Theorem bccl 14142

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 7349	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 0 → (𝑚C𝑘) = (0C𝑘))
2	1	eleq1d 2822	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 0 → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (0C𝑘) ∈ ℕ0))
3	2	ralbidv 3171	. . 3 ⊢ (𝑚 = 0 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ (0C𝑘) ∈ ℕ0))
4		oveq1 7349	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (𝑚C𝑘) = (𝑛C𝑘))
5	4	eleq1d 2822	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0))
6	5	ralbidv 3171	. . 3 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0))
7		oveq1 7349	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = (𝑛 + 1) → (𝑚C𝑘) = ((𝑛 + 1)C𝑘))
8	7	eleq1d 2822	. . . 4 ⊢ (𝑚 = (𝑛 + 1) → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
9	8	ralbidv 3171	. . 3 ⊢ (𝑚 = (𝑛 + 1) → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
10		oveq1 7349	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → (𝑚C𝑘) = (𝑁C𝑘))
11	10	eleq1d 2822	. . . 4 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → ((𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0))
12	11	ralbidv 3171	. . 3 ⊢ (𝑚 = 𝑁 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑚C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑘 ∈ ℤ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0))
13		elfz1eq 13373	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (0...0) → 𝑘 = 0)
14	13	adantl 483	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ (0...0)) → 𝑘 = 0)
15		oveq2 7350	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 0 → (0C𝑘) = (0C0))
16		0nn0 12354	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℕ0
17		bcn0 14130	. . . . . . . . 9 ⊢ (0 ∈ ℕ0 → (0C0) = 1)
18	16, 17	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ (0C0) = 1
19		1nn0 12355	. . . . . . . 8 ⊢ 1 ∈ ℕ0
20	18, 19	eqeltri 2834	. . . . . . 7 ⊢ (0C0) ∈ ℕ0
21	15, 20	eqeltrdi 2846	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 0 → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
22	14, 21	syl 17	. . . . 5 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
23		bcval3 14126	. . . . . . 7 ⊢ ((0 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) = 0)
24	16, 23	mp3an1 1448	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) = 0)
25	24, 16	eqeltrdi 2846	. . . . 5 ⊢ ((𝑘 ∈ ℤ ∧ ¬ 𝑘 ∈ (0...0)) → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
26	22, 25	pm2.61dan 811	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (0C𝑘) ∈ ℕ0)
27	26	rgen 3064	. . 3 ⊢ ∀𝑘 ∈ ℤ (0C𝑘) ∈ ℕ0
28		oveq2 7350	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑛C𝑘) = (𝑛C𝑚))
29	28	eleq1d 2822	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → ((𝑛C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0))
30	29	cbvralvw 3222	. . . 4 ⊢ (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0)
31		bcpasc 14141	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) = ((𝑛 + 1)C𝑘))
32	31	adantlr 713	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) = ((𝑛 + 1)C𝑘))
33		oveq2 7350	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 = 𝑘 → (𝑛C𝑚) = (𝑛C𝑘))
34	33	eleq1d 2822	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 = 𝑘 → ((𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0))
35	34	rspccva 3573	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0)
36		peano2zm 12469	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (𝑘 − 1) ∈ ℤ)
37		oveq2 7350	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑚 = (𝑘 − 1) → (𝑛C𝑚) = (𝑛C(𝑘 − 1)))
38	37	eleq1d 2822	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 = (𝑘 − 1) → ((𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ↔ (𝑛C(𝑘 − 1)) ∈ ℕ0))
39	38	rspccva 3573	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ (𝑘 − 1) ∈ ℤ) → (𝑛C(𝑘 − 1)) ∈ ℕ0)
40	36, 39	sylan2 594	. . . . . . . . 9 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑛C(𝑘 − 1)) ∈ ℕ0)
41	35, 40	nn0addcld 12403	. . . . . . . 8 ⊢ ((∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) ∈ ℕ0)
42	41	adantll 712	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛C𝑘) + (𝑛C(𝑘 − 1))) ∈ ℕ0)
43	32, 42	eqeltrrd 2839	. . . . . 6 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0)
44	43	ralrimiva 3140	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ0 ∧ ∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0) → ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0)
45	44	ex 414	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (∀𝑚 ∈ ℤ (𝑛C𝑚) ∈ ℕ0 → ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
46	30, 45	biimtrid 241	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → (∀𝑘 ∈ ℤ (𝑛C𝑘) ∈ ℕ0 → ∀𝑘 ∈ ℤ ((𝑛 + 1)C𝑘) ∈ ℕ0))
47	3, 6, 9, 12, 27, 46	nn0ind 12521	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → ∀𝑘 ∈ ℤ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0)
48		oveq2 7350	. . . 4 ⊢ (𝑘 = 𝐾 → (𝑁C𝑘) = (𝑁C𝐾))
49	48	eleq1d 2822	. . 3 ⊢ (𝑘 = 𝐾 → ((𝑁C𝑘) ∈ ℕ0 ↔ (𝑁C𝐾) ∈ ℕ0))
50	49	rspccva 3573	. 2 ⊢ ((∀𝑘 ∈ ℤ (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0 ∧ 𝐾 ∈ ℤ) → (𝑁C𝐾) ∈ ℕ0)
51	47, 50	sylan 581	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐾 ∈ ℤ) → (𝑁C𝐾) ∈ ℕ0)

