1) − 1) = 𝑁)
7775, 31, 76sylancl 697 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) − 1) = 𝑁)
7877oveq2d 6829 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → (0...((𝑁 + 1) − 1)) = (0...𝑁))
7978sumeq1d 14630 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))
8079oveq2d 6829 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) = ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))))
8174, 80eqtr4d 2797 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑆𝑁) = ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))))
8281oveq1d 6828 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑆𝑁) + ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))) = (((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) + ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))))
83 divrec 10893 . . . . . . . . . 10 (((!‘𝑁) ∈ ℂ ∧ e ∈ ℂ ∧ e ≠ 0) → ((!‘𝑁) / e) = ((!‘𝑁) · (1 / e)))
846, 8, 83mp3an23 1565 . . . . . . . . 9 ((!‘𝑁) ∈ ℂ → ((!‘𝑁) / e) = ((!‘𝑁) · (1 / e)))
854, 84syl 17 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘𝑁) / e) = ((!‘𝑁) · (1 / e)))
86 df-e 14998 . . . . . . . . . . . 12 e = (exp‘1)
8786oveq2i 6824 . . . . . . . . . . 11 (1 / e) = (1 / (exp‘1))
88 efneg 15027 . . . . . . . . . . . 12 (1 ∈ ℂ → (exp‘-1) = (1 / (exp‘1)))
8931, 88ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 (exp‘-1) = (1 / (exp‘1))
90 efval 15009 . . . . . . . . . . . 12 (-1 ∈ ℂ → (exp‘-1) = Σ𝑘 ∈ ℕ0 ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))
9129, 90ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 (exp‘-1) = Σ𝑘 ∈ ℕ0 ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))
9287, 89, 913eqtr2i 2788 . . . . . . . . . 10 (1 / e) = Σ𝑘 ∈ ℕ0 ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))
93 nn0uz 11915 . . . . . . . . . . 11 0 = (ℤ‘0)
9442adantl 473 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))‘𝑘) = ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))
9562adantl 473 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℂ)
96 0nn0 11499 . . . . . . . . . . . . 13 0 ∈ ℕ0
9726eftlcvg 15035 . . . . . . . . . . . . 13 ((-1 ∈ ℂ ∧ 0 ∈ ℕ0) → seq0( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
9829, 96, 97mp2an 710 . . . . . . . . . . . 12 seq0( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))) ∈ dom ⇝
9998a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → seq0( + , (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ ((-1↑𝑛) / (!‘𝑛)))) ∈ dom ⇝ )
10093, 60, 39, 94, 95, 99isumsplit 14771 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑘 ∈ ℕ0 ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) = (Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))))
10192, 100syl5eq 2806 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → (1 / e) = (Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))))
102101oveq2d 6829 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘𝑁) · (1 / e)) = ((!‘𝑁) · (Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))))
103 fzfid 12966 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → (0...((𝑁 + 1) − 1)) ∈ Fin)
104 elfznn0 12626 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
105104adantl 473 . . . . . . . . . . 11 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
10629, 105, 61sylancr 698 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))) → ((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℂ)
107103, 106fsumcl 14663 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) ∈ ℂ)
1084, 107, 66adddid 10256 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘𝑁) · (Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)) + Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))) = (((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) + ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))))
10985, 102, 1083eqtrd 2798 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘𝑁) / e) = (((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (0...((𝑁 + 1) − 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) + ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))))
11082, 109eqtr4d 2797 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑆𝑁) + ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))) = ((!‘𝑁) / e))
1114, 66mulcld 10252 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) ∈ ℂ)
11211, 17, 111subaddd 10602 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((((!‘𝑁) / e) − (𝑆𝑁)) = ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))) ↔ ((𝑆𝑁) + ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))) = ((!‘𝑁) / e)))
113110, 112mpbird 247 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (((!‘𝑁) / e) − (𝑆𝑁)) = ((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘))))
114113fveq2d 6356 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘(((!‘𝑁) / e) − (𝑆𝑁))) = (abs‘((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))))
