fltnlta - Mathbox for Steven Nguyen

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Theorem fltnlta 39619

Description: 𝑁 is less than 𝐴. See https://www.youtu.be/EymVXkPWxyc for an outline. (Contributed by Steven Nguyen, 24-Aug-2023.)

**Hypotheses**
Ref	Expression
fltne.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℕ)
fltne.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℕ)
fltne.c	⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℕ)
fltne.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ_≥‘3))
fltne.1	⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑁) + (𝐵↑𝑁)) = (𝐶↑𝑁))
fltnlta.1	⊢ (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)

**Assertion**
Ref	Expression
fltnlta	⊢ (𝜑 → 𝑁 < 𝐴)

**Proof of Theorem fltnlta**
Step	Hyp	Ref	Expression
1		fltne.n	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ_≥‘3))
2		eluzge3nn 12278	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ_≥‘3) → 𝑁 ∈ ℕ)
3	1, 2	syl 17	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
4	3	nnred 11640	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℝ)
5		fltne.c	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℕ)
6	5	nnred 11640	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ)
7		fltne.b	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℕ)
8	7	nnred 11640	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
9	6, 8	resubcld 11057	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ)
10		uzuzle23 12277	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ_≥‘3) → 𝑁 ∈ (ℤ_≥‘2))
11		uz2m1nn 12311	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ_≥‘2) → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
12	1, 10, 11	3syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
13	12	nnnn0d 11943	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℕ₀)
14	6, 13	reexpcld 13523	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐶↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
15	12	nnred 11640	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℝ)
16	8, 13	reexpcld 13523	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
17	15, 16	remulcld 10660	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
18	14, 17	readdcld 10659	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
19	9, 18	remulcld 10660	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) ∈ ℝ)
20		fltne.a	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℕ)
21	20	nnrpd 12417	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ⁺)
22	12	nnzd 12074	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℤ)
23	21, 22	rpexpcld 13604	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ⁺)
24	19, 23	rerpdivcld 12450	. 2 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
25	20	nnred 11640	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
26	16, 17	readdcld 10659	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
27	9, 26	remulcld 10660	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) ∈ ℝ)
28	27, 23	rerpdivcld 12450	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
29	9, 4	remulcld 10660	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) ∈ ℝ)
30		1cnd 10625	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
31	12	nncnd 11641	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℂ)
32	16	recnd 10658	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
33	30, 31, 32	adddird 10655	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((1 + (𝑁 − 1)) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = ((1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
34	3	nncnd 11641	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℂ)
35	30, 34	pncan3d 10989	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (1 + (𝑁 − 1)) = 𝑁)
36	35	oveq1d 7150	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((1 + (𝑁 − 1)) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
37	32	mulid2d 10648	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = (𝐵↑(𝑁 − 1)))
38	37	oveq1d 7150	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) = ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
39	33, 36, 38	3eqtr3rd 2842	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) = (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
40	39	oveq2d 7151	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) = ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
41	40	oveq1d 7150	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
42	41, 28	eqeltrrd 2891	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
43	3	nnnn0d 11943	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ₀)
44	43	nn0ge0d 11946	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ 𝑁)
45		1red 10631	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
46		fltne.1	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑁) + (𝐵↑𝑁)) = (𝐶↑𝑁))
47	20, 7, 5, 1, 46	fltltc 39617	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐵 < 𝐶)
48		nnltp1le 12026	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐵 ∈ ℕ ∧ 𝐶 ∈ ℕ) → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐵 + 1) ≤ 𝐶))
49	7, 5, 48	syl2anc 587	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐵 + 1) ≤ 𝐶))
50	47, 49	mpbid 235	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + 1) ≤ 𝐶)
51	8	leidd 11195	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ≤ 𝐵)
52	6, 8, 45, 8, 50, 51	lesub3d 11247	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1 ≤ (𝐶 − 𝐵))
53	4, 9, 44, 52	lemulge12d 11567	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ≤ ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁))
54	9	recnd 10658	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐶 − 𝐵) ∈ ℂ)
55	23	rpred 12419	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
56	55	recnd 10658	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
57	54, 34, 56	mulassd 10653	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))))
58	57	oveq1d 7150	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
59	54, 34	mulcld 10650	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) ∈ ℂ)
60	20	nncnd 11641	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
61	20	nnne0d 11675	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≠ 0)
62	60, 61, 22	expne0d 13512	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ≠ 0)
63	59, 56, 62	divcan4d 11411	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁))
64	58, 63	eqtr3d 2835	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁))
65	4, 55	remulcld 10660	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
66	9, 65	remulcld 10660	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
67	40, 27	eqeltrrd 2891	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
68	39, 26	eqeltrrd 2891	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
69		difrp 12415	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ⁺))
70	8, 6, 69	syl2anc 587	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ⁺))
71	47, 70	mpbid 235	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ⁺)
72	3	nnrpd 12417	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℝ⁺)
73	7	nnrpd 12417	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ⁺)
74		fltnlta.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)
75	21, 73, 12, 74	ltexp1dd 39499	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) < (𝐵↑(𝑁 − 1)))
76	55, 16, 72, 75	ltmul2dd 12475	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
77	65, 68, 71, 76	ltmul2dd 12475	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) < ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
78	66, 67, 23, 77	ltdiv1dd 12476	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
79	64, 78	eqbrtrrd 5054	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) < (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
80	4, 29, 42, 53, 79	lelttrd 10787	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑁 < (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
81	80, 41	breqtrrd 5058	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑁 < (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
82	5	nnrpd 12417	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ⁺)
83	73, 82, 12, 47	ltexp1dd 39499	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) < (𝐶↑(𝑁 − 1)))
84	16, 14, 17, 83	ltadd1dd 11240	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) < ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
85	26, 18, 71, 84	ltmul2dd 12475	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) < ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))))
86	27, 19, 23, 85	ltdiv1dd 12476	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
87	4, 28, 24, 81, 86	lttrd 10790	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑁 < (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
88	25, 43	reexpcld 13523	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑁) ∈ ℝ)
89	20, 7, 5, 1, 46	fltnltalem 39618	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) < (𝐴↑𝑁))
90	19, 88, 23, 89	ltdiv1dd 12476	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < ((𝐴↑𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
91	34, 30	nncand 10991	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − (𝑁 − 1)) = 1)
92	91	oveq2d 7151	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − (𝑁 − 1))) = (𝐴↑1))
93	3	nnzd 12074	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
94	60, 61, 22, 93	expsubd 13517	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − (𝑁 − 1))) = ((𝐴↑𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
95	60	exp1d 13501	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑1) = 𝐴)
96	92, 94, 95	3eqtr3d 2841	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = 𝐴)
97	90, 96	breqtrd 5056	. 2 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < 𝐴)
98	4, 24, 25, 87, 97	lttrd 10790	1 ⊢ (𝜑 → 𝑁 < 𝐴)

