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Theorem bcm1k 13665
Description: The proportion of one binomial coefficient to another with 𝐾 decreased by 1. (Contributed by Mario Carneiro, 10-Mar-2014.)
Assertion
Ref Expression
bcm1k (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (𝑁C𝐾) = ((𝑁C(𝐾 − 1)) · ((𝑁 − (𝐾 − 1)) / 𝐾)))

Proof of Theorem bcm1k
StepHypRef Expression
1 elfzuz2 12902 . . . . . . . . 9 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ (ℤ‘1))
2 nnuz 12270 . . . . . . . . 9 ℕ = (ℤ‘1)
31, 2syl6eleqr 2929 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ ℕ)
43nnnn0d 11944 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ ℕ0)
54faccld 13634 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘𝑁) ∈ ℕ)
65nncnd 11643 . . . . 5 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘𝑁) ∈ ℂ)
7 fznn0sub 12929 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (𝑁𝐾) ∈ ℕ0)
8 nn0p1nn 11925 . . . . . . 7 ((𝑁𝐾) ∈ ℕ0 → ((𝑁𝐾) + 1) ∈ ℕ)
97, 8syl 17 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((𝑁𝐾) + 1) ∈ ℕ)
109nncnd 11643 . . . . 5 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((𝑁𝐾) + 1) ∈ ℂ)
119nnnn0d 11944 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((𝑁𝐾) + 1) ∈ ℕ0)
1211faccld 13634 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘((𝑁𝐾) + 1)) ∈ ℕ)
13 elfznn 12926 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝐾 ∈ ℕ)
14 nnm1nn0 11927 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ ℕ → (𝐾 − 1) ∈ ℕ0)
15 faccl 13633 . . . . . . . 8 ((𝐾 − 1) ∈ ℕ0 → (!‘(𝐾 − 1)) ∈ ℕ)
1613, 14, 153syl 18 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘(𝐾 − 1)) ∈ ℕ)
1712, 16nnmulcld 11679 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ∈ ℕ)
18 nncn 11635 . . . . . . 7 (((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ∈ ℕ → ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ∈ ℂ)
19 nnne0 11660 . . . . . . 7 (((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ∈ ℕ → ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ≠ 0)
2018, 19jca 512 . . . . . 6 (((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ∈ ℕ → (((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ∈ ℂ ∧ ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ≠ 0))
2117, 20syl 17 . . . . 5 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ∈ ℂ ∧ ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ≠ 0))
2213nncnd 11643 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝐾 ∈ ℂ)
2313nnne0d 11676 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝐾 ≠ 0)
2422, 23jca 512 . . . . 5 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (𝐾 ∈ ℂ ∧ 𝐾 ≠ 0))
25 divmuldiv 11329 . . . . 5 ((((!‘𝑁) ∈ ℂ ∧ ((𝑁𝐾) + 1) ∈ ℂ) ∧ ((((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ∈ ℂ ∧ ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) ≠ 0) ∧ (𝐾 ∈ ℂ ∧ 𝐾 ≠ 0))) → (((!‘𝑁) / ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1)))) · (((𝑁𝐾) + 1) / 𝐾)) = (((!‘𝑁) · ((𝑁𝐾) + 1)) / (((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) · 𝐾)))
266, 10, 21, 24, 25syl22anc 836 . . . 4 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘𝑁) / ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1)))) · (((𝑁𝐾) + 1) / 𝐾)) = (((!‘𝑁) · ((𝑁𝐾) + 1)) / (((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) · 𝐾)))
27 elfzel2 12896 . . . . . . . . . 10 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ ℤ)
2827zcnd 12077 . . . . . . . . 9 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ ℂ)
29 1cnd 10625 . . . . . . . . 9 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 1 ∈ ℂ)
3028, 22, 29subsubd 11014 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (𝑁 − (𝐾 − 1)) = ((𝑁𝐾) + 1))
3130fveq2d 6671 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘(𝑁 − (𝐾 − 1))) = (!‘((𝑁𝐾) + 1)))
3231oveq1d 7163 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((!‘(𝑁 − (𝐾 − 1))) · (!‘(𝐾 − 1))) = ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))))
3332oveq2d 7164 . . . . 5 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁 − (𝐾 − 1))) · (!‘(𝐾 − 1)))) = ((!‘𝑁) / ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1)))))
3430oveq1d 7163 . . . . 5 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((𝑁 − (𝐾 − 1)) / 𝐾) = (((𝑁𝐾) + 1) / 𝐾))
