Theorem bccl 10229

Description: A binomial coefficient, in its extended domain, is a nonnegative integer. (Contributed by NM, 10-Jul-2005.) (Revised by Mario Carneiro, 9-Nov-2013.)

Assertion

Ref	Expression
bccl	⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐾 ∈ ℤ) → (𝑁C𝐾) ∈ ℕ0)

Proof of Theorem bccl

Dummy variables 𝑘 𝑚 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oveq1 5673	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 0 → (𝑚C𝑘) = (0C𝑘))
2	1	eleq1d 2157	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 0 → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (0C𝑘) ∈ ℕ0))
3	2	ralbidv 2381	. . 3 ⊢ (𝑚 = 0 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ (0C𝑘) ∈ ℕ0))
4		oveq1 5673	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (𝑚C𝑘) = (𝑛C𝑘))
5	4	eleq1d 2157	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0))
6	5	ralbidv 2381	. . 3 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0))
7		oveq1 5673	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = (𝑛 + 1) → (𝑚C𝑘) = ((𝑛 + 1)C𝑘))
8	7	eleq1d 2157	. . . 4 ⊢ (𝑚 = (𝑛 + 1) → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
9	8	ralbidv 2381	. . 3 ⊢ (𝑚 = (𝑛 + 1) → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
10		oveq1 5673	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → (𝑚C𝑘) = (𝑁C𝑘))
11	10	eleq1d 2157	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0))
12	11	ralbidv 2381	. . 3 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0))
13		elfz1eq 9503	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (0...0) → 𝑘 = 0)
14	13	adantl 272	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ (0...0)) → 𝑘 = 0)
15		oveq2 5674	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 0 → (0C𝑘) = (0C0))
16		0nn0 8742	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℕ0
17		bcn0 10217	. . . . . . . . 9 ⊢ (0 ∈ ℕ0 → (0C0) = 1)
18	16, 17	ax-mp 7	. . . . . . . 8 ⊢ (0C0) = 1
19		1nn0 8743	. . . . . . . 8 ⊢ 1 ∈ ℕ0
20	18, 19	eqeltri 2161	. . . . . . 7 ⊢ (0C0) ∈ ℕ0
21	15, 20	syl6eqel 2179	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 0 → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
22	14, 21	syl 14	. . . . 5 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
23		bcval3 10213	. . . . . . 7 ⊢ ((0 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) = 0)
24	16, 23	mp3an1 1261	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) = 0)
25	24, 16	syl6eqel 2179	. . . . 5 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
26		0zd 8816	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → 0 ∈ ℤ)
27		fzdcel 9508	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ) → DECID 𝑘 ∈ (0...0))
28		exmiddc 783	. . . . . . 7 ⊢ (DECID 𝑘 ∈ (0...0) → (𝑘 ∈ (0...0) ∨ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)))
29	27, 28	syl 14	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ (0...0) ∨ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)))
30	26, 26, 29	mpd3an23 1276	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (𝑘 ∈ (0...0) ∨ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)))
31	22, 25, 30	mpjaodan 748	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
32	31	rgen 2429	. . 3 ⊢ ∀𝑘 ∈ ℤ (0C𝑘) ∈ ℕ0
33		oveq2 5674	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑛C𝑘) = (𝑛C𝑚))
34	33	eleq1d 2157	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → ((𝑛C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0))
35	34	cbvralv 2591	. . . 4 ⊢ (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0)
36		bcpasc 10228	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) = ((𝑛 + 1)C𝑘))
37	36	adantlr 462	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) = ((𝑛 + 1)C𝑘))
38		oveq2 5674	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 = 𝑘 → (𝑛C𝑚) = (𝑛C𝑘))
39	38	eleq1d 2157	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 = 𝑘 → ((𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0))
40	39	rspccva 2722	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0)
41		peano2zm 8842	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (𝑘 − 1) ∈ ℤ)
42		oveq2 5674	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑚 = (𝑘 − 1) → (𝑛C𝑚) = (𝑛C(𝑘 − 1)))
43	42	eleq1d 2157	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 = (𝑘 − 1) → ((𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C(𝑘 − 1)) ∈ ℕ0))
44	43	rspccva 2722	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ (𝑘 − 1) ∈ ℤ) → (𝑛C(𝑘 − 1)) ∈ ℕ0)
45	41, 44	sylan2 281	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑛C(𝑘 − 1)) ∈ ℕ0)
46	40, 45	nn0addcld 8784	. . . . . . . 8 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) ∈ ℕ0)
47	46	adantll 461	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) ∈ ℕ0)
48	37, 47	eqeltrrd 2166	. . . . . 6 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0)
49	48	ralrimiva 2447	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) → ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0)
50	49	ex 114	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 → ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
51	35, 50	syl5bi 151	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0 → ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
52	3, 6, 9, 12, 32, 51	nn0ind 8914	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → ∀𝑘 ∈ ℤ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0)
53		oveq2 5674	. . . 4 ⊢ (𝑘 = 𝐾 → (𝑁C𝑘) = (𝑁C𝐾))
54	53	eleq1d 2157	. . 3 ⊢ (𝑘 = 𝐾 → ((𝑁C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑁C𝐾) ∈ ℕ0))
55	54	rspccva 2722	. 2 ⊢ ((∀𝑘 ∈ ℤ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0 ∧ 𝐾 ∈ ℤ) → (𝑁C𝐾) ∈ ℕ0)
56	52, 55	sylan 278	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐾 ∈ ℤ) → (𝑁C𝐾) ∈ ℕ0)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 103   ∨ wo 665  DECID wdc 781   ∧ w3a 925   = wceq 1290   ∈ wcel 1439  ∀wral 2360  (class class class)co 5666  0cc0 7404  1c1 7405   + caddc 7407   − cmin 7707  ℕ₀cn0 8727  ℤcz 8804  ...cfz 9478  Ccbc 10209

