Theorem bcm1n 11131

Description: The proportion of one binomial coefficient to another with N decreased by 1. (Contributed by Thierry Arnoux, 9-Nov-2016.)

Assertion

Ref	Expression
bcm1n	|- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( ( N - 1 ) _C K ) / ( N _C K ) ) = ( ( N - K ) / N ) )

Proof of Theorem bcm1n

Step	Hyp	Ref	Expression
1		bcp1n 11123	. . . . . . 7 |- ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) -> ( ( ( N - 1 ) + 1 ) _C K ) = ( ( ( N - 1 ) _C K ) x. ( ( ( N - 1 ) + 1 ) / ( ( ( N - 1 ) + 1 ) - K ) ) ) )
2		nnz 9596	. . . . . . . . . . . 12 |- ( N e. NN -> N e. ZZ )
3	2	zcnd 9701	. . . . . . . . . . 11 |- ( N e. NN -> N e. CC )
4	3	adantl 277	. . . . . . . . . 10 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> N e. CC )
5		1cnd 8290	. . . . . . . . . 10 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> 1 e. CC )
6	4, 5	npcand 8588	. . . . . . . . 9 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( N - 1 ) + 1 ) = N )
7	6	oveq1d 6065	. . . . . . . 8 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( ( N - 1 ) + 1 ) _C K ) = ( N _C K ) )
8	6	oveq1d 6065	. . . . . . . . . 10 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( ( N - 1 ) + 1 ) - K ) = ( N - K ) )
9	6, 8	oveq12d 6068	. . . . . . . . 9 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( ( N - 1 ) + 1 ) / ( ( ( N - 1 ) + 1 ) - K ) ) = ( N / ( N - K ) ) )
10	9	oveq2d 6066	. . . . . . . 8 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( ( N - 1 ) _C K ) x. ( ( ( N - 1 ) + 1 ) / ( ( ( N - 1 ) + 1 ) - K ) ) ) = ( ( ( N - 1 ) _C K ) x. ( N / ( N - K ) ) ) )
11	7, 10	eqeq12d 2247	. . . . . . 7 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( ( ( N - 1 ) + 1 ) _C K ) = ( ( ( N - 1 ) _C K ) x. ( ( ( N - 1 ) + 1 ) / ( ( ( N - 1 ) + 1 ) - K ) ) ) <-> ( N _C K ) = ( ( ( N - 1 ) _C K ) x. ( N / ( N - K ) ) ) ) )
12	1, 11	imbitrid 154	. . . . . 6 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) -> ( N _C K ) = ( ( ( N - 1 ) _C K ) x. ( N / ( N - K ) ) ) ) )
13	12	3impia 1227	. . . . 5 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN /\ K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) ) -> ( N _C K ) = ( ( ( N - 1 ) _C K ) x. ( N / ( N - K ) ) ) )
14	13	3anidm13 1333	. . . 4 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( N _C K ) = ( ( ( N - 1 ) _C K ) x. ( N / ( N - K ) ) ) )
15		elfznn0 10448	. . . . . . . . 9 |- ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) -> K e. NN0 )
16	15	adantr 276	. . . . . . . 8 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> K e. NN0 )
17		simpr 110	. . . . . . . . 9 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> N e. NN )
18	17	nnnn0d 9553	. . . . . . . 8 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> N e. NN0 )
19		elfzelz 10359	. . . . . . . . . . 11 |- ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) -> K e. ZZ )
20	19	adantr 276	. . . . . . . . . 10 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> K e. ZZ )
21	20	zred 9700	. . . . . . . . 9 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> K e. RR )
22	2	adantl 277	. . . . . . . . . 10 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> N e. ZZ )
23	22	zred 9700	. . . . . . . . 9 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> N e. RR )
24		elfzle2 10362	. . . . . . . . . . 11 |- ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) -> K <_ ( N - 1 ) )
25	24	adantr 276	. . . . . . . . . 10 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> K <_ ( N - 1 ) )
26		zltlem1 9635	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( K e. ZZ /\ N e. ZZ ) -> ( K < N <-> K <_ ( N - 1 ) ) )
27	19, 2, 26	syl2an 289	. . . . . . . . . 10 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( K < N <-> K <_ ( N - 1 ) ) )
28	25, 27	mpbird 167	. . . . . . . . 9 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> K < N )
29	21, 23, 28	ltled 8392	. . . . . . . 8 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> K <_ N )
30		elfz2nn0 10446	. . . . . . . 8 |- ( K e. ( 0 ... N ) <-> ( K e. NN0 /\ N e. NN0 /\ K <_ N ) )
