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Theorem facavg 11584
Description: The product of two factorials is greater than or equal to the factorial of (the floor of) their average. (Contributed by NM, 9-Dec-2005.)
Assertion
Ref Expression
facavg  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )  <_  ( ( ! `
 M )  x.  ( ! `  N
) ) )

Proof of Theorem facavg
StepHypRef Expression
1 nn0addcl 10247 . . . . . . 7  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( M  +  N
)  e.  NN0 )
21nn0red 10267 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( M  +  N
)  e.  RR )
32rehalfcld 10206 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( M  +  N )  /  2
)  e.  RR )
4 flle 11200 . . . . 5  |-  ( ( ( M  +  N
)  /  2 )  e.  RR  ->  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_ 
( ( M  +  N )  /  2
) )
53, 4syl 16 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) )  <_  ( ( M  +  N )  /  2 ) )
6 reflcl 11197 . . . . . 6  |-  ( ( ( M  +  N
)  /  2 )  e.  RR  ->  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  e.  RR )
73, 6syl 16 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) )  e.  RR )
8 nn0re 10222 . . . . . 6  |-  ( M  e.  NN0  ->  M  e.  RR )
98adantr 452 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  ->  M  e.  RR )
10 letr 9159 . . . . 5  |-  ( ( ( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) )  e.  RR  /\  ( ( M  +  N )  /  2
)  e.  RR  /\  M  e.  RR )  ->  ( ( ( |_
`  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_ 
( ( M  +  N )  /  2
)  /\  ( ( M  +  N )  /  2 )  <_  M )  ->  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_  M ) )
117, 3, 9, 10syl3anc 1184 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ( |_
`  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_ 
( ( M  +  N )  /  2
)  /\  ( ( M  +  N )  /  2 )  <_  M )  ->  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_  M ) )
125, 11mpand 657 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ( M  +  N )  / 
2 )  <_  M  ->  ( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) )  <_  M )
)
131nn0ge0d 10269 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
0  <_  ( M  +  N ) )
14 halfnneg2 10191 . . . . . . 7  |-  ( ( M  +  N )  e.  RR  ->  (
0  <_  ( M  +  N )  <->  0  <_  ( ( M  +  N
)  /  2 ) ) )
152, 14syl 16 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( 0  <_  ( M  +  N )  <->  0  <_  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )
1613, 15mpbid 202 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
0  <_  ( ( M  +  N )  /  2 ) )
17 flge0nn0 11217 . . . . 5  |-  ( ( ( ( M  +  N )  /  2
)  e.  RR  /\  0  <_  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  -> 
( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) )  e.  NN0 )
183, 16, 17syl2anc 643 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) )  e.  NN0 )
19 simpl 444 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  ->  M  e.  NN0 )
20 facwordi 11572 . . . . 5  |-  ( ( ( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) )  e.  NN0  /\  M  e.  NN0  /\  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_  M )  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  <_ 
( ! `  M
) )
21203exp 1152 . . . 4  |-  ( ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2 ) )  e.  NN0  ->  ( M  e.  NN0  ->  ( ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2 ) )  <_  M  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  <_ 
( ! `  M
) ) ) )
2218, 19, 21sylc 58 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) )  <_  M  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )  <_  ( ! `  M ) ) )
23 faccl 11568 . . . . . . . 8  |-  ( M  e.  NN0  ->  ( ! `
 M )  e.  NN )
2423nncnd 10008 . . . . . . 7  |-  ( M  e.  NN0  ->  ( ! `
 M )  e.  CC )
2524mulid1d 9097 . . . . . 6  |-  ( M  e.  NN0  ->  ( ( ! `  M )  x.  1 )  =  ( ! `  M
) )
2625adantr 452 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ! `  M )  x.  1 )  =  ( ! `
 M ) )
27 faccl 11568 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ! `
 N )  e.  NN )
2827nnred 10007 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ! `
 N )  e.  RR )
2928adantl 453 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ! `  N
)  e.  RR )
3023nnred 10007 . . . . . . . 8  |-  ( M  e.  NN0  ->  ( ! `
 M )  e.  RR )
3123nnnn0d 10266 . . . . . . . . 9  |-  ( M  e.  NN0  ->  ( ! `
 M )  e. 
