Users' Mathboxes Mathbox for metakunt < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  lcmineqlem11 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lcmineqlem11 41642
Description: Induction step, continuation for binomial coefficients. (Contributed by metakunt, 12-May-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
lcmineqlem11.1 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
lcmineqlem11.2 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
lcmineqlem11.3 (𝜑𝑀 < 𝑁)
Assertion
Ref Expression
lcmineqlem11 (𝜑 → (1 / ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1)))) = ((𝑀 / (𝑁𝑀)) · (1 / (𝑀 · (𝑁C𝑀)))))

Proof of Theorem lcmineqlem11
StepHypRef Expression
1 lcmineqlem11.1 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑀 ∈ ℕ)
21nncnd 12261 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑀 ∈ ℂ)
3 1cnd 11241 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
42, 3addcld 11265 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ ℂ)
5 lcmineqlem11.2 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
61nnnn0d 12565 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
7 1nn0 12521 . . . . . . . . . . . . 13 1 ∈ ℕ0
87a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 1 ∈ ℕ0)
96, 8nn0addcld 12569 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ ℕ0)
10 lcmineqlem11.3 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑀 < 𝑁)
111nnzd 12618 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
125nnzd 12618 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
13 zltp1le 12645 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑀 < 𝑁 ↔ (𝑀 + 1) ≤ 𝑁))
1411, 12, 13syl2anc 582 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝑀 < 𝑁 ↔ (𝑀 + 1) ≤ 𝑁))
1510, 14mpbid 231 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑀 + 1) ≤ 𝑁)
165, 9, 15bccl2d 41594 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) ∈ ℕ)
1716nncnd 12261 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) ∈ ℂ)
184, 17mulcld 11266 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) ∈ ℂ)
1918div1d 12015 . . . . . . 7 (𝜑 → (((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) / 1) = ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))))
2011peano2zd 12702 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ ℤ)
211peano2nnd 12262 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ ℕ)
2221nnge1d 12293 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → 1 ≤ (𝑀 + 1))
2320, 22, 153jca 1125 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ((𝑀 + 1) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ (𝑀 + 1) ∧ (𝑀 + 1) ≤ 𝑁))
24 1z 12625 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1 ∈ ℤ
25 elfz1 13524 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((1 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((𝑀 + 1) ∈ (1...𝑁) ↔ ((𝑀 + 1) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ (𝑀 + 1) ∧ (𝑀 + 1) ≤ 𝑁)))
2624, 25mpan 688 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑁 ∈ ℤ → ((𝑀 + 1) ∈ (1...𝑁) ↔ ((𝑀 + 1) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ (𝑀 + 1) ∧ (𝑀 + 1) ≤ 𝑁)))
2712, 26syl 17 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ((𝑀 + 1) ∈ (1...𝑁) ↔ ((𝑀 + 1) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ (𝑀 + 1) ∧ (𝑀 + 1) ≤ 𝑁)))
2823, 27mpbird 256 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ (1...𝑁))
29 bcm1k 14310 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑀 + 1) ∈ (1...𝑁) → (𝑁C(𝑀 + 1)) = ((𝑁C((𝑀 + 1) − 1)) · ((𝑁 − ((𝑀 + 1) − 1)) / (𝑀 + 1))))
3028, 29syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) = ((𝑁C((𝑀 + 1) − 1)) · ((𝑁 − ((𝑀 + 1) − 1)) / (𝑀 + 1))))
312, 3pncand 11604 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ((𝑀 + 1) − 1) = 𝑀)
3231oveq2d 7435 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝑁C((𝑀 + 1) − 1)) = (𝑁C𝑀))
3331oveq2d 7435 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝑁 − ((𝑀 + 1) − 1)) = (𝑁𝑀))
3433oveq1d 7434 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → ((𝑁 − ((𝑀 + 1) − 1)) / (𝑀 + 1)) = ((𝑁𝑀) / (𝑀 + 1)))
3532, 34oveq12d 7437 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → ((𝑁C((𝑀 + 1) − 1)) · ((𝑁 − ((𝑀 + 1) − 1)) / (𝑀 + 1))) = ((𝑁C𝑀) · ((𝑁𝑀) / (𝑀 + 1))))
3630, 35eqtrd 2765 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) = ((𝑁C𝑀) · ((𝑁𝑀) / (𝑀 + 1))))
371nnred 12260 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑𝑀 ∈ ℝ)
385nnred 12260 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
3937, 38, 10ltled 11394 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝑀𝑁)
405, 6, 39bccl2d 41594 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝑁C𝑀) ∈ ℕ)
4140nncnd 12261 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑁C𝑀) ∈ ℂ)
425nncnd 12261 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
4342, 2subcld 11603 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑁𝑀) ∈ ℂ)
4421nnne0d 12295 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑀 + 1) ≠ 0)
4541, 43, 4, 44divassd 12058 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) / (𝑀 + 1)) = ((𝑁C𝑀) · ((𝑁𝑀) / (𝑀 + 1))))
4636, 45eqtr4d 2768 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) = (((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) / (𝑀 + 1)))
4746eqcomd 2731 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) / (𝑀 + 1)) = (𝑁C(𝑀 + 1)))
4841, 43mulcld 11266 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) ∈ ℂ)
4948, 17, 4, 44divmul2d 12056 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) / (𝑀 + 1)) = (𝑁C(𝑀 + 1)) ↔ ((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) = ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1)))))
5047, 49mpbid 231 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) = ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))))
