Theorem bccl 10919

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 5958	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 0 → (𝑚C𝑘) = (0C𝑘))
2	1	eleq1d 2275	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 0 → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (0C𝑘) ∈ ℕ0))
3	2	ralbidv 2507	. . 3 ⊢ (𝑚 = 0 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ (0C𝑘) ∈ ℕ0))
4		oveq1 5958	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (𝑚C𝑘) = (𝑛C𝑘))
5	4	eleq1d 2275	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0))
6	5	ralbidv 2507	. . 3 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0))
7		oveq1 5958	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = (𝑛 + 1) → (𝑚C𝑘) = ((𝑛 + 1)C𝑘))
8	7	eleq1d 2275	. . . 4 ⊢ (𝑚 = (𝑛 + 1) → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
9	8	ralbidv 2507	. . 3 ⊢ (𝑚 = (𝑛 + 1) → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
10		oveq1 5958	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → (𝑚C𝑘) = (𝑁C𝑘))
11	10	eleq1d 2275	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0))
12	11	ralbidv 2507	. . 3 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0))
13		elfz1eq 10164	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (0...0) → 𝑘 = 0)
14	13	adantl 277	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ (0...0)) → 𝑘 = 0)
15		oveq2 5959	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 0 → (0C𝑘) = (0C0))
16		0nn0 9317	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℕ0
17		bcn0 10907	. . . . . . . . 9 ⊢ (0 ∈ ℕ0 → (0C0) = 1)
18	16, 17	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ (0C0) = 1
19		1nn0 9318	. . . . . . . 8 ⊢ 1 ∈ ℕ0
20	18, 19	eqeltri 2279	. . . . . . 7 ⊢ (0C0) ∈ ℕ0
21	15, 20	eqeltrdi 2297	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 0 → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
22	14, 21	syl 14	. . . . 5 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
23		bcval3 10903	. . . . . . 7 ⊢ ((0 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) = 0)
24	16, 23	mp3an1 1337	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) = 0)
25	24, 16	eqeltrdi 2297	. . . . 5 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
26		0zd 9391	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → 0 ∈ ℤ)
27		fzdcel 10169	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ ∧ 0 ∈ ℤ) → DECID 𝑘 ∈ (0...0))
28		exmiddc 838	. . . . . . 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 1352	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (𝑘 ∈ (0...0) ∨ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)))
31	22, 25, 30	mpjaodan 800	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
32	31	rgen 2560	. . 3 ⊢ ∀𝑘 ∈ ℤ (0C𝑘) ∈ ℕ0
33		oveq2 5959	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑛C𝑘) = (𝑛C𝑚))
34	33	eleq1d 2275	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → ((𝑛C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0))
35	34	cbvralv 2739	. . . 4 ⊢ (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0)
36		bcpasc 10918	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) = ((𝑛 + 1)C𝑘))
37	36	adantlr 477	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) = ((𝑛 + 1)C𝑘))
38		oveq2 5959	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 = 𝑘 → (𝑛C𝑚) = (𝑛C𝑘))
39	38	eleq1d 2275	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 = 𝑘 → ((𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0))
40	39	rspccva 2877	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0)
41		peano2zm 9417	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (𝑘 − 1) ∈ ℤ)
42		oveq2 5959	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑚 = (𝑘 − 1) → (𝑛C𝑚) = (𝑛C(𝑘 − 1)))
43	42	eleq1d 2275	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 = (𝑘 − 1) → ((𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C(𝑘 − 1)) ∈ ℕ0))
44	43	rspccva 2877	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ (𝑘 − 1) ∈ ℤ) → (𝑛C(𝑘 − 1)) ∈ ℕ0)
45	41, 44	sylan2 286	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑛C(𝑘 − 1)) ∈ ℕ0)
46	40, 45	nn0addcld 9359	. . . . . . . 8 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) ∈ ℕ0)
47	46	adantll 476	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) ∈ ℕ0)
48	37, 47	eqeltrrd 2284	. . . . . 6 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0)
49	48	ralrimiva 2580	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) → ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0)
50	49	ex 115	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 → ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
51	35, 50	biimtrid 152	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0 → ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
52	3, 6, 9, 12, 32, 51	nn0ind 9494	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → ∀𝑘 ∈ ℤ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0)
53		oveq2 5959	. . . 4 ⊢ (𝑘 = 𝐾 → (𝑁C𝑘) = (𝑁C𝐾))
54	53	eleq1d 2275	. . 3 ⊢ (𝑘 = 𝐾 → ((𝑁C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑁C𝐾) ∈ ℕ0))
55	54	rspccva 2877	. 2 ⊢ ((∀𝑘 ∈ ℤ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0 ∧ 𝐾 ∈ ℤ) → (𝑁C𝐾) ∈ ℕ0)
56	52, 55	sylan 283	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐾 ∈ ℤ) → (𝑁C𝐾) ∈ ℕ0)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ∨ wo 710  DECID wdc 836   ∧ w3a 981   = wceq 1373   ∈ wcel 2177  ∀wral 2485  (class class class)co 5951  0cc0 7932  1c1 7933   + caddc 7935   − cmin 8250  ℕ₀cn0 9302  ℤcz 9379  ...cfz 10137  Ccbc 10899

