Theorem bclbnd 27247

Description: A bound on the binomial coefficient. (Contributed by Mario Carneiro, 11-Mar-2014.)

Assertion

Ref	Expression
bclbnd	⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → ((4↑𝑁) / 𝑁) < ((2 · 𝑁)C𝑁))

Proof of Theorem bclbnd

Dummy variables 𝑥 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oveq2 7366	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 4 → (4↑𝑥) = (4↑4))
2		id 22	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 4 → 𝑥 = 4)
3	1, 2	oveq12d 7376	. . 3 ⊢ (𝑥 = 4 → ((4↑𝑥) / 𝑥) = ((4↑4) / 4))
4		oveq2 7366	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 4 → (2 · 𝑥) = (2 · 4))
5	4, 2	oveq12d 7376	. . 3 ⊢ (𝑥 = 4 → ((2 · 𝑥)C𝑥) = ((2 · 4)C4))
6	3, 5	breq12d 5111	. 2 ⊢ (𝑥 = 4 → (((4↑𝑥) / 𝑥) < ((2 · 𝑥)C𝑥) ↔ ((4↑4) / 4) < ((2 · 4)C4)))
7		oveq2 7366	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (4↑𝑥) = (4↑𝑛))
8		id 22	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → 𝑥 = 𝑛)
9	7, 8	oveq12d 7376	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → ((4↑𝑥) / 𝑥) = ((4↑𝑛) / 𝑛))
10		oveq2 7366	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (2 · 𝑥) = (2 · 𝑛))
11	10, 8	oveq12d 7376	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → ((2 · 𝑥)C𝑥) = ((2 · 𝑛)C𝑛))
12	9, 11	breq12d 5111	. 2 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (((4↑𝑥) / 𝑥) < ((2 · 𝑥)C𝑥) ↔ ((4↑𝑛) / 𝑛) < ((2 · 𝑛)C𝑛)))
13		oveq2 7366	. . . 4 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → (4↑𝑥) = (4↑(𝑛 + 1)))
14		id 22	. . . 4 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → 𝑥 = (𝑛 + 1))
15	13, 14	oveq12d 7376	. . 3 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → ((4↑𝑥) / 𝑥) = ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)))
16		oveq2 7366	. . . 4 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → (2 · 𝑥) = (2 · (𝑛 + 1)))
17	16, 14	oveq12d 7376	. . 3 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → ((2 · 𝑥)C𝑥) = ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)))
18	15, 17	breq12d 5111	. 2 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → (((4↑𝑥) / 𝑥) < ((2 · 𝑥)C𝑥) ↔ ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
19		oveq2 7366	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → (4↑𝑥) = (4↑𝑁))
20		id 22	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → 𝑥 = 𝑁)
21	19, 20	oveq12d 7376	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → ((4↑𝑥) / 𝑥) = ((4↑𝑁) / 𝑁))
22		oveq2 7366	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → (2 · 𝑥) = (2 · 𝑁))
23	22, 20	oveq12d 7376	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → ((2 · 𝑥)C𝑥) = ((2 · 𝑁)C𝑁))
24	21, 23	breq12d 5111	. 2 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → (((4↑𝑥) / 𝑥) < ((2 · 𝑥)C𝑥) ↔ ((4↑𝑁) / 𝑁) < ((2 · 𝑁)C𝑁)))
25		6nn0 12422	. . . 4 ⊢ 6 ∈ ℕ0
26		7nn0 12423	. . . 4 ⊢ 7 ∈ ℕ0
27		4nn0 12420	. . . 4 ⊢ 4 ∈ ℕ0
28		0nn0 12416	. . . 4 ⊢ 0 ∈ ℕ0
29		4lt10 12743	. . . 4 ⊢ 4 < ;10
30		6lt7 12326	. . . 4 ⊢ 6 < 7
31	25, 26, 27, 28, 29, 30	decltc 12636	. . 3 ⊢ ;64 < ;70
32		2cn 12220	. . . . . 6 ⊢ 2 ∈ ℂ
33		2nn0 12418	. . . . . 6 ⊢ 2 ∈ ℕ0
34		3nn0 12419	. . . . . 6 ⊢ 3 ∈ ℕ0
35		expmul 14030	. . . . . 6 ⊢ ((2 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∈ ℕ0) → (2↑(2 · 3)) = ((2↑2)↑3))
36	32, 33, 34, 35	mp3an 1463	. . . . 5 ⊢ (2↑(2 · 3)) = ((2↑2)↑3)
37		sq2 14120	. . . . . . 7 ⊢ (2↑2) = 4
38	37	eqcomi 2745	. . . . . 6 ⊢ 4 = (2↑2)
39		4m1e3 12269	. . . . . 6 ⊢ (4 − 1) = 3
40	38, 39	oveq12i 7370	. . . . 5 ⊢ (4↑(4 − 1)) = ((2↑2)↑3)
41	36, 40	eqtr4i 2762	. . . 4 ⊢ (2↑(2 · 3)) = (4↑(4 − 1))
42		3cn 12226	. . . . . . 7 ⊢ 3 ∈ ℂ
43		3t2e6 12306	. . . . . . 7 ⊢ (3 · 2) = 6
44	42, 32, 43	mulcomli 11141	. . . . . 6 ⊢ (2 · 3) = 6
45	44	oveq2i 7369	. . . . 5 ⊢ (2↑(2 · 3)) = (2↑6)