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 580  ax-in2 581  ax-io 666  ax-5 1382  ax-7 1383  ax-gen 1384  ax-ie1 1428  ax-ie2 1429  ax-8 1441  ax-10 1442  ax-11 1443  ax-i12 1444  ax-bndl 1445  ax-4 1446  ax-13 1450  ax-14 1451  ax-17 1465  ax-i9 1469  ax-ial 1473  ax-i5r 1474  ax-ext 2071  ax-coll 3960  ax-sep 3963  ax-nul 3971  ax-pow 4015  ax-pr 4045  ax-un 4269  ax-setind 4366  ax-iinf 4416  ax-cnex 7490  ax-resscn 7491  ax-1cn 7492  ax-1re 7493  ax-icn 7494  ax-addcl 7495  ax-addrcl 7496  ax-mulcl 7497  ax-mulrcl 7498  ax-addcom 7499  ax-mulcom 7500  ax-addass 7501  ax-mulass 7502  ax-distr 7503  ax-i2m1 7504  ax-0lt1 7505  ax-1rid 7506  ax-0id 7507  ax-rnegex 7508  ax-precex 7509  ax-cnre 7510  ax-pre-ltirr 7511  ax-pre-ltwlin 7512  ax-pre-lttrn 7513  ax-pre-apti 7514  ax-pre-ltadd 7515  ax-pre-mulgt0 7516  ax-pre-mulext 7517

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-dc 782  df-3or 926  df-3an 927  df-tru 1293  df-fal 1296  df-nf 1396  df-sb 1694  df-eu 1952  df-mo 1953  df-clab 2076  df-cleq 2082  df-clel 2085  df-nfc 2218  df-ne 2257  df-nel 2352  df-ral 2365  df-rex 2366  df-reu 2367  df-rmo 2368  df-rab 2369  df-v 2622  df-sbc 2842  df-csb 2935  df-dif 3002  df-un 3004  df-in 3006  df-ss 3013  df-nul 3288  df-if 3398  df-pw 3435  df-sn 3456  df-pr 3457  df-op 3459  df-uni 3660  df-int 3695  df-iun 3738  df-br 3852  df-opab 3906  df-mpt 3907  df-tr 3943  df-id 4129  df-po 4132  df-iso 4133  df-iord 4202  df-on 4204  df-ilim 4205  df-suc 4207  df-iom 4419  df-xp 4457  df-rel 4458  df-cnv 4459  df-co 4460  df-dm 4461  df-rn 4462  df-res 4463  df-ima 4464  df-iota 4993  df-fun 5030  df-fn 5031  df-f 5032  df-f1 5033  df-fo 5034  df-f1o 5035  df-fv 5036  df-riota 5622  df-ov 5669  df-oprab 5670  df-mpt2 5671  df-1st 5925  df-2nd 5926  df-recs 6084  df-frec 6170  df-pnf 7578  df-mnf 7579  df-xr 7580  df-ltxr 7581  df-le 7582  df-sub 7709  df-neg 7710  df-reap 8106  df-ap 8113  df-div 8194  df-inn 8477  df-n0 8728  df-z 8805  df-uz 9074  df-q 9159  df-rp 9189  df-fz 9479  df-iseq 9907  df-fac 10188  df-bc 10210

This theorem is referenced by:  bccl2  10230  bcn2m1  10231  bcn2p1  10232  binomlem  10931  bcxmas  10937