5150eqcomd 2731 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) = ((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)))
5241, 43mulcomd 11267 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) = ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀)))
5351, 52eqtrd 2765 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) = ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀)))
5419, 53eqtrd 2765 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) / 1) = ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀)))
5543, 41mulcld 11266 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀)) ∈ ℂ)
561nnne0d 12295 . . . . . . 7 (𝜑𝑀 ≠ 0)
5755, 2, 56divcan3d 12028 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝑀 · ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀))) / 𝑀) = ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀)))
5854, 57eqtr4d 2768 . . . . 5 (𝜑 → (((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) / 1) = ((𝑀 · ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀))) / 𝑀))
592, 43, 41mul12d 11455 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑀 · ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀))) = ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))))
6059oveq1d 7434 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑀 · ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀))) / 𝑀) = (((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))) / 𝑀))
6158, 60eqtrd 2765 . . . 4 (𝜑 → (((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) / 1) = (((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))) / 𝑀))
62 0ne1 12316 . . . . . . 7 0 ≠ 1
6362a1i 11 . . . . . 6 (𝜑 → 0 ≠ 1)
6463necomd 2985 . . . . 5 (𝜑 → 1 ≠ 0)
6516nnne0d 12295 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) ≠ 0)
664, 17, 44, 65mulne0d 11898 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) ≠ 0)
672, 41mulcld 11266 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑀 · (𝑁C𝑀)) ∈ ℂ)
6843, 67mulcld 11266 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))) ∈ ℂ)
6937, 10gtned 11381 . . . . . . 7 (𝜑𝑁𝑀)
7042, 2, 69subne0d 11612 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁𝑀) ≠ 0)
7140nnne0d 12295 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑁C𝑀) ≠ 0)
722, 41, 56, 71mulne0d 11898 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑀 · (𝑁C𝑀)) ≠ 0)
7343, 67, 70, 72mulne0d 11898 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))) ≠ 0)
743, 64, 18, 66, 2, 56, 68, 73recbothd 41595 . . . 4 (𝜑 → ((1 / ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1)))) = (𝑀 / ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀)))) ↔ (((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) / 1) = (((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))) / 𝑀)))
7561, 74mpbird 256 . . 3 (𝜑 → (1 / ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1)))) = (𝑀 / ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀)))))
762mulridd 11263 . . . 4 (𝜑 → (𝑀 · 1) = 𝑀)
7776oveq1d 7434 . . 3 (𝜑 → ((𝑀 · 1) / ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀)))) = (𝑀 / ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀)))))
7875, 77eqtr4d 2768 . 2 (𝜑 → (1 / ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1)))) = ((𝑀 · 1) / ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀)))))
792, 43, 3, 67, 70, 72divmuldivd 12064 . 2 (𝜑 → ((𝑀 / (𝑁𝑀)) · (1 / (𝑀 · (𝑁C𝑀)))) = ((𝑀 · 1) / ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀)))))
8078, 79eqtr4d 2768 1 (𝜑 → (1 / ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1)))) = ((𝑀 / (𝑁𝑀)) · (1 / (𝑀 · (𝑁C𝑀)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 205  w3a 1084   = wceq 1533  wcel 2098  wne 2929   class class class wbr 5149  (class class class)co 7419  0cc0 11140  1c1 11141   + caddc 11143   · cmul 11145   < clt 11280  cle 11281  cmin 11476   / cdiv 11903  cn 12245  0cn0 12505  cz 12591  ...cfz 13519  Ccbc 14297
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 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2166  ax-ext 2696  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pow 5365  ax-pr 5429  ax-un 7741  ax-cnex 11196  ax-resscn 11197  ax-1cn 11198  ax-icn 11199  ax-addcl 11200  ax-addrcl 11201  ax-mulcl 11202  ax-mulrcl 11203  ax-mulcom 11204  ax-addass 11205  ax-mulass 11206  ax-distr 11207  ax-i2m1 11208  ax-1ne0 11209  ax-1rid 11210  ax-rnegex 11211  ax-rrecex 11212  ax-cnre 11213  ax-pre-lttri 11214  ax-pre-lttrn 11215  ax-pre-ltadd 11216  ax-pre-mulgt0 11217
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2703  df-cleq 2717  df-clel 2802  df-nfc 2877  df-ne 2930  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3363  df-reu 3364  df-rab 3419  df-v 3463  df-sbc 3774  df-csb 3890  df-dif 3947  df-un 3949  df-in 3951  df-ss 3961  df-pss 3964  df-nul 4323  df-if 4531  df-pw 4606  df-sn 4631  df-pr 4633  df-op 4637  df-uni 4910  df-iun 4999  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-tr 5267  df-id 5576  df-eprel 5582  df-po 5590  df-so 5591  df-fr 5633  df-we 5635  df-xp 5684  df-rel 5685  df-cnv 5686  df-co 5687  df-dm 5688  df-rn 5689  df-res 5690  df-ima 5691  df-pred 6307  df-ord 6374  df-on 6375  df-lim 6376  df-suc 6377  df-iota 6501  df-fun 6551  df-fn 6552  df-f 6553  df-f1 6554  df-fo 6555  df-f1o 6556  df-fv 6557  df-riota 7375  df-ov 7422  df-oprab 7423  df-mpo 7424  df-om 7872  df-1st 7994  df-2nd 7995  df-frecs 8287  df-wrecs 8318  df-recs 8392  df-rdg 8431  df-er 8725  df-en 8965  df-dom 8966  df-sdom 8967  df-pnf 11282  df-mnf 11283  df-xr 11284  df-ltxr 11285  df-le 11286  df-sub 11478  df-neg 11479  df-div 11904  df-nn 12246  df-n0 12506  df-z 12592  df-uz 12856  df-rp 13010  df-fz 13520  df-seq 14003  df-fac 14269  df-bc 14298
This theorem is referenced by:  lcmineqlem13  41644
  Copyright terms: Public domain W3C validator