46		2exp6 17014	. . . . 5 ⊢ (2↑6) = ;64
47	45, 46	eqtri 2759	. . . 4 ⊢ (2↑(2 · 3)) = ;64
48		4cn 12230	. . . . 5 ⊢ 4 ∈ ℂ
49		4ne0 12253	. . . . 5 ⊢ 4 ≠ 0
50		4z 12525	. . . . 5 ⊢ 4 ∈ ℤ
51		expm1 14035	. . . . 5 ⊢ ((4 ∈ ℂ ∧ 4 ≠ 0 ∧ 4 ∈ ℤ) → (4↑(4 − 1)) = ((4↑4) / 4))
52	48, 49, 50, 51	mp3an 1463	. . . 4 ⊢ (4↑(4 − 1)) = ((4↑4) / 4)
53	41, 47, 52	3eqtr3ri 2768	. . 3 ⊢ ((4↑4) / 4) = ;64
54		df-4 12210	. . . . . . 7 ⊢ 4 = (3 + 1)
55	54	oveq2i 7369	. . . . . 6 ⊢ (2 · 4) = (2 · (3 + 1))
56	55, 54	oveq12i 7370	. . . . 5 ⊢ ((2 · 4)C4) = ((2 · (3 + 1))C(3 + 1))
57		bcp1ctr 27246	. . . . . 6 ⊢ (3 ∈ ℕ0 → ((2 · (3 + 1))C(3 + 1)) = (((2 · 3)C3) · (2 · (((2 · 3) + 1) / (3 + 1)))))
58	34, 57	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ ((2 · (3 + 1))C(3 + 1)) = (((2 · 3)C3) · (2 · (((2 · 3) + 1) / (3 + 1))))
59		df-3 12209	. . . . . . . . 9 ⊢ 3 = (2 + 1)
60	59	oveq2i 7369	. . . . . . . 8 ⊢ (2 · 3) = (2 · (2 + 1))
61	60, 59	oveq12i 7370	. . . . . . 7 ⊢ ((2 · 3)C3) = ((2 · (2 + 1))C(2 + 1))
62		bcp1ctr 27246	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 ∈ ℕ0 → ((2 · (2 + 1))C(2 + 1)) = (((2 · 2)C2) · (2 · (((2 · 2) + 1) / (2 + 1)))))
63	33, 62	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 · (2 + 1))C(2 + 1)) = (((2 · 2)C2) · (2 · (((2 · 2) + 1) / (2 + 1))))
64		df-2 12208	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 = (1 + 1)
65	64	oveq2i 7369	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (2 · 2) = (2 · (1 + 1))
66	65, 64	oveq12i 7370	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2 · 2)C2) = ((2 · (1 + 1))C(1 + 1))
67		1nn0 12417	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 1 ∈ ℕ0
68		bcp1ctr 27246	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (1 ∈ ℕ0 → ((2 · (1 + 1))C(1 + 1)) = (((2 · 1)C1) · (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1)))))
69	67, 68	ax-mp 5	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2 · (1 + 1))C(1 + 1)) = (((2 · 1)C1) · (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1))))
70		1e0p1 12649	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ 1 = (0 + 1)
71	70	oveq2i 7369	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (2 · 1) = (2 · (0 + 1))
72	71, 70	oveq12i 7370	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((2 · 1)C1) = ((2 · (0 + 1))C(0 + 1))
73		bcp1ctr 27246	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (0 ∈ ℕ0 → ((2 · (0 + 1))C(0 + 1)) = (((2 · 0)C0) · (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1)))))
74	28, 73	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((2 · (0 + 1))C(0 + 1)) = (((2 · 0)C0) · (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1))))
75	33, 28	nn0mulcli 12439	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (2 · 0) ∈ ℕ0
76		bcn0 14233	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((2 · 0) ∈ ℕ0 → ((2 · 0)C0) = 1)
77	75, 76	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((2 · 0)C0) = 1
78		2t0e0 12309	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (2 · 0) = 0
79	78	oveq1i 7368	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((2 · 0) + 1) = (0 + 1)
80	79, 70	eqtr4i 2762	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((2 · 0) + 1) = 1
81	70	eqcomi 2745	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (0 + 1) = 1
82	80, 81	oveq12i 7370	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((2 · 0) + 1) / (0 + 1)) = (1 / 1)
83		1div1e1 11832	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (1 / 1) = 1
84	82, 83	eqtri 2759	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((2 · 0) + 1) / (0 + 1)) = 1
85	84	oveq2i 7369	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1))) = (2 · 1)
86		2t1e2 12303	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (2 · 1) = 2
