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Theorem bcm1n 23048
Description: The proportion of one binomial coefficient to another with  N decreased by 1. (Contributed by Thierry Arnoux, 9-Nov-2016.)
Assertion
Ref Expression
bcm1n  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  /  ( N  _C  K ) )  =  ( ( N  -  K )  /  N ) )

Proof of Theorem bcm1n
StepHypRef Expression
1 bcp1n 11344 . . . . . . 7  |-  ( K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) )  ->  (
( ( N  - 
1 )  +  1 )  _C  K )  =  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  x.  ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  /  (
( ( N  - 
1 )  +  1 )  -  K ) ) ) )
2 nnz 10061 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  ZZ )
32zcnd 10134 . . . . . . . . . . 11  |-  ( N  e.  NN  ->  N  e.  CC )
43adantl 452 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  CC )
5 ax-1cn 8811 . . . . . . . . . . 11  |-  1  e.  CC
65a1i 10 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  1  e.  CC )
74, 6npcand 9177 . . . . . . . . 9  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( N  - 
1 )  +  1 )  =  N )
87oveq1d 5889 . . . . . . . 8  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  _C  K
)  =  ( N  _C  K ) )
97oveq1d 5889 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  -  K
)  =  ( N  -  K ) )
107, 9oveq12d 5892 . . . . . . . . 9  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  /  (
( ( N  - 
1 )  +  1 )  -  K ) )  =  ( N  /  ( N  -  K ) ) )
1110oveq2d 5890 . . . . . . . 8  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  x.  (
( ( N  - 
1 )  +  1 )  /  ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  -  K ) ) )  =  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  x.  ( N  / 
( N  -  K
) ) ) )
128, 11eqeq12d 2310 . . . . . . 7  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  _C  K )  =  ( ( ( N  - 
1 )  _C  K
)  x.  ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  /  ( ( ( N  -  1 )  +  1 )  -  K ) ) )  <-> 
( N  _C  K
)  =  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  x.  ( N  / 
( N  -  K
) ) ) ) )
131, 12syl5ib 210 . . . . . 6  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) )  ->  ( N  _C  K )  =  ( ( ( N  - 
1 )  _C  K
)  x.  ( N  /  ( N  -  K ) ) ) ) )
14133impia 1148 . . . . 5  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN  /\  K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) ) )  ->  ( N  _C  K )  =  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  x.  ( N  /  ( N  -  K ) ) ) )
15143anidm13 1240 . . . 4  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  _C  K
)  =  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  x.  ( N  / 
( N  -  K
) ) ) )
16 elfz2nn0 10837 . . . . . . . . . . 11  |-  ( K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) )  <->  ( K  e.  NN0  /\  ( N  -  1 )  e. 
NN0  /\  K  <_  ( N  -  1 ) ) )
1716simp1bi 970 . . . . . . . . . 10  |-  ( K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) )  ->  K  e.  NN0 )
1817adantr 451 . . . . . . . . 9  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  K  e.  NN0 )
19 simpr 447 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  NN )
2019nnnn0d 10034 . . . . . . . . 9  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  NN0 )
21 elfzelz 10814 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) )  ->  K  e.  ZZ )
2221adantr 451 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  K  e.  ZZ )
2322zred 10133 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  K  e.  RR )
242adantl 452 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  ZZ )
2524zred 10133 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  N  e.  RR )
26 elfzle2 10816 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) )  ->  K  <_  ( N  -  1 ) )
2726adantr 451 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  K  <_  ( N  -  1 ) )
28 zltlem1 10086 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( K  e.  ZZ  /\  N  e.  ZZ )  ->  ( K  <  N  <->  K  <_  ( N  - 
1 ) ) )
2921, 2, 28syl2an 463 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( K  <  N  <->  K  <_  ( N  - 
1 ) ) )
3027, 29mpbird 223 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  K  <  N )
3123, 25, 30ltled 8983 . . . . . . . . 9  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  K  <_  N )
32 elfz2nn0 10837 . . . . . . . . 9  |-  ( K  e.  ( 0 ... N )  <->  ( K  e.  NN0  /\  N  e. 