3533, 34oveq12d 7166 . . . 4 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁 − (𝐾 − 1))) · (!‘(𝐾 − 1)))) · ((𝑁 − (𝐾 − 1)) / 𝐾)) = (((!‘𝑁) / ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1)))) · (((𝑁𝐾) + 1) / 𝐾)))
36 facp1 13628 . . . . . . . . 9 ((𝑁𝐾) ∈ ℕ0 → (!‘((𝑁𝐾) + 1)) = ((!‘(𝑁𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1)))
377, 36syl 17 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘((𝑁𝐾) + 1)) = ((!‘(𝑁𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1)))
3837eqcomd 2832 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((!‘(𝑁𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1)) = (!‘((𝑁𝐾) + 1)))
39 facnn2 13632 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ ℕ → (!‘𝐾) = ((!‘(𝐾 − 1)) · 𝐾))
4013, 39syl 17 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘𝐾) = ((!‘(𝐾 − 1)) · 𝐾))
4138, 40oveq12d 7166 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘(𝑁𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘𝐾)) = ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · ((!‘(𝐾 − 1)) · 𝐾)))
427faccld 13634 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘(𝑁𝐾)) ∈ ℕ)
4342nncnd 11643 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘(𝑁𝐾)) ∈ ℂ)
4413nnnn0d 11944 . . . . . . . . 9 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝐾 ∈ ℕ0)
4544faccld 13634 . . . . . . . 8 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘𝐾) ∈ ℕ)
4645nncnd 11643 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘𝐾) ∈ ℂ)
4743, 46, 10mul32d 10839 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1)) = (((!‘(𝑁𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘𝐾)))
4812nncnd 11643 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘((𝑁𝐾) + 1)) ∈ ℂ)
4916nncnd 11643 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (!‘(𝐾 − 1)) ∈ ℂ)
5048, 49, 22mulassd 10653 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) · 𝐾) = ((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · ((!‘(𝐾 − 1)) · 𝐾)))
5141, 47, 503eqtr4d 2871 . . . . 5 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1)) = (((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) · 𝐾))
5251oveq2d 7164 . . . 4 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘𝑁) · ((𝑁𝐾) + 1)) / (((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1))) = (((!‘𝑁) · ((𝑁𝐾) + 1)) / (((!‘((𝑁𝐾) + 1)) · (!‘(𝐾 − 1))) · 𝐾)))
5326, 35, 523eqtr4d 2871 . . 3 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁 − (𝐾 − 1))) · (!‘(𝐾 − 1)))) · ((𝑁 − (𝐾 − 1)) / 𝐾)) = (((!‘𝑁) · ((𝑁𝐾) + 1)) / (((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1))))
546, 10mulcomd 10651 . . . 4 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((!‘𝑁) · ((𝑁𝐾) + 1)) = (((𝑁𝐾) + 1) · (!‘𝑁)))
5542, 45nnmulcld 11679 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)) ∈ ℕ)
5655nncnd 11643 . . . . 5 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)) ∈ ℂ)
5756, 10mulcomd 10651 . . . 4 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1)) = (((𝑁𝐾) + 1) · ((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾))))
5854, 57oveq12d 7166 . . 3 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (((!‘𝑁) · ((𝑁𝐾) + 1)) / (((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)) · ((𝑁𝐾) + 1))) = ((((𝑁𝐾) + 1) · (!‘𝑁)) / (((𝑁𝐾) + 1) · ((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)))))
5955nnne0d 11676 . . . 4 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)) ≠ 0)
609nnne0d 11676 . . . 4 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((𝑁𝐾) + 1) ≠ 0)
616, 56, 10, 59, 60divcan5d 11431 . . 3 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((((𝑁𝐾) + 1) · (!‘𝑁)) / (((𝑁𝐾) + 1) · ((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾)))) = ((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾))))
6253, 58, 613eqtrrd 2866 . 2 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾))) = (((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁 − (𝐾 − 1))) · (!‘(𝐾 − 1)))) · ((𝑁 − (𝐾 − 1)) / 𝐾)))
63 fz1ssfz0 12993 . . . 4 (1...𝑁) ⊆ (0...𝑁)
6463sseli 3967 . . 3 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝐾 ∈ (0...𝑁))
65 bcval2 13655 . . 3 (𝐾 ∈ (0...𝑁) → (𝑁C𝐾) = ((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾))))
