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Theorem birthdaylem2 20263
Description: For general  N and  K, count the fraction of injective functions from  1 ... K to  1 ... N. (Contributed by Mario Carneiro, 7-May-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
birthday.s  |-  S  =  { f  |  f : ( 1 ... K ) --> ( 1 ... N ) }
birthday.t  |-  T  =  { f  |  f : ( 1 ... K ) -1-1-> ( 1 ... N ) }
Assertion
Ref Expression
birthdaylem2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( # `  T )  /  ( # `
 S ) )  =  ( exp `  sum_ k  e.  ( 0 ... ( K  - 
1 ) ) ( log `  ( 1  -  ( k  /  N ) ) ) ) )
Distinct variable groups:    f, k, K    f, N, k
Allowed substitution hints:    S( f, k)    T( f, k)

Proof of Theorem birthdaylem2
Dummy variable  n is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 birthday.t . . . . . . 7  |-  T  =  { f  |  f : ( 1 ... K ) -1-1-> ( 1 ... N ) }
21fveq2i 5544 . . . . . 6  |-  ( # `  T )  =  (
# `  { f  |  f : ( 1 ... K )
-1-1-> ( 1 ... N
) } )
3 fzfi 11050 . . . . . . 7  |-  ( 1 ... K )  e. 
Fin
4 fzfi 11050 . . . . . . 7  |-  ( 1 ... N )  e. 
Fin
5 hashf1 11411 . . . . . . 7  |-  ( ( ( 1 ... K
)  e.  Fin  /\  ( 1 ... N
)  e.  Fin )  ->  ( # `  {
f  |  f : ( 1 ... K
) -1-1-> ( 1 ... N ) } )  =  ( ( ! `
 ( # `  (
1 ... K ) ) )  x.  ( (
# `  ( 1 ... N ) )  _C  ( # `  (
1 ... K ) ) ) ) )
63, 4, 5mp2an 653 . . . . . 6  |-  ( # `  { f  |  f : ( 1 ... K ) -1-1-> ( 1 ... N ) } )  =  ( ( ! `  ( # `  ( 1 ... K
) ) )  x.  ( ( # `  (
1 ... N ) )  _C  ( # `  (
1 ... K ) ) ) )
72, 6eqtri 2316 . . . . 5  |-  ( # `  T )  =  ( ( ! `  ( # `
 ( 1 ... K ) ) )  x.  ( ( # `  ( 1 ... N
) )  _C  ( # `
 ( 1 ... K ) ) ) )
8 elfznn0 10838 . . . . . . . . 9  |-  ( K  e.  ( 0 ... N )  ->  K  e.  NN0 )
98adantl 452 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  K  e.  NN0 )
10 hashfz1 11361 . . . . . . . 8  |-  ( K  e.  NN0  ->  ( # `  ( 1 ... K
) )  =  K )
119, 10syl 15 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( # `  (
1 ... K ) )  =  K )
1211fveq2d 5545 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  ( # `  ( 1 ... K ) ) )  =  ( ! `
 K ) )
13 nnnn0 9988 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  NN0 )
14 hashfz1 11361 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( # `  ( 1 ... N
) )  =  N )
1513, 14syl 15 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN  ->  ( # `
 ( 1 ... N ) )  =  N )
1615adantr 451 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( # `  (
1 ... N ) )  =  N )
1716, 11oveq12d 5892 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( # `  ( 1 ... N
) )  _C  ( # `
 ( 1 ... K ) ) )  =  ( N  _C  K ) )
1812, 17oveq12d 5892 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( ! `
 ( # `  (
1 ... K ) ) )  x.  ( (
# `  ( 1 ... N ) )  _C  ( # `  (
1 ... K ) ) ) )  =  ( ( ! `  K
)  x.  ( N  _C  K ) ) )
197, 18syl5eq 2340 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( # `  T
)  =  ( ( ! `  K )  x.  ( N  _C  K ) ) )
2013adantr 451 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  N  e.  NN0 )
21 faccl 11314 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ! `
 N )  e.  NN )
2220, 21syl 15 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  N )  e.  NN )
2322nncnd 9778 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  N )  e.  CC )
24 fznn0sub 10840 . . . . . . . . . 10  |-  ( K  e.  ( 0 ... N )  ->  ( N  -  K )  e.  NN0 )
2524adantl 452 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  K )  e.  NN0 )
26 faccl 11314 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  -  K )  e.  NN0  ->  ( ! `
 ( N  -  K ) )  e.  NN )
2725, 26syl 15 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  ( N  -  K
) )  e.  NN )
2827nncnd 9778 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  ( N  -  K
) )  e.  CC )
2927nnne0d 9806 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  ( N  -  K
) )  =/=  0
)
3023, 28, 29divcld 9552 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( ! `
 N )  / 
( ! `  ( N  -  K )
) )  e.  CC )
31 faccl 11314 . . . . . . . 8  |-  ( K  e.  NN0  ->  ( ! `
 K )  e.  NN )
329, 31syl 15 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  K )  e.  NN )
3332nncnd 9778 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  K )  e.  CC )
3432nnne0d 9806 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  K )  =/=  0
)
