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 40044
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 11987 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑀 ∈ ℂ)
3 1cnd 10968 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 1 ∈ ℂ)
42, 3addcld 10992 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ ℂ)
5 lcmineqlem11.2 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
61nnnn0d 12291 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑀 ∈ ℕ0)
7 1nn0 12247 . . . . . . . . . . . . 13 1 ∈ ℕ0
87a1i 11 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → 1 ∈ ℕ0)
96, 8nn0addcld 12295 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ ℕ0)
10 lcmineqlem11.3 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝑀 < 𝑁)
111nnzd 12423 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
125nnzd 12423 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
13 zltp1le 12368 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (𝑀 < 𝑁 ↔ (𝑀 + 1) ≤ 𝑁))
1411, 12, 13syl2anc 584 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝑀 < 𝑁 ↔ (𝑀 + 1) ≤ 𝑁))
1510, 14mpbid 231 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑀 + 1) ≤ 𝑁)
165, 9, 15bccl2d 39997 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) ∈ ℕ)
1716nncnd 11987 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) ∈ ℂ)
184, 17mulcld 10993 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) ∈ ℂ)
1918div1d 11741 . . . . . . 7 (𝜑 → (((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) / 1) = ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))))
2011peano2zd 12427 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ ℤ)
211peano2nnd 11988 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 (𝜑 → (𝑀 + 1) ∈ ℕ)
2221nnge1d 12019 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑 → 1 ≤ (𝑀 + 1))
2320, 22, 153jca 1127 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ((𝑀 + 1) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ (𝑀 + 1) ∧ (𝑀 + 1) ≤ 𝑁))
24 1z 12348 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 1 ∈ ℤ
25 elfz1 13242 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((1 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → ((𝑀 + 1) ∈ (1...𝑁) ↔ ((𝑀 + 1) ∈ ℤ ∧ 1 ≤ (𝑀 + 1) ∧ (𝑀 + 1) ≤ 𝑁)))
2624, 25mpan 687 . . . . . . . . . . . . . . . 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 14027 . . . . . . . . . . . . . 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 11331 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ((𝑀 + 1) − 1) = 𝑀)
3231oveq2d 7293 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝑁C((𝑀 + 1) − 1)) = (𝑁C𝑀))
3331oveq2d 7293 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → (𝑁 − ((𝑀 + 1) − 1)) = (𝑁𝑀))
3433oveq1d 7292 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → ((𝑁 − ((𝑀 + 1) − 1)) / (𝑀 + 1)) = ((𝑁𝑀) / (𝑀 + 1)))
3532, 34oveq12d 7295 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → ((𝑁C((𝑀 + 1) − 1)) · ((𝑁 − ((𝑀 + 1) − 1)) / (𝑀 + 1))) = ((𝑁C𝑀) · ((𝑁𝑀) / (𝑀 + 1))))
3630, 35eqtrd 2778 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) = ((𝑁C𝑀) · ((𝑁𝑀) / (𝑀 + 1))))
371nnred 11986 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑𝑀 ∈ ℝ)
385nnred 11986 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
3937, 38, 10ltled 11121 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑𝑀𝑁)
405, 6, 39bccl2d 39997 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝑁C𝑀) ∈ ℕ)
4140nncnd 11987 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑁C𝑀) ∈ ℂ)
425nncnd 11987 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
4342, 2subcld 11330 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑁𝑀) ∈ ℂ)
4421nnne0d 12021 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑀 + 1) ≠ 0)
4541, 43, 4, 44divassd 11784 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) / (𝑀 + 1)) = ((𝑁C𝑀) · ((𝑁𝑀) / (𝑀 + 1))))
4636, 45eqtr4d 2781 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) = (((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) / (𝑀 + 1)))
4746eqcomd 2744 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) / (𝑀 + 1)) = (𝑁C(𝑀 + 1)))
4841, 43mulcld 10993 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → ((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) ∈ ℂ)
4948, 17, 4, 44divmul2d 11782 . . . . . . . . . 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 2744 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) = ((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)))
5241, 43mulcomd 10994 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝑁C𝑀) · (𝑁𝑀)) = ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀)))
5351, 52eqtrd 2778 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) = ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀)))