87	85, 86	eqtri 2759	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1))) = 2
88	77, 87	oveq12i 7370	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((2 · 0)C0) · (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1)))) = (1 · 2)
89	32	mullidi 11137	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (1 · 2) = 2
90	88, 89	eqtri 2759	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((2 · 0)C0) · (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1)))) = 2
91	72, 74, 90	3eqtri 2763	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((2 · 1)C1) = 2
92	86	oveq1i 7368	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((2 · 1) + 1) = (2 + 1)
93	92, 59	eqtr4i 2762	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((2 · 1) + 1) = 3
94	64	eqcomi 2745	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (1 + 1) = 2
95	93, 94	oveq12i 7370	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((2 · 1) + 1) / (1 + 1)) = (3 / 2)
96	95	oveq2i 7369	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1))) = (2 · (3 / 2))
97		2ne0 12249	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ 2 ≠ 0
98	42, 32, 97	divcan2i 11884	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (2 · (3 / 2)) = 3
99	96, 98	eqtri 2759	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1))) = 3
100	91, 99	oveq12i 7370	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((2 · 1)C1) · (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1)))) = (2 · 3)
101	100, 44	eqtri 2759	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((2 · 1)C1) · (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1)))) = 6
102	66, 69, 101	3eqtri 2763	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 · 2)C2) = 6
103		2t2e4 12304	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (2 · 2) = 4
104	103	oveq1i 7368	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((2 · 2) + 1) = (4 + 1)
105		df-5 12211	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 5 = (4 + 1)
106	104, 105	eqtr4i 2762	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((2 · 2) + 1) = 5
107	59	eqcomi 2745	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 + 1) = 3
108	106, 107	oveq12i 7370	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((2 · 2) + 1) / (2 + 1)) = (5 / 3)
109	108	oveq2i 7369	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2 · (((2 · 2) + 1) / (2 + 1))) = (2 · (5 / 3))
110		5cn 12233	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 5 ∈ ℂ
111		3ne0 12251	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 3 ≠ 0
112	32, 110, 42, 111	divassi 11897	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2 · 5) / 3) = (2 · (5 / 3))
113	109, 112	eqtr4i 2762	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 · (((2 · 2) + 1) / (2 + 1))) = ((2 · 5) / 3)
114	102, 113	oveq12i 7370	. . . . . . . 8 ⊢ (((2 · 2)C2) · (2 · (((2 · 2) + 1) / (2 + 1)))) = (6 · ((2 · 5) / 3))
115	63, 114	eqtri 2759	. . . . . . 7 ⊢ ((2 · (2 + 1))C(2 + 1)) = (6 · ((2 · 5) / 3))
116		6cn 12236	. . . . . . . . 9 ⊢ 6 ∈ ℂ
117		2nn 12218	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ ℕ
118		5nn 12231	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 5 ∈ ℕ
119	117, 118	nnmulcli 12170	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2 · 5) ∈ ℕ
120	119	nncni 12155	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 · 5) ∈ ℂ
121	42, 111	pm3.2i 470	. . . . . . . . 9 ⊢ (3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0)
122		div12 11818	. . . . . . . . 9 ⊢ ((6 ∈ ℂ ∧ (2 · 5) ∈ ℂ ∧ (3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0)) → (6 · ((2 · 5) / 3)) = ((2 · 5) · (6 / 3)))
123	116, 120, 121, 122	mp3an 1463	. . . . . . . 8 ⊢ (6 · ((2 · 5) / 3)) = ((2 · 5) · (6 / 3))