3530, 33, 34divcan2d 9554 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( ! `
 K )  x.  ( ( ( ! `
 N )  / 
( ! `  ( N  -  K )
) )  /  ( ! `  K )
) )  =  ( ( ! `  N
)  /  ( ! `
 ( N  -  K ) ) ) )
36 bcval2 11334 . . . . . . . 8  |-  ( K  e.  ( 0 ... N )  ->  ( N  _C  K )  =  ( ( ! `  N )  /  (
( ! `  ( N  -  K )
)  x.  ( ! `
 K ) ) ) )
3736adantl 452 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  _C  K )  =  ( ( ! `  N
)  /  ( ( ! `  ( N  -  K ) )  x.  ( ! `  K ) ) ) )
3823, 28, 33, 29, 34divdiv1d 9583 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( ( ! `  N )  /  ( ! `  ( N  -  K
) ) )  / 
( ! `  K
) )  =  ( ( ! `  N
)  /  ( ( ! `  ( N  -  K ) )  x.  ( ! `  K ) ) ) )
3937, 38eqtr4d 2331 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  _C  K )  =  ( ( ( ! `  N )  /  ( ! `  ( N  -  K ) ) )  /  ( ! `  K ) ) )
4039oveq2d 5890 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( ! `
 K )  x.  ( N  _C  K
) )  =  ( ( ! `  K
)  x.  ( ( ( ! `  N
)  /  ( ! `
 ( N  -  K ) ) )  /  ( ! `  K ) ) ) )
41 fzfid 11051 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( 1 ... N )  e.  Fin )
42 elfznn 10835 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  e.  ( 1 ... N )  ->  n  e.  NN )
4342adantl 452 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( 1 ... N ) )  ->  n  e.  NN )
44 nnrp 10379 . . . . . . . . . . 11  |-  ( n  e.  NN  ->  n  e.  RR+ )
4544relogcld 19990 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  e.  NN  ->  ( log `  n )  e.  RR )
4645recnd 8877 . . . . . . . . 9  |-  ( n  e.  NN  ->  ( log `  n )  e.  CC )
4743, 46syl 15 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( 1 ... N ) )  ->  ( log `  n )  e.  CC )
4841, 47fsumcl 12222 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n
)  e.  CC )
49 fzfid 11051 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( 1 ... ( N  -  K
) )  e.  Fin )
50 elfznn 10835 . . . . . . . . . 10  |-  ( n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) )  ->  n  e.  NN )
5150adantl 452 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( 1 ... ( N  -  K ) ) )  ->  n  e.  NN )
5251, 46syl 15 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( 1 ... ( N  -  K ) ) )  ->  ( log `  n )  e.  CC )
5349, 52fsumcl 12222 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K ) ) ( log `  n
)  e.  CC )
54 efsub 12396 . . . . . . 7  |-  ( (
sum_ n  e.  (
1 ... N ) ( log `  n )  e.  CC  /\  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) ) ( log `  n )  e.  CC )  ->  ( exp `  ( sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n )  -  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K ) ) ( log `  n
) ) )  =  ( ( exp `  sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n ) )  / 
( exp `  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) ) ( log `  n ) ) ) )
5548, 53, 54syl2anc 642 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( exp `  ( sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n )  -  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K ) ) ( log `  n
) ) )  =  ( ( exp `  sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n ) )  / 
( exp `  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) ) ( log `  n ) ) ) )
5625nn0red 10035 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  K )  e.  RR )
5756ltp1d 9703 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  K )  <  (
( N  -  K
)  +  1 ) )
58 fzdisj 10833 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( N  -  K )  <  ( ( N  -  K )  +  1 )  ->  (
( 1 ... ( N  -  K )
)  i^i  ( (
( N  -  K
)  +  1 ) ... N ) )  =  (/) )
5957, 58syl 15 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( 1 ... ( N  -  K ) )  i^i  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) )  =  (/) )
60 fznn0sub2 10841 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( K  e.  ( 0 ... N )  ->  ( N  -  K )  e.  ( 0 ... N
) )
6160adantl 452 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  K )  e.  ( 0 ... N ) )
62 elfzle2 10816 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( N  -  K )  e.  ( 0 ... N )  ->  ( N  -  K )  <_  N )
6361, 62syl 15 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  K )  <_  N
)
6463adantr 451 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  e.  NN )  ->  ( N  -  K )  <_  N
)
65 simpr 447 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  e.  NN )  ->  ( N  -  K )  e.  NN )
