fltnlta - Mathbox for Steven Nguyen

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Theorem fltnlta 39324

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 12291	. . . 4 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ_≥‘3) → 𝑁 ∈ ℕ)
3	1, 2	syl 17	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
4	3	nnred 11653	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℝ)
5		fltne.c	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℕ)
6	5	nnred 11653	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ)
7		fltne.b	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℕ)
8	7	nnred 11653	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
9	6, 8	resubcld 11068	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ)
10		uzuzle23 12290	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ_≥‘3) → 𝑁 ∈ (ℤ_≥‘2))
11		uz2m1nn 12324	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ_≥‘2) → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
12	1, 10, 11	3syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℕ)
13	12	nnnn0d 11956	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℕ₀)
14	6, 13	reexpcld 13528	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐶↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
15	12	nnred 11653	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℝ)
16	8, 13	reexpcld 13528	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
17	15, 16	remulcld 10671	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
18	14, 17	readdcld 10670	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
19	9, 18	remulcld 10671	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) ∈ ℝ)
20		fltne.a	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℕ)
21	20	nnrpd 12430	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ⁺)
22	12	nnzd 12087	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℤ)
23	21, 22	rpexpcld 13609	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ⁺)
24	19, 23	rerpdivcld 12463	. 2 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
25	20	nnred 11653	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
26	16, 17	readdcld 10670	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
27	9, 26	remulcld 10671	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) ∈ ℝ)
28	27, 23	rerpdivcld 12463	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
29	9, 4	remulcld 10671	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) ∈ ℝ)
30		1cnd 10636	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
31	12	nncnd 11654	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − 1) ∈ ℂ)
32	16	recnd 10669	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
33	30, 31, 32	adddird 10666	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((1 + (𝑁 − 1)) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = ((1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
34	3	nncnd 11654	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℂ)
35	30, 34	pncan3d 11000	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (1 + (𝑁 − 1)) = 𝑁)
36	35	oveq1d 7171	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((1 + (𝑁 − 1)) · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
37	32	mulid2d 10659	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) = (𝐵↑(𝑁 − 1)))
38	37	oveq1d 7171	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((1 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) = ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
39	33, 36, 38	3eqtr3rd 2865	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) = (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
40	39	oveq2d 7172	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) = ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
41	40	oveq1d 7171	. . . . . 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 2914	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
43	3	nnnn0d 11956	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ₀)
44	43	nn0ge0d 11959	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ 𝑁)
45		1red 10642	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
46		fltne.1	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑁) + (𝐵↑𝑁)) = (𝐶↑𝑁))
47	20, 7, 5, 1, 46	fltltc 39322	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐵 < 𝐶)
48		nnltp1le 12039	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐵 ∈ ℕ ∧ 𝐶 ∈ ℕ) → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐵 + 1) ≤ 𝐶))
49	7, 5, 48	syl2anc 586	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐵 + 1) ≤ 𝐶))
50	47, 49	mpbid 234	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝐵 + 1) ≤ 𝐶)
51	8	leidd 11206	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ≤ 𝐵)
52	6, 8, 45, 8, 50, 51	lesub3d 11258	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 1 ≤ (𝐶 − 𝐵))
53	4, 9, 44, 52	lemulge12d 11578	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ≤ ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁))
54	9	recnd 10669	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐶 − 𝐵) ∈ ℂ)
55	23	rpred 12432	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℝ)
56	55	recnd 10669	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ∈ ℂ)
57	54, 34, 56	mulassd 10664	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))))
58	57	oveq1d 7171	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
59	54, 34	mulcld 10661	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) ∈ ℂ)
60	20	nncnd 11654	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℂ)
61	20	nnne0d 11688	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≠ 0)
62	60, 61, 22	expne0d 13517	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) ≠ 0)
63	59, 56, 62	divcan4d 11422	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) · (𝐴↑(𝑁 − 1))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁))
64	58, 63	eqtr3d 2858	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁))
65	4, 55	remulcld 10671	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
66	9, 65	remulcld 10671	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
67	40, 27	eqeltrrd 2914	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) ∈ ℝ)
68	39, 26	eqeltrrd 2914	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))) ∈ ℝ)
69		difrp 12428	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐵 ∈ ℝ ∧ 𝐶 ∈ ℝ) → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ⁺))
70	8, 6, 69	syl2anc 586	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐵 < 𝐶 ↔ (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ⁺))
71	47, 70	mpbid 234	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐶 − 𝐵) ∈ ℝ⁺)
72	3	nnrpd 12430	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℝ⁺)
73	7	nnrpd 12430	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ⁺)
74		fltnlta.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 < 𝐵)
75	21, 73, 12, 74	ltexp1dd 39240	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − 1)) < (𝐵↑(𝑁 − 1)))
76	55, 16, 72, 75	ltmul2dd 12488	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1))))
77	65, 68, 71, 76	ltmul2dd 12488	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) < ((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
78	66, 67, 23, 77	ltdiv1dd 12489	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐴↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
79	64, 78	eqbrtrrd 5090	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · 𝑁) < (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
80	4, 29, 42, 53, 79	lelttrd 10798	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑁 < (((𝐶 − 𝐵) · (𝑁 · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
81	80, 41	breqtrrd 5094	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑁 < (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
82	5	nnrpd 12430	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ ℝ⁺)
83	73, 82, 12, 47	ltexp1dd 39240	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐵↑(𝑁 − 1)) < (𝐶↑(𝑁 − 1)))
84	16, 14, 17, 83	ltadd1dd 11251	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((𝐵↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))) < ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1)))))
85	26, 18, 71, 84	ltmul2dd 12488	. . . 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 12489	. . 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 10801	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑁 < (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
88	25, 43	reexpcld 13528	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑𝑁) ∈ ℝ)
89	20, 7, 5, 1, 46	fltnltalem 39323	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) < (𝐴↑𝑁))
90	19, 88, 23, 89	ltdiv1dd 12489	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < ((𝐴↑𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
91	34, 30	nncand 11002	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑁 − (𝑁 − 1)) = 1)
92	91	oveq2d 7172	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − (𝑁 − 1))) = (𝐴↑1))
93	3	nnzd 12087	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
94	60, 61, 22, 93	expsubd 13522	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑(𝑁 − (𝑁 − 1))) = ((𝐴↑𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))))
95	60	exp1d 13506	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴↑1) = 𝐴)
96	92, 94, 95	3eqtr3d 2864	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐴↑𝑁) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) = 𝐴)
97	90, 96	breqtrd 5092	. 2 ⊢ (𝜑 → (((𝐶 − 𝐵) · ((𝐶↑(𝑁 − 1)) + ((𝑁 − 1) · (𝐵↑(𝑁 − 1))))) / (𝐴↑(𝑁 − 1))) < 𝐴)
98	4, 24, 25, 87, 97	lttrd 10801	1 ⊢ (𝜑 → 𝑁 < 𝐴)