6664, 65syl 17 . 2 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (𝑁C𝐾) = ((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁𝐾)) · (!‘𝐾))))
67 ax-1cn 10584 . . . . . . . 8 1 ∈ ℂ
68 npcan 10884 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → ((𝑁 − 1) + 1) = 𝑁)
6928, 67, 68sylancl 586 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((𝑁 − 1) + 1) = 𝑁)
70 peano2zm 12014 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℤ → (𝑁 − 1) ∈ ℤ)
71 uzid 12247 . . . . . . . 8 ((𝑁 − 1) ∈ ℤ → (𝑁 − 1) ∈ (ℤ‘(𝑁 − 1)))
72 peano2uz 12290 . . . . . . . 8 ((𝑁 − 1) ∈ (ℤ‘(𝑁 − 1)) → ((𝑁 − 1) + 1) ∈ (ℤ‘(𝑁 − 1)))
7327, 70, 71, 724syl 19 . . . . . . 7 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((𝑁 − 1) + 1) ∈ (ℤ‘(𝑁 − 1)))
7469, 73eqeltrrd 2919 . . . . . 6 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → 𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑁 − 1)))
75 fzss2 12937 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ‘(𝑁 − 1)) → (0...(𝑁 − 1)) ⊆ (0...𝑁))
7674, 75syl 17 . . . . 5 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (0...(𝑁 − 1)) ⊆ (0...𝑁))
77 elfzmlbm 13007 . . . . 5 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (𝐾 − 1) ∈ (0...(𝑁 − 1)))
7876, 77sseldd 3972 . . . 4 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (𝐾 − 1) ∈ (0...𝑁))
79 bcval2 13655 . . . 4 ((𝐾 − 1) ∈ (0...𝑁) → (𝑁C(𝐾 − 1)) = ((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁 − (𝐾 − 1))) · (!‘(𝐾 − 1)))))
8078, 79syl 17 . . 3 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (𝑁C(𝐾 − 1)) = ((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁 − (𝐾 − 1))) · (!‘(𝐾 − 1)))))
8180oveq1d 7163 . 2 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → ((𝑁C(𝐾 − 1)) · ((𝑁 − (𝐾 − 1)) / 𝐾)) = (((!‘𝑁) / ((!‘(𝑁 − (𝐾 − 1))) · (!‘(𝐾 − 1)))) · ((𝑁 − (𝐾 − 1)) / 𝐾)))
8262, 66, 813eqtr4d 2871 1 (𝐾 ∈ (1...𝑁) → (𝑁C𝐾) = ((𝑁C(𝐾 − 1)) · ((𝑁 − (𝐾 − 1)) / 𝐾)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 396   = wceq 1530  wcel 2107  wne 3021  wss 3940  cfv 6352  (class class class)co 7148  cc 10524  0cc0 10526  1c1 10527   + caddc 10529   · cmul 10531  cmin 10859   / cdiv 11286  cn 11627  0cn0 11886  cz 11970  cuz 12232  ...cfz 12882  !cfa 13623  Ccbc 13652
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1904  ax-6 1963  ax-7 2008  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2153  ax-12 2169  ax-ext 2798  ax-sep 5200  ax-nul 5207  ax-pow 5263  ax-pr 5326  ax-un 7451  ax-cnex 10582  ax-resscn 10583  ax-1cn 10584  ax-icn 10585  ax-addcl 10586  ax-addrcl 10587  ax-mulcl 10588  ax-mulrcl 10589  ax-mulcom 10590  ax-addass 10591  ax-mulass 10592  ax-distr 10593  ax-i2m1 10594  ax-1ne0 10595  ax-1rid 10596  ax-rnegex 10597  ax-rrecex 10598  ax-cnre 10599  ax-pre-lttri 10600  ax-pre-lttrn 10601  ax-pre-ltadd 10602  ax-pre-mulgt0 10603
This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 844  df-3or 1082  df-3an 1083  df-tru 1533  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2063  df-mo 2620  df-eu 2652  df-clab 2805  df-cleq 2819  df-clel 2898  df-nfc 2968  df-ne 3022  df-nel 3129  df-ral 3148  df-rex 3149  df-reu 3150  df-rmo 3151  df-rab 3152  df-v 3502  df-sbc 3777  df-csb 3888  df-dif 3943  df-un 3945  df-in 3947  df-ss 3956  df-pss 3958  df-nul 4296  df-if 4471  df-pw 4544  df-sn 4565  df-pr 4567  df-tp 4569  df-op 4571  df-uni 4838  df-iun 4919  df-br 5064  df-opab 5126  df-mpt 5144  df-tr 5170  df-id 5459  df-eprel 5464  df-po 5473  df-so 5474  df-fr 5513  df-we 5515  df-xp 5560  df-rel 5561  df-cnv 5562  df-co 5563  df-dm 5564  df-rn 5565  df-res 5566  df-ima 5567  df-pred 6146  df-ord 6192  df-on 6193  df-lim 6194  df-suc 6195  df-iota 6312  df-fun 6354  df-fn 6355  df-f 6356  df-f1 6357  df-fo 6358  df-f1o 6359  df-fv 6360  df-riota 7106  df-ov 7151  df-oprab 7152  df-mpo 7153  df-om 7569  df-1st 7680  df-2nd 7681  df-wrecs 7938  df-recs 7999  df-rdg 8037  df-er 8279  df-en 8499  df-dom 8500  df-sdom 8501  df-pnf 10666  df-mnf 10667  df-xr 10668  df-ltxr 10669  df-le 10670  df-sub 10861  df-neg 10862  df-div 11287  df-nn 11628  df-n0 11887  df-z 11971  df-uz 12233  df-fz 12883  df-seq 13360  df-fac 13624  df-bc 13653
This theorem is referenced by:  bcp1nk  13667  bcpasc  13671  bpolydiflem  15398  basellem5  25576
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