66 nnuz 10279 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  NN  =  ( ZZ>= `  1 )
6765, 66syl6eleq 2386 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  e.  NN )  ->  ( N  -  K )  e.  (
ZZ>= `  1 ) )
68 nnz 10061 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  ZZ )
6968ad2antrr 706 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  e.  NN )  ->  N  e.  ZZ )
70 elfz5 10806 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( N  -  K
)  e.  ( ZZ>= ` 
1 )  /\  N  e.  ZZ )  ->  (
( N  -  K
)  e.  ( 1 ... N )  <->  ( N  -  K )  <_  N
) )
7167, 69, 70syl2anc 642 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  e.  NN )  ->  ( ( N  -  K )  e.  ( 1 ... N
)  <->  ( N  -  K )  <_  N
) )
7264, 71mpbird 223 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  e.  NN )  ->  ( N  -  K )  e.  ( 1 ... N ) )
73 fzsplit 10832 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( N  -  K )  e.  ( 1 ... N )  ->  (
1 ... N )  =  ( ( 1 ... ( N  -  K
) )  u.  (
( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ) )
7472, 73syl 15 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  e.  NN )  ->  ( 1 ... N )  =  ( ( 1 ... ( N  -  K )
)  u.  ( ( ( N  -  K
)  +  1 ) ... N ) ) )
75 simpr 447 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  =  0 )  ->  ( N  -  K )  =  0 )
7675oveq2d 5890 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  =  0 )  ->  ( 1 ... ( N  -  K ) )  =  ( 1 ... 0
) )
77 fz10 10830 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( 1 ... 0 )  =  (/)
7876, 77syl6eq 2344 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  =  0 )  ->  ( 1 ... ( N  -  K ) )  =  (/) )
7978uneq1d 3341 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  =  0 )  ->  ( (
1 ... ( N  -  K ) )  u.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) )  =  (
(/)  u.  ( (
( N  -  K
)  +  1 ) ... N ) ) )
80 uncom 3332 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( (/)  u.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) )  =  ( ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
)  u.  (/) )
81 un0 3492 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N )  u.  (/) )  =  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N )
8280, 81eqtri 2316 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (/)  u.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) )  =  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N )
8375oveq1d 5889 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  =  0 )  ->  ( ( N  -  K )  +  1 )  =  ( 0  +  1 ) )
84 1e0p1 10168 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  1  =  ( 0  +  1 )
8583, 84syl6eqr 2346 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  =  0 )  ->  ( ( N  -  K )  +  1 )  =  1 )
8685oveq1d 5889 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  =  0 )  ->  ( (
( N  -  K
)  +  1 ) ... N )  =  ( 1 ... N
) )
8782, 86syl5eq 2340 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  =  0 )  ->  ( (/)  u.  (
( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  =  ( 1 ... N ) )
8879, 87eqtr2d 2329 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  ( N  -  K )  =  0 )  ->  ( 1 ... N )  =  ( ( 1 ... ( N  -  K
) )  u.  (
( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ) )
89 elnn0 9983 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( N  -  K )  e.  NN0  <->  ( ( N  -  K )  e.  NN  \/  ( N  -  K )  =  0 ) )
9025, 89sylib 188 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( N  -  K )  e.  NN  \/  ( N  -  K )  =  0 ) )
9174, 88, 90mpjaodan 761 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( 1 ... N )  =  ( ( 1 ... ( N  -  K )
)  u.  ( ( ( N  -  K
)  +  1 ) ... N ) ) )
9259, 91, 41, 47fsumsplit 12228 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n
)  =  ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) ) ( log `  n )  +  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n ) ) )
9392oveq1d 5889 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( sum_ n  e.  ( 1 ... N
) ( log `  n
)  -  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K )
) ( log `  n
) )  =  ( ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K ) ) ( log `  n
)  +  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) ( log `  n
) )  -  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) ) ( log `  n ) ) )