124		5t2e10 12707	. . . . . . . . . 10 ⊢ (5 · 2) = ;10
125	110, 32, 124	mulcomli 11141	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 · 5) = ;10
126	116, 42, 32, 111	divmuli 11895	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((6 / 3) = 2 ↔ (3 · 2) = 6)
127	43, 126	mpbir 231	. . . . . . . . 9 ⊢ (6 / 3) = 2
128	125, 127	oveq12i 7370	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 · 5) · (6 / 3)) = (;10 · 2)
129	123, 128	eqtri 2759	. . . . . . 7 ⊢ (6 · ((2 · 5) / 3)) = (;10 · 2)
130	61, 115, 129	3eqtri 2763	. . . . . 6 ⊢ ((2 · 3)C3) = (;10 · 2)
131	44	oveq1i 7368	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 · 3) + 1) = (6 + 1)
132		df-7 12213	. . . . . . . . 9 ⊢ 7 = (6 + 1)
133	131, 132	eqtr4i 2762	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 · 3) + 1) = 7
134		3p1e4 12285	. . . . . . . 8 ⊢ (3 + 1) = 4
135	133, 134	oveq12i 7370	. . . . . . 7 ⊢ (((2 · 3) + 1) / (3 + 1)) = (7 / 4)
136	135	oveq2i 7369	. . . . . 6 ⊢ (2 · (((2 · 3) + 1) / (3 + 1))) = (2 · (7 / 4))
137	130, 136	oveq12i 7370	. . . . 5 ⊢ (((2 · 3)C3) · (2 · (((2 · 3) + 1) / (3 + 1)))) = ((;10 · 2) · (2 · (7 / 4)))
138	56, 58, 137	3eqtri 2763	. . . 4 ⊢ ((2 · 4)C4) = ((;10 · 2) · (2 · (7 / 4)))
139		10nn 12623	. . . . . . 7 ⊢ ;10 ∈ ℕ
140	139	nncni 12155	. . . . . 6 ⊢ ;10 ∈ ℂ
141		7cn 12239	. . . . . . . 8 ⊢ 7 ∈ ℂ
142	141, 48, 49	divcli 11883	. . . . . . 7 ⊢ (7 / 4) ∈ ℂ
143	32, 142	mulcli 11139	. . . . . 6 ⊢ (2 · (7 / 4)) ∈ ℂ
144	140, 32, 143	mulassi 11143	. . . . 5 ⊢ ((;10 · 2) · (2 · (7 / 4))) = (;10 · (2 · (2 · (7 / 4))))
145	103	oveq1i 7368	. . . . . . 7 ⊢ ((2 · 2) · (7 / 4)) = (4 · (7 / 4))
146	32, 32, 142	mulassi 11143	. . . . . . 7 ⊢ ((2 · 2) · (7 / 4)) = (2 · (2 · (7 / 4)))
147	141, 48, 49	divcan2i 11884	. . . . . . 7 ⊢ (4 · (7 / 4)) = 7
148	145, 146, 147	3eqtr3i 2767	. . . . . 6 ⊢ (2 · (2 · (7 / 4))) = 7
149	148	oveq2i 7369	. . . . 5 ⊢ (;10 · (2 · (2 · (7 / 4)))) = (;10 · 7)
150	144, 149	eqtri 2759	. . . 4 ⊢ ((;10 · 2) · (2 · (7 / 4))) = (;10 · 7)
151	26	dec0u 12628	. . . 4 ⊢ (;10 · 7) = ;70
152	138, 150, 151	3eqtri 2763	. . 3 ⊢ ((2 · 4)C4) = ;70
153	31, 53, 152	3brtr4i 5128	. 2 ⊢ ((4↑4) / 4) < ((2 · 4)C4)
154		4nn 12228	. . . 4 ⊢ 4 ∈ ℕ
155		eluznn 12831	. . . 4 ⊢ ((4 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘4)) → 𝑛 ∈ ℕ)
156	154, 155	mpan 690	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ (ℤ≥‘4) → 𝑛 ∈ ℕ)
157		nnnn0 12408	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℕ0)
158		nnexpcl 13997	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((4 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (4↑𝑛) ∈ ℕ)
159	154, 157, 158	sylancr 587	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑𝑛) ∈ ℕ)
160	159	nnrpd 12947	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑𝑛) ∈ ℝ+)
161		nnrp 12917	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℝ+)
162	160, 161	rpdivcld 12966	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ+)
163	162	rpred 12949	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ)
164		nnmulcl 12169	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (2 · 𝑛) ∈ ℕ)
165	117, 164	mpan 690	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · 𝑛) ∈ ℕ)
166	165	nnnn0d 12462	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · 𝑛) ∈ ℕ0)
167		nnz 12509	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℤ)
168		bccl 14245	. . . . . . . 8 ⊢ (((2 · 𝑛) ∈ ℕ0 ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → ((2 · 𝑛)C𝑛) ∈ ℕ0)
169	166, 167, 168	syl2anc 584	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛)C𝑛) ∈ ℕ0)
170	169	nn0red 12463	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛)C𝑛) ∈ ℝ)
171		2rp 12910	. . . . . . 7 ⊢ 2 ∈ ℝ+