NN0 )
3231nn0ge0d 10269 . . . . . . . 8  |-  ( M  e.  NN0  ->  0  <_ 
( ! `  M
) )
3330, 32jca 519 . . . . . . 7  |-  ( M  e.  NN0  ->  ( ( ! `  M )  e.  RR  /\  0  <_  ( ! `  M
) ) )
3433adantr 452 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ! `  M )  e.  RR  /\  0  <_  ( ! `  M ) ) )
3527nnge1d 10034 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN0  ->  1  <_ 
( ! `  N
) )
3635adantl 453 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
1  <_  ( ! `  N ) )
37 1re 9082 . . . . . . 7  |-  1  e.  RR
38 lemul2a 9857 . . . . . . 7  |-  ( ( ( 1  e.  RR  /\  ( ! `  N
)  e.  RR  /\  ( ( ! `  M )  e.  RR  /\  0  <_  ( ! `  M ) ) )  /\  1  <_  ( ! `  N )
)  ->  ( ( ! `  M )  x.  1 )  <_  (
( ! `  M
)  x.  ( ! `
 N ) ) )
3937, 38mp3anl1 1273 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( ! `  N )  e.  RR  /\  ( ( ! `  M )  e.  RR  /\  0  <_  ( ! `  M ) ) )  /\  1  <_  ( ! `  N )
)  ->  ( ( ! `  M )  x.  1 )  <_  (
( ! `  M
)  x.  ( ! `
 N ) ) )
4029, 34, 36, 39syl21anc 1183 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ! `  M )  x.  1 )  <_  ( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N
) ) )
4126, 40eqbrtrrd 4226 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ! `  M
)  <_  ( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N
) ) )
42 faccl 11568 . . . . . . 7  |-  ( ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2 ) )  e.  NN0  ->  ( ! `
 ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  e.  NN )
4318, 42syl 16 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )  e.  NN )
4443nnred 10007 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )  e.  RR )
4530adantr 452 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ! `  M
)  e.  RR )
46 remulcl 9067 . . . . . 6  |-  ( ( ( ! `  M
)  e.  RR  /\  ( ! `  N )  e.  RR )  -> 
( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N )
)  e.  RR )
4730, 28, 46syl2an 464 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N )
)  e.  RR )
48 letr 9159 . . . . 5  |-  ( ( ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )  e.  RR  /\  ( ! `  M )  e.  RR  /\  ( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N ) )  e.  RR )  ->  (
( ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2 ) ) )  <_  ( ! `  M )  /\  ( ! `  M )  <_  ( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N )
) )  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  <_ 
( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N )
) ) )
4944, 45, 47, 48syl3anc 1184 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ( ! `
 ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  <_ 
( ! `  M
)  /\  ( ! `  M )  <_  (
( ! `  M
)  x.  ( ! `
 N ) ) )  ->  ( ! `  ( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) ) )  <_  (
( ! `  M
)  x.  ( ! `
 N ) ) ) )
5041, 49mpan2d 656 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2 ) ) )  <_  ( ! `  M )  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  <_ 
( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N )
) ) )
5112, 22, 503syld 53 . 2  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ( M  +  N )  / 
2 )  <_  M  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )  <_  ( ( ! `
 M )  x.  ( ! `  N
) ) ) )
52 nn0re 10222 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  N  e.  RR )
5352adantl 453 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  ->  N  e.  RR )
54 letr 9159 . . . . 5  |-  ( ( ( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) )  e.  RR  /\  ( ( M  +  N )  /  2