94 fzfid 11051 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N )  e.  Fin )
95 nn0p1nn 10019 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( N  -  K )  e.  NN0  ->  ( ( N  -  K )  +  1 )  e.  NN )
9625, 95syl 15 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( N  -  K )  +  1 )  e.  NN )
97 elfzuz 10810 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N )  ->  n  e.  ( ZZ>= `  ( ( N  -  K )  +  1 ) ) )
9866uztrn2 10261 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ( N  -  K )  +  1 )  e.  NN  /\  n  e.  ( ZZ>= `  ( ( N  -  K )  +  1 ) ) )  ->  n  e.  NN )
9996, 97, 98syl2an 463 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  ->  n  e.  NN )
10099, 46syl 15 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  ->  ( log `  n )  e.  CC )
10194, 100fsumcl 12222 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n
)  e.  CC )
10253, 101pncan2d 9175 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) ) ( log `  n )  +  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n ) )  -  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K ) ) ( log `  n ) )  =  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) ( log `  n
) )
10393, 102eqtr2d 2329 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n
)  =  ( sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n )  -  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) ) ( log `  n ) ) )
104103fveq2d 5545 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( exp `  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n ) )  =  ( exp `  ( sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n )  -  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K ) ) ( log `  n
) ) ) )
10522nnne0d 9806 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  N )  =/=  0
)
106 eflog 19949 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ! `  N
)  e.  CC  /\  ( ! `  N )  =/=  0 )  -> 
( exp `  ( log `  ( ! `  N ) ) )  =  ( ! `  N ) )
10723, 105, 106syl2anc 642 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( exp `  ( log `  ( ! `  N ) ) )  =  ( ! `  N ) )
108 logfac 19970 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( log `  ( ! `  N
) )  =  sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n ) )
10920, 108syl 15 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( log `  ( ! `  N )
)  =  sum_ n  e.  ( 1 ... N
) ( log `  n
) )
110109fveq2d 5545 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( exp `  ( log `  ( ! `  N ) ) )  =  ( exp `  sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n ) ) )
111107, 110eqtr3d 2330 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  N )  =  ( exp `  sum_ n  e.  ( 1 ... N
) ( log `  n
) ) )
112 eflog 19949 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( ! `  ( N  -  K )
)  e.  CC  /\  ( ! `  ( N  -  K ) )  =/=  0 )  -> 
( exp `  ( log `  ( ! `  ( N  -  K
) ) ) )  =  ( ! `  ( N  -  K
) ) )
11328, 29, 112syl2anc 642 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( exp `  ( log `  ( ! `  ( N  -  K
) ) ) )  =  ( ! `  ( N  -  K
) ) )
114 logfac 19970 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( N  -  K )  e.  NN0  ->  ( log `  ( ! `  ( N  -  K )
) )  =  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) ) ( log `  n ) )
11525, 114syl 15 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( log `  ( ! `  ( N  -  K ) ) )  =  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K ) ) ( log `  n
) )
116115fveq2d 5545 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( exp `  ( log `  ( ! `  ( N  -  K
) ) ) )  =  ( exp `  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) ) ( log `  n ) ) )
117113, 116eqtr3d 2330 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ! `  ( N  -  K
) )  =  ( exp `  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K )
) ( log `  n
) ) )
118111, 117oveq12d 5892 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( ! `
 N )  / 
( ! `  ( N  -  K )
) )  =  ( ( exp `  sum_ n  e.  ( 1 ... N ) ( log `  n ) )  / 
( exp `  sum_ n  e.  ( 1 ... ( N  -  K
) ) ( log `  n ) ) ) )
11955, 104, 1183eqtr4d 2338 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( exp `  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n ) )  =  ( ( ! `  N )  /  ( ! `  ( N  -  K ) ) ) )
12035, 40, 1193eqtr4d 2338 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( ! `