172	165	peano2nnd 12162	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℕ)
173	172	nnrpd 12947	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℝ+)
174		peano2nn 12157	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℕ)
175	174	nnrpd 12947	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℝ+)
176	173, 175	rpdivcld 12966	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ+)
177		rpmulcl 12930	. . . . . . 7 ⊢ ((2 ∈ ℝ+ ∧ (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ+) → (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) ∈ ℝ+)
178	171, 176, 177	sylancr 587	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) ∈ ℝ+)
179	163, 170, 178	ltmul1d 12990	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) / 𝑛) < ((2 · 𝑛)C𝑛) ↔ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < (((2 · 𝑛)C𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))))))
180		bcp1ctr 27246	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) = (((2 · 𝑛)C𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))))
181	157, 180	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) = (((2 · 𝑛)C𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))))
182	181	breq2d 5110	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) ↔ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < (((2 · 𝑛)C𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))))))
183	179, 182	bitr4d 282	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) / 𝑛) < ((2 · 𝑛)C𝑛) ↔ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
184		2re 12219	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ∈ ℝ
185	184	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
186	173, 161	rpdivcld 12966	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛) ∈ ℝ+)
187	186	rpred 12949	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛) ∈ ℝ)
188		nnmulcl 12169	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((4↑𝑛) ∈ ℕ ∧ 2 ∈ ℕ) → ((4↑𝑛) · 2) ∈ ℕ)
189	159, 117, 188	sylancl 586	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) · 2) ∈ ℕ)
190	189	nnrpd 12947	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) · 2) ∈ ℝ+)
191	190, 175	rpdivcld 12966	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ+)
192	161	rpreccld 12959	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (1 / 𝑛) ∈ ℝ+)
193		ltaddrp 12944	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 ∈ ℝ ∧ (1 / 𝑛) ∈ ℝ+) → 2 < (2 + (1 / 𝑛)))
194	184, 192, 193	sylancr 587	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 2 < (2 + (1 / 𝑛)))
195	165	nncnd 12161	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · 𝑛) ∈ ℂ)
196		1cnd 11127	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
197		nncn 12153	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℂ)
198		nnne0 12179	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ≠ 0)
199	195, 196, 197, 198	divdird 11955	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛) = (((2 · 𝑛) / 𝑛) + (1 / 𝑛)))
200	32	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
201	200, 197, 198	divcan4d 11923	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛) / 𝑛) = 2)
202	201	oveq1d 7373	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) / 𝑛) + (1 / 𝑛)) = (2 + (1 / 𝑛)))
203	199, 202	eqtr2d 2772	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 + (1 / 𝑛)) = (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛))
204	194, 203	breqtrd 5124	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 2 < (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛))
205	185, 187, 191, 204	ltmul2dd 13005	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · 2) < ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛)))
206		expp1 13991	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((4 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (4↑(𝑛 + 1)) = ((4↑𝑛) · 4))