)  e.  RR  /\  N  e.  RR )  ->  ( ( ( |_
`  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_ 
( ( M  +  N )  /  2
)  /\  ( ( M  +  N )  /  2 )  <_  N )  ->  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_  N ) )
557, 3, 53, 54syl3anc 1184 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ( |_
`  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_ 
( ( M  +  N )  /  2
)  /\  ( ( M  +  N )  /  2 )  <_  N )  ->  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_  N ) )
565, 55mpand 657 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ( M  +  N )  / 
2 )  <_  N  ->  ( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) )  <_  N )
)
57 simpr 448 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  ->  N  e.  NN0 )
58 facwordi 11572 . . . . 5  |-  ( ( ( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) )  e.  NN0  /\  N  e.  NN0  /\  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) )  <_  N )  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  <_ 
( ! `  N
) )
59583exp 1152 . . . 4  |-  ( ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2 ) )  e.  NN0  ->  ( N  e.  NN0  ->  ( ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2 ) )  <_  N  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  <_ 
( ! `  N
) ) ) )
6018, 57, 59sylc 58 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) )  <_  N  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )  <_  ( ! `  N ) ) )
6127nncnd 10008 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ! `
 N )  e.  CC )
6261mulid2d 9098 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( 1  x.  ( ! `  N ) )  =  ( ! `  N
) )
6362adantl 453 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( 1  x.  ( ! `  N )
)  =  ( ! `
 N ) )
6427nnnn0d 10266 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ! `
 N )  e. 
NN0 )
6564nn0ge0d 10269 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN0  ->  0  <_ 
( ! `  N
) )
6628, 65jca 519 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ! `  N )  e.  RR  /\  0  <_  ( ! `  N
) ) )
6766adantl 453 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ! `  N )  e.  RR  /\  0  <_  ( ! `  N ) ) )
6823nnge1d 10034 . . . . . . 7  |-  ( M  e.  NN0  ->  1  <_ 
( ! `  M
) )
6968adantr 452 . . . . . 6  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
1  <_  ( ! `  M ) )
70 lemul1a 9856 . . . . . . 7  |-  ( ( ( 1  e.  RR  /\  ( ! `  M
)  e.  RR  /\  ( ( ! `  N )  e.  RR  /\  0  <_  ( ! `  N ) ) )  /\  1  <_  ( ! `  M )
)  ->  ( 1  x.  ( ! `  N ) )  <_ 
( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N )
) )
7137, 70mp3anl1 1273 . . . . . 6  |-  ( ( ( ( ! `  M )  e.  RR  /\  ( ( ! `  N )  e.  RR  /\  0  <_  ( ! `  N ) ) )  /\  1  <_  ( ! `  M )
)  ->  ( 1  x.  ( ! `  N ) )  <_ 
( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N )
) )
7245, 67, 69, 71syl21anc 1183 . . . . 5  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( 1  x.  ( ! `  N )
)  <_  ( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N
) ) )
7363, 72eqbrtrrd 4226 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ! `  N
)  <_  ( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N
) ) )
74 letr 9159 . . . . 5  |-  ( ( ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )  e.  RR  /\  ( ! `  N )  e.  RR  /\  ( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N ) )  e.  RR )  ->  (
( ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2 ) ) )  <_  ( ! `  N )  /\  ( ! `  N )  <_  ( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N )