1154, 66absmuld 14392 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘((!‘𝑁) · Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))) = ((abs‘(!‘𝑁)) · (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))))
1163nnnn0d 11543 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (!‘𝑁) ∈ ℕ0)
117116nn0ge0d 11546 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → 0 ≤ (!‘𝑁))
11868, 117absidd 14360 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘(!‘𝑁)) = (!‘𝑁))
119118oveq1d 6828 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → ((abs‘(!‘𝑁)) · (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))) = ((!‘𝑁) · (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))))
120114, 115, 1193eqtrd 2798 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘(((!‘𝑁) / e) − (𝑆𝑁))) = ((!‘𝑁) · (abs‘Σ𝑘 ∈ (ℤ‘(𝑁 + 1))((-1↑𝑘) / (!‘𝑘)))))
121 facp1 13259 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ0 → (!‘(𝑁 + 1)) = ((!‘𝑁) · (𝑁 + 1)))
1221, 121syl 17 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (!‘(𝑁 + 1)) = ((!‘𝑁) · (𝑁 + 1)))
123122oveq1d 6828 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)) = (((!‘𝑁) · (𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)))
12420nncnd 11228 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 + 1) ∈ ℂ)
1254, 124, 124mulassd 10255 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (((!‘𝑁) · (𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)) = ((!‘𝑁) · ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))))
126123, 125eqtr2d 2795 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘𝑁) · ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))) = ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)))
127126oveq2d 6829 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (((!‘𝑁) · ((𝑁 + 1) + 1)) / ((!‘𝑁) · ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)))) = (((!‘𝑁) · ((𝑁 + 1) + 1)) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))))
12821nncnd 11228 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) + 1) ∈ ℂ)
12923nncnd 11228 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) ∈ ℂ)
13023nnne0d 11257 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) ≠ 0)
1313nnne0d 11257 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (!‘𝑁) ≠ 0)
132128, 129, 4, 130, 131divcan5d 11019 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (((!‘𝑁) · ((𝑁 + 1) + 1)) / ((!‘𝑁) · ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)))) = (((𝑁 + 1) + 1) / ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))))
13354nncnd 11228 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)) ∈ ℂ)
13454nnne0d 11257 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)) ≠ 0)
1354, 128, 133, 134divassd 11028 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (((!‘𝑁) · ((𝑁 + 1) + 1)) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1))) = ((!‘𝑁) · (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)))))
136127, 132, 1353eqtr3d 2802 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) + 1) / ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))) = ((!‘𝑁) · (((𝑁 + 1) + 1) / ((!‘(𝑁 + 1)) · (𝑁 + 1)))))
13772, 120, 1363brtr4d 4836 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘(((!‘𝑁) / e) − (𝑆𝑁))) ≤ (((𝑁 + 1) + 1) / ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))))
138 nnmulcl 11235 . . . . . . 7 ((((𝑁 + 1) + 1) ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) ∈ ℕ)
13921, 138mpancom 706 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) ∈ ℕ)
140139nnred 11227 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) ∈ ℝ)
141140ltp1d 11146 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) < ((((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) + 1))
142129mulid2d 10250 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → (1 · ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))) = ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)))
14331a1i 11 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
14475, 143, 124adddird 10257 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) = ((𝑁 · (𝑁 + 1)) + (1 · (𝑁 + 1))))
14575, 124mulcomd 10253 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 · (𝑁 + 1)) = ((𝑁 + 1) · 𝑁))
146124mulid2d 10250 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (1 · (𝑁 + 1)) = (𝑁 + 1))
147145, 146oveq12d 6831 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 · (𝑁 + 1)) + (1 · (𝑁 + 1))) = (((𝑁 + 1) · 𝑁) + (𝑁 + 1)))
148124, 143, 75adddird 10257 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) = (((𝑁 + 1) · 𝑁) + (1 · 𝑁)))
149148oveq1d 6828 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) + 1) = ((((𝑁 + 1) · 𝑁) + (1 · 𝑁)) + 1))
15075mulid2d 10250 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → (1 · 𝑁) = 𝑁)
151150oveq2d 6829 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) · 𝑁) + (1 · 𝑁)) = (((𝑁 + 1) · 𝑁) + 𝑁))
152151oveq1d 6828 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((((𝑁 + 1) · 𝑁) + (1 · 𝑁)) + 1) = ((((𝑁 + 1) · 𝑁) + 𝑁) + 1))
153124, 75mulcld 10252 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) · 𝑁) ∈ ℂ)