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 615  ax-in2 616  ax-io 711  ax-5 1471  ax-7 1472  ax-gen 1473  ax-ie1 1517  ax-ie2 1518  ax-8 1528  ax-10 1529  ax-11 1530  ax-i12 1531  ax-bndl 1533  ax-4 1534  ax-17 1550  ax-i9 1554  ax-ial 1558  ax-i5r 1559  ax-13 2179  ax-14 2180  ax-ext 2188  ax-coll 4163  ax-sep 4166  ax-nul 4174  ax-pow 4222  ax-pr 4257  ax-un 4484  ax-setind 4589  ax-iinf 4640  ax-cnex 8023  ax-resscn 8024  ax-1cn 8025  ax-1re 8026  ax-icn 8027  ax-addcl 8028  ax-addrcl 8029  ax-mulcl 8030  ax-mulrcl 8031  ax-addcom 8032  ax-mulcom 8033  ax-addass 8034  ax-mulass 8035  ax-distr 8036  ax-i2m1 8037  ax-0lt1 8038  ax-1rid 8039  ax-0id 8040  ax-rnegex 8041  ax-precex 8042  ax-cnre 8043  ax-pre-ltirr 8044  ax-pre-ltwlin 8045  ax-pre-lttrn 8046  ax-pre-apti 8047  ax-pre-ltadd 8048  ax-pre-mulgt0 8049  ax-pre-mulext 8050

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 837  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2193  df-cleq 2199  df-clel 2202  df-nfc 2338  df-ne 2378  df-nel 2473  df-ral 2490  df-rex 2491  df-reu 2492  df-rmo 2493  df-rab 2494  df-v 2775  df-sbc 3000  df-csb 3095  df-dif 3169  df-un 3171  df-in 3173  df-ss 3180  df-nul 3462  df-if 3573  df-pw 3619  df-sn 3640  df-pr 3641  df-op 3643  df-uni 3853  df-int 3888  df-iun 3931  df-br 4048  df-opab 4110  df-mpt 4111  df-tr 4147  df-id 4344  df-po 4347  df-iso 4348  df-iord 4417  df-on 4419  df-ilim 4420  df-suc 4422  df-iom 4643  df-xp 4685  df-rel 4686  df-cnv 4687  df-co 4688  df-dm 4689  df-rn 4690  df-res 4691  df-ima 4692  df-iota 5237  df-fun 5278  df-fn 5279  df-f 5280  df-f1 5281  df-fo 5282  df-f1o 5283  df-fv 5284  df-riota 5906  df-ov 5954  df-oprab 5955  df-mpo 5956  df-1st 6233  df-2nd 6234  df-recs 6398  df-frec 6484  df-pnf 8116  df-mnf 8117  df-xr 8118  df-ltxr 8119  df-le 8120  df-sub 8252  df-neg 8253  df-reap 8655  df-ap 8662  df-div 8753  df-inn 9044  df-n0 9303  df-z 9380  df-uz 9656  df-q 9748  df-rp 9783  df-fz 10138  df-seqfrec 10600  df-fac 10878  df-bc 10900

This theorem is referenced by:  bccl2  10920  bcn2m1  10921  bcn2p1  10922  binomlem  11838  bcxmas  11844