 K )  x.  ( N  _C  K
) )  =  ( exp `  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) ( log `  n
) ) )
12119, 120eqtrd 2328 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( # `  T
)  =  ( exp `  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n
) ) )
122 birthday.s . . . . . . . 8  |-  S  =  { f  |  f : ( 1 ... K ) --> ( 1 ... N ) }
123 mapvalg 6798 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( 1 ... N
)  e.  Fin  /\  ( 1 ... K
)  e.  Fin )  ->  ( ( 1 ... N )  ^m  (
1 ... K ) )  =  { f  |  f : ( 1 ... K ) --> ( 1 ... N ) } )
1244, 3, 123mp2an 653 . . . . . . . 8  |-  ( ( 1 ... N )  ^m  ( 1 ... K ) )  =  { f  |  f : ( 1 ... K ) --> ( 1 ... N ) }
125122, 124eqtr4i 2319 . . . . . . 7  |-  S  =  ( ( 1 ... N )  ^m  (
1 ... K ) )
126125fveq2i 5544 . . . . . 6  |-  ( # `  S )  =  (
# `  ( (
1 ... N )  ^m  ( 1 ... K
) ) )
127 hashmap 11403 . . . . . . 7  |-  ( ( ( 1 ... N
)  e.  Fin  /\  ( 1 ... K
)  e.  Fin )  ->  ( # `  (
( 1 ... N
)  ^m  ( 1 ... K ) ) )  =  ( (
# `  ( 1 ... N ) ) ^
( # `  ( 1 ... K ) ) ) )
1284, 3, 127mp2an 653 . . . . . 6  |-  ( # `  ( ( 1 ... N )  ^m  (
1 ... K ) ) )  =  ( (
# `  ( 1 ... N ) ) ^
( # `  ( 1 ... K ) ) )
129126, 128eqtri 2316 . . . . 5  |-  ( # `  S )  =  ( ( # `  (
1 ... N ) ) ^ ( # `  (
1 ... K ) ) )
13016, 11oveq12d 5892 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( # `  ( 1 ... N
) ) ^ ( # `
 ( 1 ... K ) ) )  =  ( N ^ K ) )
131129, 130syl5eq 2340 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( # `  S
)  =  ( N ^ K ) )
132 nncn 9770 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  CC )
133132adantr 451 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  N  e.  CC )
134 nnne0 9794 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN  ->  N  =/=  0 )
135134adantr 451 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  N  =/=  0
)
136 elfzelz 10814 . . . . . 6  |-  ( K  e.  ( 0 ... N )  ->  K  e.  ZZ )
137136adantl 452 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  K  e.  ZZ )
138 explog 19963 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  CC  /\  N  =/=  0  /\  K  e.  ZZ )  ->  ( N ^ K )  =  ( exp `  ( K  x.  ( log `  N ) ) ) )
139133, 135, 137, 138syl3anc 1182 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N ^ K )  =  ( exp `  ( K  x.  ( log `  N
) ) ) )
140131, 139eqtrd 2328 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( # `  S
)  =  ( exp `  ( K  x.  ( log `  N ) ) ) )
141121, 140oveq12d 5892 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( # `  T )  /  ( # `
 S ) )  =  ( ( exp `  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n
) )  /  ( exp `  ( K  x.  ( log `  N ) ) ) ) )
1429nn0cnd 10036 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  K  e.  CC )
143 nnrp 10379 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  RR+ )
144143adantr 451 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  N  e.  RR+ )
145144relogcld 19990 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( log `  N
)  e.  RR )
146145recnd 8877 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( log `  N
)  e.  CC )
147142, 146mulcld 8871 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( K  x.  ( log `  N ) )  e.  CC )
148 efsub 12396 . . 3  |-  ( (
sum_ n  e.  (
( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n
)  e.  CC  /\  ( K  x.  ( log `  N ) )  e.  CC )  -> 
( exp `  ( sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K
)  +  1 ) ... N ) ( log `  n )  -  ( K  x.  ( log `  N ) ) ) )  =  ( ( exp `  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n ) )  / 
( exp `  ( K  x.  ( log `  N ) ) ) ) )
149101, 147, 148syl2anc 642 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( exp `  ( sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K
)  +  1 ) ... N ) ( log `  n )  -  ( K  x.  ( log `  N ) ) ) )  =  ( ( exp `  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n ) )  / 
( exp `  ( K  x.  ( log `  N ) ) ) ) )
150 relogdiv 19962 . . . . . . 7  |-  ( ( n  e.  RR+  /\  N  e.  RR+ )  ->  ( log `  ( n  /  N ) )  =  ( ( log `  n
)  -  ( log `  N ) ) )
15144, 144, 150syl2anr 464 . . . . . 6  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  NN )  ->  ( log `  (
n  /  N ) )  =  ( ( log `  n )  -  ( log `  N
) ) )
15299, 151syldan 456 . . . . 5  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  ->  ( log `  ( n  /  N