Colors of variables: wff setvar class

Syntax hints: → wi 4 ↔ wb 208 = wceq 1537 ∈ wcel 2114 class class class wbr 5066 ‘cfv 6355 (class class class)co 7156 ℝcr 10536 1c1 10538 + caddc 10540 · cmul 10542 < clt 10675 ≤ cle 10676 − cmin 10870 / cdiv 11297 ℕcn 11638 2c2 11693 3c3 11694 ℤ_≥cuz 12244 ℝ⁺crp 12390 ↑cexp 13430

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 1970 ax-7 2015 ax-8 2116 ax-9 2124 ax-10 2145 ax-11 2161 ax-12 2177 ax-ext 2793 ax-rep 5190 ax-sep 5203 ax-nul 5210 ax-pow 5266 ax-pr 5330 ax-un 7461 ax-inf2 9104 ax-cnex 10593 ax-resscn 10594 ax-1cn 10595 ax-icn 10596 ax-addcl 10597 ax-addrcl 10598 ax-mulcl 10599 ax-mulrcl 10600 ax-mulcom 10601 ax-addass 10602 ax-mulass 10603 ax-distr 10604 ax-i2m1 10605 ax-1ne0 10606 ax-1rid 10607 ax-rnegex 10608 ax-rrecex 10609 ax-cnre 10610 ax-pre-lttri 10611 ax-pre-lttrn 10612 ax-pre-ltadd 10613 ax-pre-mulgt0 10614 ax-pre-sup 10615

This theorem depends on definitions: df-bi 209 df-an 399 df-or 844 df-3or 1084 df-3an 1085 df-tru 1540 df-fal 1550 df-ex 1781 df-nf 1785 df-sb 2070 df-mo 2622 df-eu 2654 df-clab 2800 df-cleq 2814 df-clel 2893 df-nfc 2963 df-ne 3017 df-nel 3124 df-ral 3143 df-rex 3144 df-reu 3145 df-rmo 3146 df-rab 3147 df-v 3496 df-sbc 3773 df-csb 3884 df-dif 3939 df-un 3941 df-in 3943 df-ss 3952 df-pss 3954 df-nul 4292 df-if 4468 df-pw 4541 df-sn 4568 df-pr 4570 df-tp 4572 df-op 4574 df-uni 4839 df-int 4877 df-iun 4921 df-br 5067 df-opab 5129 df-mpt 5147 df-tr 5173 df-id 5460 df-eprel 5465 df-po 5474 df-so 5475 df-fr 5514 df-se 5515 df-we 5516 df-xp 5561 df-rel 5562 df-cnv 5563 df-co 5564 df-dm 5565 df-rn 5566 df-res 5567 df-ima 5568 df-pred 6148 df-ord 6194 df-on 6195 df-lim 6196 df-suc 6197 df-iota 6314 df-fun 6357 df-fn 6358 df-f 6359 df-f1 6360 df-fo 6361 df-f1o 6362 df-fv 6363 df-isom 6364 df-riota 7114 df-ov 7159 df-oprab 7160 df-mpo 7161 df-om 7581 df-1st 7689 df-2nd 7690 df-wrecs 7947 df-recs 8008 df-rdg 8046 df-1o 8102 df-oadd 8106 df-er 8289 df-en 8510 df-dom 8511 df-sdom 8512 df-fin 8513 df-sup 8906 df-oi 8974 df-card 9368 df-pnf 10677 df-mnf 10678 df-xr 10679 df-ltxr 10680 df-le 10681 df-sub 10872 df-neg 10873 df-div 11298 df-nn 11639 df-2 11701 df-3 11702 df-n0 11899 df-z 11983 df-uz 12245 df-rp 12391 df-ico 12745 df-fz 12894 df-fzo 13035 df-seq 13371 df-exp 13431 df-hash 13692 df-cj 14458 df-re 14459 df-im 14460 df-sqrt 14594 df-abs 14595 df-clim 14845 df-sum 15043

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