5419, 53eqtrd 2778 . . . . . 6 (𝜑 → (((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) / 1) = ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀)))
5543, 41mulcld 10993 . . . . . . 7 (𝜑 → ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀)) ∈ ℂ)
561nnne0d 12021 . . . . . . 7 (𝜑𝑀 ≠ 0)
5755, 2, 56divcan3d 11754 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝑀 · ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀))) / 𝑀) = ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀)))
5854, 57eqtr4d 2781 . . . . 5 (𝜑 → (((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) / 1) = ((𝑀 · ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀))) / 𝑀))
592, 43, 41mul12d 11182 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑀 · ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀))) = ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))))
6059oveq1d 7292 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑀 · ((𝑁𝑀) · (𝑁C𝑀))) / 𝑀) = (((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))) / 𝑀))
6158, 60eqtrd 2778 . . . 4 (𝜑 → (((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) / 1) = (((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))) / 𝑀))
62 0ne1 12042 . . . . . . 7 0 ≠ 1
6362a1i 11 . . . . . 6 (𝜑 → 0 ≠ 1)
6463necomd 2999 . . . . 5 (𝜑 → 1 ≠ 0)
6516nnne0d 12021 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁C(𝑀 + 1)) ≠ 0)
664, 17, 44, 65mulne0d 11625 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1))) ≠ 0)
672, 41mulcld 10993 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑀 · (𝑁C𝑀)) ∈ ℂ)
6843, 67mulcld 10993 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))) ∈ ℂ)
6937, 10gtned 11108 . . . . . . 7 (𝜑𝑁𝑀)
7042, 2, 69subne0d 11339 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑁𝑀) ≠ 0)
7140nnne0d 12021 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝑁C𝑀) ≠ 0)
722, 41, 56, 71mulne0d 11625 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑀 · (𝑁C𝑀)) ≠ 0)
7343, 67, 70, 72mulne0d 11625 . . . . 5 (𝜑 → ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀))) ≠ 0)
743, 64, 18, 66, 2, 56, 68, 73recbothd 39998 . . . 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)))))
762mulid1d 10990 . . . 4 (𝜑 → (𝑀 · 1) = 𝑀)
7776oveq1d 7292 . . 3 (𝜑 → ((𝑀 · 1) / ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀)))) = (𝑀 / ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀)))))
7875, 77eqtr4d 2781 . 2 (𝜑 → (1 / ((𝑀 + 1) · (𝑁C(𝑀 + 1)))) = ((𝑀 · 1) / ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀)))))
792, 43, 3, 67, 70, 72divmuldivd 11790 . 2 (𝜑 → ((𝑀 / (𝑁𝑀)) · (1 / (𝑀 · (𝑁C𝑀)))) = ((𝑀 · 1) / ((𝑁𝑀) · (𝑀 · (𝑁C𝑀)))))
8078, 79eqtr4d 2781 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 1086   = wceq 1539  wcel 2106  wne 2943   class class class wbr 5076  (class class class)co 7277  0cc0 10869  1c1 10870   + caddc 10872   · cmul 10874   < clt 11007  cle 11008  cmin 11203   / cdiv 11630  cn 11971  0cn0 12231  cz 12317  ...cfz 13237  Ccbc 14014
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2709  ax-sep 5225  ax-nul 5232  ax-pow 5290  ax-pr 5354  ax-un 7588  ax-cnex 10925  ax-resscn 10926  ax-1cn 10927  ax-icn 10928  ax-addcl 10929  ax-addrcl 10930  ax-mulcl 10931  ax-mulrcl 10932  ax-mulcom 10933  ax-addass 10934  ax-mulass 10935  ax-distr 10936  ax-i2m1 10937  ax-1ne0 10938  ax-1rid 10939  ax-rnegex 10940  ax-rrecex 10941  ax-cnre 10942  ax-pre-lttri 10943  ax-pre-lttrn 10944  ax-pre-ltadd 10945  ax-pre-mulgt0 10946
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 845  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2068  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2816  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3069  df-rex 3070  df-rmo 3071  df-reu 3072  df-rab 3073  df-v 3433  df-sbc 3718  df-csb 3834  df-dif 3891  df-un 3893  df-in 3895  df-ss 3905  df-pss 3907  df-nul 4259  df-if 4462  df-pw 4537  df-sn 4564  df-pr 4566  df-op 4570  df-uni 4842  df-iun 4928  df-br 5077  df-opab 5139  df-mpt 5160  df-tr 5194  df-id 5491  df-eprel 5497  df-po 5505  df-so 5506  df-fr 5546  df-we 5548  df-xp 5597  df-rel 5598  df-cnv 5599  df-co 5600  df-dm 5601  df-rn 5602  df-res 5603  df-ima 5604  df-pred 6204  df-ord 6271  df-on 6272  df-lim 6273  df-suc 6274  df-iota 6393  df-fun 6437  df-fn 6438  df-f 6439  df-f1 6440  df-fo 6441  df-f1o 6442  df-fv 6443  df-riota 7234  df-ov 7280  df-oprab 7281  df-mpo 7282  df-om 7713  df-1st 7831  df-2nd 7832  df-frecs 8095  df-wrecs 8126  df-recs 8200  df-rdg 8239  df-er 8496  df-en 8732  df-dom 8733  df-sdom 8734  df-pnf 11009  df-mnf 11010  df-xr 11011  df-ltxr 11012  df-le 11013  df-sub 11205  df-neg 11206  df-div 11631  df-nn 11972  df-n0 12232  df-z 12318  df-uz 12581  df-rp 12729  df-fz 13238  df-seq 13720  df-fac 13986  df-bc 14015
This theorem is referenced by:  lcmineqlem13  40046
  Copyright terms: Public domain W3C validator