) )  =  ( ( log `  n
)  -  ( log `  N ) ) )
153152sumeq2dv 12192 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  (
n  /  N ) )  =  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) ( ( log `  n )  -  ( log `  N ) ) )
15468adantr 451 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  N  e.  ZZ )
15525nn0zd 10131 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  K )  e.  ZZ )
156155peano2zd 10136 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( N  -  K )  +  1 )  e.  ZZ )
15799, 44syl 15 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  ->  n  e.  RR+ )
158144adantr 451 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  ->  N  e.  RR+ )
159157, 158rpdivcld 10423 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  ->  ( n  /  N )  e.  RR+ )
160159relogcld 19990 . . . . . . 7  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  ->  ( log `  ( n  /  N
) )  e.  RR )
161160recnd 8877 . . . . . 6  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  ->  ( log `  ( n  /  N
) )  e.  CC )
162 oveq1 5881 . . . . . . 7  |-  ( n  =  ( N  -  k )  ->  (
n  /  N )  =  ( ( N  -  k )  /  N ) )
163162fveq2d 5545 . . . . . 6  |-  ( n  =  ( N  -  k )  ->  ( log `  ( n  /  N ) )  =  ( log `  (
( N  -  k
)  /  N ) ) )
164154, 156, 154, 161, 163fsumrev 12257 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  (
n  /  N ) )  =  sum_ k  e.  ( ( N  -  N ) ... ( N  -  ( ( N  -  K )  +  1 ) ) ) ( log `  (
( N  -  k
)  /  N ) ) )
165133subidd 9161 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  N )  =  0 )
166 ax-1cn 8811 . . . . . . . . . . 11  |-  1  e.  CC
167166a1i 10 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  1  e.  CC )
168133, 142, 167subsubd 9201 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  ( K  -  1
) )  =  ( ( N  -  K
)  +  1 ) )
169168oveq2d 5890 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  ( N  -  ( K  -  1 ) ) )  =  ( N  -  ( ( N  -  K )  +  1 ) ) )
170 subcl 9067 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( K  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  ( K  -  1 )  e.  CC )
171142, 166, 170sylancl 643 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( K  - 
1 )  e.  CC )
172133, 171nncand 9178 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  ( N  -  ( K  -  1 ) ) )  =  ( K  -  1 ) )
173169, 172eqtr3d 2330 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  ( ( N  -  K )  +  1 ) )  =  ( K  -  1 ) )
174165, 173oveq12d 5892 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( N  -  N ) ... ( N  -  (
( N  -  K
)  +  1 ) ) )  =  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) )
175133adantr 451 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) )  ->  N  e.  CC )
176 elfznn0 10838 . . . . . . . . . . 11  |-  ( k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) )  ->  k  e.  NN0 )
177176adantl 452 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) )  ->  k  e.  NN0 )
178177nn0cnd 10036 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) )  ->  k  e.  CC )
179135adantr 451 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) )  ->  N  =/=  0 )
180175, 178, 175, 179divsubdird 9591 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) )  ->  ( ( N  -  k )  /  N )  =  ( ( N  /  N
)  -  ( k  /  N ) ) )
181175, 179dividd 9550 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) )  ->  ( N  /  N )  =  1 )
182181oveq1d 5889 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) )  ->  ( ( N  /  N )  -  ( k  /  N
) )  =  ( 1  -  ( k  /  N ) ) )
183180, 182eqtrd 2328 . . . . . . 7  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) )  ->  ( ( N  -  k )  /  N )  =  ( 1  -  ( k  /  N ) ) )
184183fveq2d 5545 . . . . . 6  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) )  ->  ( log `  ( ( N  -  k )  /  N
) )  =  ( log `  ( 1  -  ( k  /  N ) ) ) )
185174, 184sumeq12rdv 12196 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ k  e.  ( ( N  -  N
) ... ( N  -  ( ( N  -  K )  +  1 ) ) ) ( log `  ( ( N  -  k )  /  N ) )  =  sum_ k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) ( log `  (
1  -  ( k  /  N ) ) ) )
186164, 185eqtrd 2328 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  (
n  /  N ) )  =  sum_ k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) ( log `  (
1  -  ( k  /  N ) ) ) )