207	48, 157, 206	sylancr 587	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑(𝑛 + 1)) = ((4↑𝑛) · 4))
208	159	nncnd 12161	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑𝑛) ∈ ℂ)
209	208, 200, 200	mulassd 11155	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) · 2) · 2) = ((4↑𝑛) · (2 · 2)))
210	103	oveq2i 7369	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((4↑𝑛) · (2 · 2)) = ((4↑𝑛) · 4)
211	209, 210	eqtrdi 2787	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) · 2) · 2) = ((4↑𝑛) · 4))
212	207, 211	eqtr4d 2774	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑(𝑛 + 1)) = (((4↑𝑛) · 2) · 2))
213	212	oveq1d 7373	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) = ((((4↑𝑛) · 2) · 2) / (𝑛 + 1)))
214	189	nncnd 12161	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) · 2) ∈ ℂ)
215	174	nncnd 12161	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℂ)
216	174	nnne0d 12195	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ≠ 0)
217	214, 200, 215, 216	div23d 11954	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) · 2) · 2) / (𝑛 + 1)) = ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · 2))
218	213, 217	eqtrd 2771	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) = ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · 2))
219	208, 200, 197, 198	div23d 11954	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) · 2) / 𝑛) = (((4↑𝑛) / 𝑛) · 2))
220	219	oveq1d 7373	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) · 2) / 𝑛) · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) = ((((4↑𝑛) / 𝑛) · 2) · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))))
221	172	nncnd 12161	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℂ)
222	214, 197, 221, 215, 198, 216	divmul24d 11960	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) · 2) / 𝑛) · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) = ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛)))
223	162	rpcnd 12951	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) / 𝑛) ∈ ℂ)
224	176	rpcnd 12951	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)) ∈ ℂ)
225	223, 200, 224	mulassd 11155	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) / 𝑛) · 2) · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) = (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))))
226	220, 222, 225	3eqtr3rd 2780	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) = ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛)))
227	205, 218, 226	3brtr4d 5130	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))))
228	174	nnnn0d 12462	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℕ0)
229		nnexpcl 13997	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((4 ∈ ℕ ∧ (𝑛 + 1) ∈ ℕ0) → (4↑(𝑛 + 1)) ∈ ℕ)
230	154, 228, 229	sylancr 587	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑(𝑛 + 1)) ∈ ℕ)
231	230	nnrpd 12947	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑(𝑛 + 1)) ∈ ℝ+)
232	231, 175	rpdivcld 12966	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ+)
233	232	rpred 12949	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ)
234	178	rpred 12949	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) ∈ ℝ)
235	163, 234	remulcld 11162	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) ∈ ℝ)
236		nn0mulcl 12437	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 ∈ ℕ0 ∧ (𝑛 + 1) ∈ ℕ0) → (2 · (𝑛 + 1)) ∈ ℕ0)
237	33, 228, 236	sylancr 587	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · (𝑛 + 1)) ∈ ℕ0)
238	174	nnzd 12514	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℤ)
239		bccl 14245	. . . . . . . 8 ⊢ (((2 · (𝑛 + 1)) ∈ ℕ0 ∧ (𝑛 + 1) ∈ ℤ) → ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) ∈ ℕ0)