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 397   = wceq 1541   ∈ wcel 2106  ∀wral 3062  (class class class)co 7342  0cc0 10977  1c1 10978   + caddc 10980   − cmin 11311  ℕ₀cn0 12339  ℤcz 12425  ...cfz 13345  Ccbc 14122

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2708  ax-sep 5248  ax-nul 5255  ax-pow 5313  ax-pr 5377  ax-un 7655  ax-cnex 11033  ax-resscn 11034  ax-1cn 11035  ax-icn 11036  ax-addcl 11037  ax-addrcl 11038  ax-mulcl 11039  ax-mulrcl 11040  ax-mulcom 11041  ax-addass 11042  ax-mulass 11043  ax-distr 11044  ax-i2m1 11045  ax-1ne0 11046  ax-1rid 11047  ax-rnegex 11048  ax-rrecex 11049  ax-cnre 11050  ax-pre-lttri 11051  ax-pre-lttrn 11052  ax-pre-ltadd 11053  ax-pre-mulgt0 11054

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2539  df-eu 2568  df-clab 2715  df-cleq 2729  df-clel 2815  df-nfc 2887  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3350  df-reu 3351  df-rab 3405  df-v 3444  df-sbc 3732  df-csb 3848  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3921  df-nul 4275  df-if 4479  df-pw 4554  df-sn 4579  df-pr 4581  df-op 4585  df-uni 4858  df-iun 4948  df-br 5098  df-opab 5160  df-mpt 5181  df-tr 5215  df-id 5523  df-eprel 5529  df-po 5537  df-so 5538  df-fr 5580  df-we 5582  df-xp 5631  df-rel 5632  df-cnv 5633  df-co 5634  df-dm 5635  df-rn 5636  df-res 5637  df-ima 5638  df-pred 6243  df-ord 6310  df-on 6311  df-lim 6312  df-suc 6313  df-iota 6436  df-fun 6486  df-fn 6487  df-f 6488  df-f1 6489  df-fo 6490  df-f1o 6491  df-fv 6492  df-riota 7298  df-ov 7345  df-oprab 7346  df-mpo 7347  df-om 7786  df-1st 7904  df-2nd 7905  df-frecs 8172  df-wrecs 8203  df-recs 8277  df-rdg 8316  df-er 8574  df-en 8810  df-dom 8811  df-sdom 8812  df-pnf 11117  df-mnf 11118  df-xr 11119  df-ltxr 11120  df-le 11121  df-sub 11313  df-neg 11314  df-div 11739  df-nn 12080  df-n0 12340  df-z 12426  df-uz 12689  df-rp 12837  df-fz 13346  df-seq 13828  df-fac 14094  df-bc 14123

This theorem is referenced by:  bccl2  14143  bcn2m1  14144  bcn2p1  14145  binomlem  15641  bcxmas  15647  binomfallfaclem1  15849  binomfallfaclem2  15850  binomrisefac  15852  bpolycl  15862  bpolysum  15863  bpolydiflem  15864  bpoly4  15869  srgbinomlem3  19873  srgbinomlem4  19874  srgbinomlem  19875  chpscmatgsummon  22100  basellem2  26337  basellem3  26338  basellem5  26340  chtublem  26465  bcmono  26531  bcp1ctr  26533  bclbnd  26534  prmdvdsbc  31415  freshmansdream  31769  bcprod  33994  bccolsum  33995  fwddifnp1  34604  lcmineqlem1  40340  lcmineqlem2  40341  lcmineqlem17  40356  2ap1caineq  40407  jm2.22  41129  jm2.23  41130  bccld  43239  altgsumbc  46104  altgsumbcALT  46105