Colors of variables: wff setvar class

Syntax hints: → wi 4 ↔ wb 209 = wceq 1538 ∈ wcel 2111 class class class wbr 5030 ‘cfv 6324 (class class class)co 7135 ℝcr 10525 1c1 10527 + caddc 10529 · cmul 10531 < clt 10664 ≤ cle 10665 − cmin 10859 / cdiv 11286 ℕcn 11625 2c2 11680 3c3 11681 ℤ_≥cuz 12231 ℝ⁺crp 12377 ↑cexp 13425

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 1911 ax-6 1970 ax-7 2015 ax-8 2113 ax-9 2121 ax-10 2142 ax-11 2158 ax-12 2175 ax-ext 2770 ax-rep 5154 ax-sep 5167 ax-nul 5174 ax-pow 5231 ax-pr 5295 ax-un 7441 ax-inf2 9088 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 ax-pre-sup 10604

This theorem depends on definitions: df-bi 210 df-an 400 df-or 845 df-3or 1085 df-3an 1086 df-tru 1541 df-fal 1551 df-ex 1782 df-nf 1786 df-sb 2070 df-mo 2598 df-eu 2629 df-clab 2777 df-cleq 2791 df-clel 2870 df-nfc 2938 df-ne 2988 df-nel 3092 df-ral 3111 df-rex 3112 df-reu 3113 df-rmo 3114 df-rab 3115 df-v 3443 df-sbc 3721 df-csb 3829 df-dif 3884 df-un 3886 df-in 3888 df-ss 3898 df-pss 3900 df-nul 4244 df-if 4426 df-pw 4499 df-sn 4526 df-pr 4528 df-tp 4530 df-op 4532 df-uni 4801 df-int 4839 df-iun 4883 df-br 5031 df-opab 5093 df-mpt 5111 df-tr 5137 df-id 5425 df-eprel 5430 df-po 5438 df-so 5439 df-fr 5478 df-se 5479 df-we 5480 df-xp 5525 df-rel 5526 df-cnv 5527 df-co 5528 df-dm 5529 df-rn 5530 df-res 5531 df-ima 5532 df-pred 6116 df-ord 6162 df-on 6163 df-lim 6164 df-suc 6165 df-iota 6283 df-fun 6326 df-fn 6327 df-f 6328 df-f1 6329 df-fo 6330 df-f1o 6331 df-fv 6332 df-isom 6333 df-riota 7093 df-ov 7138 df-oprab 7139 df-mpo 7140 df-om 7561 df-1st 7671 df-2nd 7672 df-wrecs 7930 df-recs 7991 df-rdg 8029 df-1o 8085 df-oadd 8089 df-er 8272 df-en 8493 df-dom 8494 df-sdom 8495 df-fin 8496 df-sup 8890 df-oi 8958 df-card 9352 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 11626 df-2 11688 df-3 11689 df-n0 11886 df-z 11970 df-uz 12232 df-rp 12378 df-ico 12732 df-fz 12886 df-fzo 13029 df-seq 13365 df-exp 13426 df-hash 13687 df-cj 14450 df-re 14451 df-im 14452 df-sqrt 14586 df-abs 14587 df-clim 14837 df-sum 15035

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