31	16, 18, 29, 30	syl3anbrc 1208	. . . . . . 7 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> K e. ( 0 ... N ) )
32		bcrpcl 11115	. . . . . . 7 |- ( K e. ( 0 ... N ) -> ( N _C K ) e. RR+ )
33	31, 32	syl 14	. . . . . 6 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( N _C K ) e. RR+ )
34	33	rpcnd 10031	. . . . 5 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( N _C K ) e. CC )
35	19	zcnd 9701	. . . . . . . 8 |- ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) -> K e. CC )
36	35	adantr 276	. . . . . . 7 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> K e. CC )
37	4, 36	subcld 8584	. . . . . 6 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( N - K ) e. CC )
38	36, 4	negsubdi2d 8600	. . . . . . 7 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> -u ( K - N ) = ( N - K ) )
39	21, 23	resubcld 8654	. . . . . . . . 9 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( K - N ) e. RR )
40	39	recnd 8302	. . . . . . . 8 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( K - N ) e. CC )
41	4	addlidd 8423	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( 0 + N ) = N )
42	28, 41	breqtrrd 4137	. . . . . . . . . 10 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> K < ( 0 + N ) )
43		0red 8275	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> 0 e. RR )
44	21, 23, 43	ltsubaddd 8815	. . . . . . . . . 10 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( K - N ) < 0 <-> K < ( 0 + N ) ) )
45	42, 44	mpbird 167	. . . . . . . . 9 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( K - N ) < 0 )
46	39, 45	lt0ap0d 8923	. . . . . . . 8 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( K - N ) # 0 )
47	40, 46	negap0d 8905	. . . . . . 7 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> -u ( K - N ) # 0 )
48	38, 47	eqbrtrrd 4133	. . . . . 6 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( N - K ) # 0 )
49	4, 37, 48	divclapd 9064	. . . . 5 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( N / ( N - K ) ) e. CC )
50		bcrpcl 11115	. . . . . . 7 |- ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) -> ( ( N - 1 ) _C K ) e. RR+ )
51	50	adantr 276	. . . . . 6 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( N - 1 ) _C K ) e. RR+ )
52	51	rpcnd 10031	. . . . 5 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( N - 1 ) _C K ) e. CC )
53	51	rpap0d 10035	. . . . 5 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( N - 1 ) _C K ) # 0 )
54	34, 49, 52, 53	divmulap2d 9098	. . . 4 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( ( N _C K ) / ( ( N - 1 ) _C K ) ) = ( N / ( N - K ) ) <-> ( N _C K ) = ( ( ( N - 1 ) _C K ) x. ( N / ( N - K ) ) ) ) )
55	14, 54	mpbird 167	. . 3 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( N _C K ) / ( ( N - 1 ) _C K ) ) = ( N / ( N - K ) ) )
56	55	oveq2d 6066	. 2 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( 1 / ( ( N _C K ) / ( ( N - 1 ) _C K ) ) ) = ( 1 / ( N / ( N - K ) ) ) )
57		bccl2 11130	. . . . 5 |- ( K e. ( 0 ... N ) -> ( N _C K ) e. NN )
58	31, 57	syl 14	. . . 4 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( N _C K ) e. NN )
59	58	nnap0d 9283	. . 3 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( N _C K ) # 0 )
60	34, 52, 59, 53	recdivapd 9081	. 2 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( 1 / ( ( N _C K ) / ( ( N - 1 ) _C K ) ) ) = ( ( ( N - 1 ) _C K ) / ( N _C K ) ) )
61	17	nnap0d 9283	. . 3 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> N # 0 )
62	4, 37, 61, 48	recdivapd 9081	. 2 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( 1 / ( N / ( N - K ) ) ) = ( ( N - K ) / N ) )
63	56, 60, 62	3eqtr3d 2273	1 |- ( ( K e. ( 0 ... ( N - 1 ) ) /\ N e. NN ) -> ( ( ( N - 1 ) _C K ) / ( N _C K ) ) = ( ( N - K ) / N ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   <-> wb 105   = wceq 1398   e. wcel 2203   class class class wbr 4109  (class class class)co 6050   CCcc 8125   0cc0 8127   1c1 8128   + caddc 8130   x. cmul 8132   < clt 8308   <_ cle 8309   - cmin 8444   -ucneg 8445   # cap 8855   / cdiv 8946   NNcn 9237   NN0cn0 9496   ZZcz 9577   RR+crp 9986   ...cfz 10342   _C cbc 11109