240	237, 238, 239	syl2anc 584	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) ∈ ℕ0)
241	240	nn0red 12463	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) ∈ ℝ)
242		lttr 11209	. . . . . 6 ⊢ ((((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ ∧ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) ∈ ℝ ∧ ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) ∈ ℝ) → ((((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) ∧ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))) → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
243	233, 235, 241, 242	syl3anc 1373	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) ∧ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))) → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
244	227, 243	mpand 695	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
245	183, 244	sylbid 240	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) / 𝑛) < ((2 · 𝑛)C𝑛) → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
246	156, 245	syl 17	. 2 ⊢ (𝑛 ∈ (ℤ≥‘4) → (((4↑𝑛) / 𝑛) < ((2 · 𝑛)C𝑛) → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
247	6, 12, 18, 24, 153, 246	uzind4i 12823	1 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → ((4↑𝑁) / 𝑁) < ((2 · 𝑁)C𝑁))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1541   ∈ wcel 2113   ≠ wne 2932   class class class wbr 5098  ‘cfv 6492  (class class class)co 7358  ℂcc 11024  ℝcr 11025  0cc0 11026  1c1 11027   + caddc 11029   · cmul 11031   < clt 11166   − cmin 11364   / cdiv 11794  ℕcn 12145  2c2 12200  3c3 12201  4c4 12202  5c5 12203  6c6 12204  7c7 12205  ℕ₀cn0 12401  ℤcz 12488  ;cdc 12607  ℤ_≥cuz 12751  ℝ⁺crp 12905  ↑cexp 13984  Ccbc 14225

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1796  ax-4 1810  ax-5 1911  ax-6 1968  ax-7 2009  ax-8 2115  ax-9 2123  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2184  ax-ext 2708  ax-sep 5241  ax-nul 5251  ax-pow 5310  ax-pr 5377  ax-un 7680  ax-cnex 11082  ax-resscn 11083  ax-1cn 11084  ax-icn 11085  ax-addcl 11086  ax-addrcl 11087  ax-mulcl 11088  ax-mulrcl 11089  ax-mulcom 11090  ax-addass 11091  ax-mulass 11092  ax-distr 11093  ax-i2m1 11094  ax-1ne0 11095  ax-1rid 11096  ax-rnegex 11097  ax-rrecex 11098  ax-cnre 11099  ax-pre-lttri 11100  ax-pre-lttrn 11101  ax-pre-ltadd 11102  ax-pre-mulgt0 11103

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1781  df-nf 1785  df-sb 2068  df-mo 2539  df-eu 2569  df-clab 2715  df-cleq 2728  df-clel 2811  df-nfc 2885  df-ne 2933  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3350  df-reu 3351  df-rab 3400  df-v 3442  df-sbc 3741  df-csb 3850  df-dif 3904  df-un 3906  df-in 3908  df-ss 3918  df-pss 3921  df-nul 4286  df-if 4480  df-pw 4556  df-sn 4581  df-pr 4583  df-op 4587  df-uni 4864  df-iun 4948  df-br 5099  df-opab 5161  df-mpt 5180  df-tr 5206  df-id 5519  df-eprel 5524  df-po 5532  df-so 5533  df-fr 5577  df-we 5579  df-xp 5630  df-rel 5631  df-cnv 5632  df-co 5633  df-dm 5634  df-rn 5635  df-res 5636  df-ima 5637  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-riota 7315  df-ov 7361  df-oprab 7362  df-mpo 7363  df-om 7809  df-1st 7933  df-2nd 7934  df-frecs 8223  df-wrecs 8254  df-recs 8303  df-rdg 8341  df-er 8635  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-pnf 11168  df-mnf 11169  df-xr 11170  df-ltxr 11171  df-le 11172  df-sub 11366  df-neg 11367  df-div 11795  df-nn 12146  df-2 12208  df-3 12209  df-4 12210  df-5 12211  df-6 12212  df-7 12213  df-8 12214  df-9 12215  df-n0 12402  df-z 12489  df-dec 12608  df-uz 12752  df-rp 12906  df-fz 13424  df-seq 13925  df-exp 13985  df-fac 14197  df-bc 14226

This theorem is referenced by:  bposlem6  27256  chebbnd1lem1  27436