187146adantr 451 . . . . . 6  |-  ( ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  /\  n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  ->  ( log `  N )  e.  CC )
18894, 100, 187fsumsub 12266 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( ( log `  n
)  -  ( log `  N ) )  =  ( sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n
)  -  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) ( log `  N
) ) )
189 fsumconst 12268 . . . . . . . 8  |-  ( ( ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
)  e.  Fin  /\  ( log `  N )  e.  CC )  ->  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K
)  +  1 ) ... N ) ( log `  N )  =  ( ( # `  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) )  x.  ( log `  N ) ) )
19094, 146, 189syl2anc 642 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  N
)  =  ( (
# `  ( (
( N  -  K
)  +  1 ) ... N ) )  x.  ( log `  N
) ) )
191 1z 10069 . . . . . . . . . . . . 13  |-  1  e.  ZZ
192191a1i 10 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  1  e.  ZZ )
193 fzen 10827 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( 1  e.  ZZ  /\  K  e.  ZZ  /\  ( N  -  K )  e.  ZZ )  ->  (
1 ... K )  ~~  ( ( 1  +  ( N  -  K
) ) ... ( K  +  ( N  -  K ) ) ) )
194192, 137, 155, 193syl3anc 1182 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( 1 ... K )  ~~  (
( 1  +  ( N  -  K ) ) ... ( K  +  ( N  -  K ) ) ) )
19525nn0cnd 10036 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( N  -  K )  e.  CC )
196 addcom 9014 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( 1  e.  CC  /\  ( N  -  K
)  e.  CC )  ->  ( 1  +  ( N  -  K
) )  =  ( ( N  -  K
)  +  1 ) )
197166, 195, 196sylancr 644 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( 1  +  ( N  -  K
) )  =  ( ( N  -  K
)  +  1 ) )
198142, 133pncan3d 9176 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( K  +  ( N  -  K
) )  =  N )
199197, 198oveq12d 5892 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( 1  +  ( N  -  K ) ) ... ( K  +  ( N  -  K ) ) )  =  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )
200194, 199breqtrd 4063 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( 1 ... K )  ~~  (
( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )
201 hasheni 11363 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( 1 ... K ) 
~~  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N )  ->  ( # `
 ( 1 ... K ) )  =  ( # `  (
( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ) )
202200, 201syl 15 . . . . . . . . 9  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( # `  (
1 ... K ) )  =  ( # `  (
( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ) )
203202, 11eqtr3d 2330 . . . . . . . 8  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( # `  (
( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) )  =  K )
204203oveq1d 5889 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( # `  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) )  x.  ( log `  N ) )  =  ( K  x.  ( log `  N ) ) )
205190, 204eqtrd 2328 . . . . . 6  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  N
)  =  ( K  x.  ( log `  N
) ) )
206205oveq2d 5890 . . . . 5  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) ( log `  n
)  -  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) ( log `  N
) )  =  (
sum_ n  e.  (
( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n
)  -  ( K  x.  ( log `  N
) ) ) )
207188, 206eqtrd 2328 . . . 4  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( ( log `  n
)  -  ( log `  N ) )  =  ( sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N ) ( log `  n
)  -  ( K  x.  ( log `  N
) ) ) )
208153, 186, 2073eqtr3rd 2337 . . 3  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K )  +  1 ) ... N
) ( log `  n
)  -  ( K  x.  ( log `  N
) ) )  = 
sum_ k  e.  ( 0 ... ( K  -  1 ) ) ( log `  (
1  -  ( k  /  N ) ) ) )
209208fveq2d 5545 . 2  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( exp `  ( sum_ n  e.  ( ( ( N  -  K
)  +  1 ) ... N ) ( log `  n )  -  ( K  x.  ( log `  N ) ) ) )  =  ( exp `  sum_ k  e.  ( 0 ... ( K  - 
1 ) ) ( log `  ( 1  -  ( k  /  N ) ) ) ) )
210141, 149, 2093eqtr2d 2334 1  |-  ( ( N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... N ) )  ->  ( ( # `  T )  /  ( # `
 S ) )  =  ( exp `  sum_ k  e.  ( 0 ... ( K  - 