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 619  ax-in2 620  ax-io 717  ax-5 1496  ax-7 1497  ax-gen 1498  ax-ie1 1542  ax-ie2 1543  ax-8 1553  ax-10 1554  ax-11 1555  ax-i12 1556  ax-bndl 1558  ax-4 1559  ax-17 1575  ax-i9 1579  ax-ial 1583  ax-i5r 1584  ax-13 2205  ax-14 2206  ax-ext 2214  ax-coll 4225  ax-sep 4228  ax-nul 4236  ax-pow 4287  ax-pr 4322  ax-un 4554  ax-setind 4659  ax-iinf 4710  ax-cnex 8218  ax-resscn 8219  ax-1cn 8220  ax-1re 8221  ax-icn 8222  ax-addcl 8223  ax-addrcl 8224  ax-mulcl 8225  ax-mulrcl 8226  ax-addcom 8227  ax-mulcom 8228  ax-addass 8229  ax-mulass 8230  ax-distr 8231  ax-i2m1 8232  ax-0lt1 8233  ax-1rid 8234  ax-0id 8235  ax-rnegex 8236  ax-precex 8237  ax-cnre 8238  ax-pre-ltirr 8239  ax-pre-ltwlin 8240  ax-pre-lttrn 8241  ax-pre-apti 8242  ax-pre-ltadd 8243  ax-pre-mulgt0 8244  ax-pre-mulext 8245

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 843  df-3or 1006  df-3an 1007  df-tru 1401  df-fal 1404  df-nf 1510  df-sb 1812  df-eu 2083  df-mo 2084  df-clab 2219  df-cleq 2225  df-clel 2228  df-nfc 2373  df-ne 2413  df-nel 2508  df-ral 2525  df-rex 2526  df-reu 2527  df-rmo 2528  df-rab 2529  df-v 2815  df-sbc 3043  df-csb 3139  df-dif 3213  df-un 3215  df-in 3217  df-ss 3224  df-nul 3509  df-if 3621  df-pw 3671  df-sn 3695  df-pr 3696  df-op 3698  df-uni 3915  df-int 3950  df-iun 3993  df-br 4110  df-opab 4172  df-mpt 4173  df-tr 4209  df-id 4414  df-po 4417  df-iso 4418  df-iord 4487  df-on 4489  df-ilim 4490  df-suc 4492  df-iom 4713  df-xp 4755  df-rel 4756  df-cnv 4757  df-co 4758  df-dm 4759  df-rn 4760  df-res 4761  df-ima 4762  df-iota 5312  df-fun 5354  df-fn 5355  df-f 5356  df-f1 5357  df-fo 5358  df-f1o 5359  df-fv 5360  df-riota 6003  df-ov 6053  df-oprab 6054  df-mpo 6055  df-1st 6334  df-2nd 6335  df-recs 6536  df-frec 6622  df-pnf 8310  df-mnf 8311  df-xr 8312  df-ltxr 8313  df-le 8314  df-sub 8446  df-neg 8447  df-reap 8849  df-ap 8856  df-div 8947  df-inn 9238  df-n0 9497  df-z 9578  df-uz 9854  df-q 9952  df-rp 9987  df-fz 10343  df-seqfrec 10810  df-fac 11088  df-bc 11110

This theorem is referenced by:  ballotfilem2  13142