154153, 75, 143addassd 10254 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → ((((𝑁 + 1) · 𝑁) + 𝑁) + 1) = (((𝑁 + 1) · 𝑁) + (𝑁 + 1)))
155149, 152, 1543eqtrd 2798 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) + 1) = (((𝑁 + 1) · 𝑁) + (𝑁 + 1)))
156147, 155eqtr4d 2797 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 · (𝑁 + 1)) + (1 · (𝑁 + 1))) = ((((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) + 1))
157142, 144, 1563eqtrd 2798 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (1 · ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))) = ((((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) + 1))
158141, 157breqtrrd 4832 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) < (1 · ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))))
159 nnre 11219 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℝ)
160 nngt0 11241 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → 0 < 𝑁)
161159, 160jca 555 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (𝑁 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑁))
162 1red 10247 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ∈ ℝ)
163 nnre 11219 . . . . . 6 (((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) ∈ ℕ → ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) ∈ ℝ)
164 nngt0 11241 . . . . . 6 (((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) ∈ ℕ → 0 < ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)))
165163, 164jca 555 . . . . 5 (((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))))
16623, 165syl 17 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))))
167 lt2mul2div 11093 . . . 4 (((((𝑁 + 1) + 1) ∈ ℝ ∧ (𝑁 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑁)) ∧ (1 ∈ ℝ ∧ (((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1)) ∈ ℝ ∧ 0 < ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))))) → ((((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) < (1 · ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))) ↔ (((𝑁 + 1) + 1) / ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))) < (1 / 𝑁)))
16822, 161, 162, 166, 167syl22anc 1478 . . 3 (𝑁 ∈ ℕ → ((((𝑁 + 1) + 1) · 𝑁) < (1 · ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))) ↔ (((𝑁 + 1) + 1) / ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))) < (1 / 𝑁)))
169158, 168mpbid 222 . 2 (𝑁 ∈ ℕ → (((𝑁 + 1) + 1) / ((𝑁 + 1) · (𝑁 + 1))) < (1 / 𝑁))
17019, 24, 25, 137, 169lelttrd 10387 1 (𝑁 ∈ ℕ → (abs‘(((!‘𝑁) / e) − (𝑆𝑁))) < (1 / 𝑁))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383   = wceq 1632  wcel 2139  {cab 2746  wne 2932  wral 3050   class class class wbr 4804  cmpt 4881  dom cdm 5266  1-1-ontowf1o 6048  cfv 6049  (class class class)co 6813  Fincfn 8121  cc 10126  cr 10127  0cc0 10128  1c1 10129   + caddc 10131   · cmul 10133   < clt 10266  cle 10267  cmin 10458  -cneg 10459   / cdiv 10876  cn 11212  0cn0 11484  cz 11569  cuz 11879  ...cfz 12519  seqcseq 12995  cexp 13054  !cfa 13254  chash 13311  abscabs 14173  cli 14414  Σcsu 14615  expce 14991  eceu 14992
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 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-rep 4923  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7114  ax-inf2 8711  ax-cnex 10184  ax-resscn 10185  ax-1cn 10186  ax-icn 10187  ax-addcl 10188  ax-addrcl 10189  ax-mulcl 10190  ax-mulrcl 10191  ax-mulcom 10192  ax-addass 10193  ax-mulass 10194  ax-distr 10195  ax-i2m1 10196  ax-1ne0 10197  ax-1rid 10198  ax-rnegex 10199  ax-rrecex 10200  ax-cnre 10201  ax-pre-lttri 10202  ax-pre-lttrn 10203  ax-pre-ltadd 10204  ax-pre-mulgt0 10205  ax-pre-sup 10206  ax-addf 10207  ax-mulf 10208
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-fal 1638  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rmo 3058  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-int 4628  df-iun 4674  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-se 5226  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-isom 6058  df-riota 6774  df-ov 6816  df-oprab 6817  df-mpt2 6818  df-om 7231  df-1st 7333  df-2nd 7334  df-wrecs 7576  df-recs 7637  df-rdg 7675  df-1o 7729  df-2o 7730  df-oadd 7733  df-er 7911  df-map 8025  df-pm 8026  df-en 8122  df-dom 8123  df-sdom 8124  df-fin 8125  df-sup 8513  df-inf 8514  df-oi 8580  df-card 8955  df-cda 9182  df-pnf 10268  df-mnf 10269  df-xr 10270  df-ltxr 10271  df-le 10272  df-sub 10460  df-neg 10461  df-div 10877  df-nn 11213  df-2 11271  df-3 11272  df-4 11273  df-n0 11485  df-xnn0 11556  df-z 11570  df-uz 11880  df-q 11982  df-rp 12026  df-ico 12374  df-fz 12520  df-fzo 12660  df-fl 12787  df-seq 12996  df-exp 13055  df-fac 13255  df-bc 13284  df-hash 13312  df-shft 14006  df-cj 14038  df-re 14039  df-im 14040  df-sqrt 14174  df-abs 14175  df-limsup 14401  df-clim 14418  df-rlim 14419  df-sum 14616  df-ef 14997  df-e 14998
This theorem is referenced by:  subfacval3  31478
  Copyright terms: Public domain W3C validator