) )  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  <_ 
( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N )
) ) )
7544, 29, 47, 74syl3anc 1184 . . . 4  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ( ! `
 ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  <_ 
( ! `  N
)  /\  ( ! `  N )  <_  (
( ! `  M
)  x.  ( ! `
 N ) ) )  ->  ( ! `  ( |_ `  (
( M  +  N
)  /  2 ) ) )  <_  (
( ! `  M
)  x.  ( ! `
 N ) ) ) )
7673, 75mpan2d 656 . . 3  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2 ) ) )  <_  ( ! `  N )  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  /  2
) ) )  <_ 
( ( ! `  M )  x.  ( ! `  N )
) ) )
7756, 60, 763syld 53 . 2  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ( M  +  N )  / 
2 )  <_  N  ->  ( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )  <_  ( ( ! `
 M )  x.  ( ! `  N
) ) ) )
78 avgle 10201 . . 3  |-  ( ( M  e.  RR  /\  N  e.  RR )  ->  ( ( ( M  +  N )  / 
2 )  <_  M  \/  ( ( M  +  N )  /  2
)  <_  N )
)
798, 52, 78syl2an 464 . 2  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ( ( M  +  N )  / 
2 )  <_  M  \/  ( ( M  +  N )  /  2
)  <_  N )
)
8051, 77, 79mpjaod 371 1  |-  ( ( M  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( ! `  ( |_ `  ( ( M  +  N )  / 
2 ) ) )  <_  ( ( ! `
 M )  x.  ( ! `  N
) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 177    \/ wo 358    /\ wa 359    = wceq 1652    e. wcel 1725   class class class wbr 4204   ` cfv 5446  (class class class)co 6073   RRcr 8981   0cc0 8982   1c1 8983    + caddc 8985    x. cmul 8987    <_ cle 9113    / cdiv 9669   NNcn 9992   2c2 10041   NN0cn0 10213   |_cfl 11193   !cfa 11558
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-13 1727  ax-14 1729  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2416  ax-sep 4322  ax-nul 4330  ax-pow 4369  ax-pr 4395  ax-un 4693  ax-cnex 9038  ax-resscn 9039  ax-1cn 9040  ax-icn 9041  ax-addcl 9042  ax-addrcl 9043  ax-mulcl 9044  ax-mulrcl 9045  ax-mulcom 9046  ax-addass 9047  ax-mulass 9048  ax-distr 9049  ax-i2m1 9050  ax-1ne0 9051  ax-1rid 9052  ax-rnegex 9053  ax-rrecex 9054  ax-cnre 9055  ax-pre-lttri 9056  ax-pre-lttrn 9057  ax-pre-ltadd 9058  ax-pre-mulgt0 9059  ax-pre-sup 9060
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2284  df-mo 2285  df-clab 2422  df-cleq 2428  df-clel 2431  df-nfc 2560  df-ne 2600  df-nel 2601  df-ral 2702  df-rex 2703  df-reu 2704  df-rmo 2705  df-rab 2706  df-v 2950  df-sbc 3154  df-csb 3244  df-dif 3315  df-un 3317  df-in 3319  df-ss 3326  df-pss 3328  df-nul 3621  df-if 3732  df-pw 3793  df-sn 3812  df-pr 3813  df-tp 3814  df-op 3815  df-uni 4008  df-iun 4087  df-br 4205  df-opab 4259  df-mpt 4260  df-tr 4295  df-eprel 4486  df-id 4490  df-po 4495  df-so 4496  df-fr 4533  df-we 4535  df-ord 4576  df-on 4577  df-lim 4578  df-suc 4579  df-om 4838  df-xp 4876  df-rel 4877  df-cnv 4878  df-co 4879  df-dm 4880  df-rn 4881  df-res 4882  df-ima 4883  df-iota 5410  df-fun 5448  df-fn 5449  df-f 5450  df-f1 5451  df-fo 5452  df-f1o 5453  df-fv 5454  df-ov 6076  df-oprab 6077  df-mpt2 6078  df-2nd 6342  df-riota 6541  df-recs 6625  df-rdg 6660  df-er 6897  df-en 7102  df-dom 7103  df-sdom 7104  df-sup 7438  df-pnf 9114  df-mnf 9115  df-xr 9116  df-ltxr 9117  df-le 9118  df-sub 9285  df-neg 9286  df-div 9670  df-nn 9993  df-2 10050  df-n0 10214  df-z 10275  df-uz 10481  df-fl 11194  df-seq 11316  df-fac 11559
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