1 ) ) ( log `  ( 1  -  ( k  /  N ) ) ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 176    \/ wo 357    /\ wa 358    = wceq 1632    e. wcel 1696   {cab 2282    =/= wne 2459    u. cun 3163    i^i cin 3164   (/)c0 3468   class class class wbr 4039   -->wf 5267   -1-1->wf1 5268   ` cfv 5271  (class class class)co 5874    ^m cmap 6788    ~~ cen 6876   Fincfn 6879   CCcc 8751   0cc0 8753   1c1 8754    + caddc 8756    x. cmul 8758    < clt 8883    <_ cle 8884    - cmin 9053    / cdiv 9439   NNcn 9762   NN0cn0 9981   ZZcz 10040   ZZ>=cuz 10246   RR+crp 10370   ...cfz 10798   ^cexp 11120   !cfa 11304    _C cbc 11331   #chash 11353   sum_csu 12174   expce 12359   logclog 19928
This theorem is referenced by:  birthdaylem3  20264
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1536  ax-5 1547  ax-17 1606  ax-9 1644  ax-8 1661  ax-13 1698  ax-14 1700  ax-6 1715  ax-7 1720  ax-11 1727  ax-12 1878  ax-ext 2277  ax-rep 4147  ax-sep 4157  ax-nul 4165  ax-pow 4204  ax-pr 4230  ax-un 4528  ax-inf2 7358  ax-cnex 8809  ax-resscn 8810  ax-1cn 8811  ax-icn 8812  ax-addcl 8813  ax-addrcl 8814  ax-mulcl 8815  ax-mulrcl 8816  ax-mulcom 8817  ax-addass 8818  ax-mulass 8819  ax-distr 8820  ax-i2m1 8821  ax-1ne0 8822  ax-1rid 8823  ax-rnegex 8824  ax-rrecex 8825  ax-cnre 8826  ax-pre-lttri 8827  ax-pre-lttrn 8828  ax-pre-ltadd 8829  ax-pre-mulgt0 8830  ax-pre-sup 8831  ax-addf 8832  ax-mulf 8833
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1532  df-nf 1535  df-sb 1639  df-eu 2160  df-mo 2161  df-clab 2283  df-cleq 2289  df-clel 2292  df-nfc 2421  df-ne 2461  df-nel 2462  df-ral 2561  df-rex 2562  df-reu 2563  df-rmo 2564  df-rab 2565  df-v 2803  df-sbc 3005  df-csb 3095  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-pss 3181  df-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-tp 3661  df-op 3662  df-uni 3844  df-int 3879  df-iun 3923  df-iin 3924  df-br 4040  df-opab 4094  df-mpt 4095  df-tr 4130  df-eprel 4321  df-id 4325  df-po 4330  df-so 4331  df-fr 4368  df-se 4369  df-we 4370  df-ord 4411  df-on 4412  df-lim 4413  df-suc 4414  df-om 4673  df-xp 4711  df-rel 4712  df-cnv 4713  df-co 4714  df-dm 4715  df-rn 4716  df-res 4717  df-ima 4718  df-iota 5235  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-isom 5280  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpt2 5879  df-of 6094  df-1st 6138  df-2nd 6139  df-riota 6320  df-recs 6404  df-rdg 6439  df-1o 6495  df-2o 6496  df-oadd 6499  df-er 6676  df-map 6790  df-pm 6791  df-ixp 6834  df-en 6880  df-dom 6881  df-sdom 6882  df-fin 6883  df-fi 7181  df-sup 7210  df-oi 7241  df-card 7588  df-cda 7810  df-pnf 8885  df-mnf 8886  df-xr 8887  df-ltxr 8888  df-le 8889  df-sub 9055  df-neg 9056  df-div 9440  df-nn 9763  df-2 9820  df-3 9821  df-4 9822  df-5 9823  df-6 9824  df-7 9825  df-8 9826  df-9 9827  df-10 9828  df-n0 9982  df-z 10041  df-dec 10141  df-uz 10247  df-q 10333  df-rp 10371  df-xneg 10468  df-xadd 10469  df-xmul 10470  df-ioo 10676  df-ioc 10677  df-ico 10678  df-icc 10679  df-fz 10799  df-fzo 10887  df-fl 10941  df-mod 10990  df-seq 11063  df-exp 11121  df-fac 11305  df-bc 11332  df-hash 11354  df-shft 11578  df-cj 11600  df-re 11601  df-im 11602  df-sqr 11736  df-abs 11737  df-limsup 11961  df-clim 11978  df-rlim 11979  df-sum 12175  df-ef 12365  df-sin 12367  df-cos 12368  df-pi 12370  df-struct 13166  df-ndx 13167  df-slot 13168  df-base 13169  df-sets 13170  df-ress 13171  df-plusg 13237  df-mulr 13238  df-starv 13239  df-sca 13240  df-vsca 13241  df-tset 13243  df-ple 13244  df-ds 13246  df-hom 13248  df-cco 13249  df-rest 13343  df-topn 13344  df-topgen 13360  df-pt 13361  df-prds 13364  df-xrs 13419  df-0g 13420  df-gsum 13421  df-qtop 13426  df-imas 13427  df-xps 13429  df-mre 13504  df-mrc 13505  df-acs 13507  df-mnd 14383  df-submnd 14432  df-mulg 14508  df-cntz 14809  df-cmn 15107  df-xmet 16389  df-met 16390  df-bl 16391  df-mopn 16392  df-cnfld 16394  df-top 16652  df-bases 16654  df-topon 16655  df-topsp 16656  df-cld 16772  df-ntr 16773  df-cls 16774  df-nei 16851  df-lp 16884  df-perf 16885  df-cn 16973  df-cnp 16974  df-haus 17059  df-tx 17273  df-hmeo 17462  df-fbas 17536  df-fg 17537  df-fil 17557  df-fm 17649  df-flim 17650  df-flf 17651  df-xms 17901  df-ms 17902  df-tms 17903  df-cncf 18398  df-limc 19232  df-dv 19233  df-log 19930
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