NN0  /\  K  <_  N ) )
3318, 20, 31, 32syl3anbrc 1136 . . . . . . . 8  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  K  e.  ( 0 ... N ) )
34 bcrpcl 11337 . . . . . . . 8  |-  ( K  e.  ( 0 ... N )  ->  ( N  _C  K )  e.  RR+ )
3533, 34syl 15 . . . . . . 7  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  _C  K
)  e.  RR+ )
3635rpcnd 10408 . . . . . 6  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  _C  K
)  e.  CC )
3721zcnd 10134 . . . . . . . . 9  |-  ( K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) )  ->  K  e.  CC )
3837adantr 451 . . . . . . . 8  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  K  e.  CC )
394, 38subcld 9173 . . . . . . 7  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  -  K
)  e.  CC )
4038, 4negsubdi2d 9189 . . . . . . . 8  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  -> 
-u ( K  -  N )  =  ( N  -  K ) )
4123, 25resubcld 9227 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( K  -  N
)  e.  RR )
4241recnd 8877 . . . . . . . . 9  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( K  -  N
)  e.  CC )
4322, 24jca 518 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( K  e.  ZZ  /\  N  e.  ZZ ) )
4443, 28syl 15 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( K  <  N  <->  K  <_  ( N  - 
1 ) ) )
4527, 44mpbird 223 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  K  <  N )
464addid2d 9029 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( 0  +  N
)  =  N )
4746breq2d 4051 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( K  <  (
0  +  N )  <-> 
K  <  N )
)
4845, 47mpbird 223 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  K  <  ( 0  +  N ) )
49 0re 8854 . . . . . . . . . . . . 13  |-  0  e.  RR
5049a1i 10 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  0  e.  RR )
5123, 25, 50ltsubaddd 9384 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( K  -  N )  <  0  <->  K  <  ( 0  +  N ) ) )
5248, 51mpbird 223 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( K  -  N
)  <  0 )
5341, 52ltned 8971 . . . . . . . . 9  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( K  -  N
)  =/=  0 )
5442, 53negne0d 9171 . . . . . . . 8  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  -> 
-u ( K  -  N )  =/=  0
)
5540, 54eqnetrrd 2479 . . . . . . 7  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  -  K
)  =/=  0 )
564, 39, 55divcld 9552 . . . . . 6  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  /  ( N  -  K )
)  e.  CC )
57 bcrpcl 11337 . . . . . . . 8  |-  ( K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) )  ->  (
( N  -  1 )  _C  K )  e.  RR+ )
5857adantr 451 . . . . . . 7  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( N  - 
1 )  _C  K
)  e.  RR+ )
5958rpcnne0d 10415 . . . . . 6  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  e.  CC  /\  ( ( N  - 
1 )  _C  K
)  =/=  0 ) )
6036, 56, 593jca 1132 . . . . 5  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( N  _C  K )  e.  CC  /\  ( N  /  ( N  -  K )
)  e.  CC  /\  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  e.  CC  /\  ( ( N  - 
1 )  _C  K
)  =/=  0 ) ) )
61 divmul2 9444 . . . . 5  |-  ( ( ( N  _C  K
)  e.  CC  /\  ( N  /  ( N  -  K )
)  e.  CC  /\  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  e.  CC  /\  ( ( N  - 
1 )  _C  K
)  =/=  0 ) )  ->  ( (
( N  _C  K
)  /  ( ( N  -  1 )  _C  K ) )  =  ( N  / 
( N  -  K
) )  <->  ( N  _C  K )  =  ( ( ( N  - 
1 )  _C  K
)  x.  ( N  /  ( N  -  K ) ) ) ) )
6260, 61syl 15 . . . 4  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( N  _C  K )  / 
( ( N  - 
1 )  _C  K
) )  =  ( N  /  ( N  -  K ) )  <-> 
( N  _C  K
)  =  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  x.  ( N  / 
( N  -  K
) ) ) ) )
6315, 62mpbird 223 . . 3  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( N  _C  K )  /  (
( N  -  1 )  _C  K ) )  =  ( N  /  ( N  -  K ) ) )
6463oveq2d 5890 . 2  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( 1  /  (
( N  _C  K
)  /  ( ( N  -  1 )  _C  K ) ) )  =  ( 1  /  ( N  / 
( N  -  K
) ) ) )
6559simpld 445 . . 3  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( N  - 
1 )  _C  K
)  e.  CC )
66 bccl2 11351 . . . . 5  |-  ( K  e.  ( 0 ... N )  ->  ( N  _C  K )  e.  NN )
6733, 66syl 15 . . . 4  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  _C  K
)  e.  NN )
6867nnne0d 9806 . . 3  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( N  _C  K
)  =/=  0 )
69 bccl2 11351 . . . . 5  |-  ( K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) )  ->  (
( N  -  1 )  _C  K )  e.  NN )
7069nnne0d 9806 . . . 4  |-  ( K  e.  ( 0 ... ( N  -  1 ) )  ->  (
( N  -  1 )  _C  K )  =/=  0 )
7170adantr 451 . . 3  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( N  - 
1 )  _C  K
)  =/=  0 )
7236, 65, 68, 71recdivd 9569 . 2  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( 1  /  (
( N  _C  K
)  /  ( ( N  -  1 )  _C  K ) ) )  =  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  /  ( N  _C  K ) ) )
73 elfzle1 10815 . . . . . . . 8  |-  ( K  e.  ( 0 ... N )  ->  0  <_  K )
7433, 73syl 15 . . . . . . 7  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  0  <_  K )
7574, 45jca 518 . . . . . 6  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( 0  <_  K  /\  K  <  N ) )
76 lelttr 8928 . . . . . . 7  |-  ( ( 0  e.  RR  /\  K  e.  RR  /\  N  e.  RR )  ->  (
( 0  <_  K  /\  K  <  N )  ->  0  <  N
) )
7750, 23, 25, 76syl3anc 1182 . . . . . 6  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( 0  <_  K  /\  K  <  N
)  ->  0  <  N ) )
7875, 77mpd 14 . . . . 5  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  0  <  N )
7950, 78ltned 8971 . . . 4  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  0  =/=  N )
8079necomd 2542 . . 3  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  N  =/=  0 )
814, 39, 80, 55recdivd 9569 . 2  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( 1  /  ( N  /  ( N  -  K ) ) )  =  ( ( N  -  K )  /  N ) )
8264, 72, 813eqtr3d 2336 1  |-  ( ( K  e.  ( 0 ... ( N  - 
1 ) )  /\  N  e.  NN )  ->  ( ( ( N  -  1 )  _C  K )  /  ( N  _C  K ) )  =  ( ( N  -  K )  /  N ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 176    /\ wa 358    /\ w3a 934    = wceq 1632    e. wcel 1696    =/= wne 2459   class class class wbr 4039  (class class class)co 5874   CCcc 8751   RRcr 8752   0cc0 8753   1c1 8754    + caddc 8756    x. cmul 8758    < clt 8883    <_ cle 8884    - cmin 9053   -ucneg 9054    / cdiv 9439   NNcn 9762   NN0cn0 9981   ZZcz 10040   RR+crp 10370   ...cfz 10798    _C cbc 11331
This theorem is referenced by:  ballotlem2  23063
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1536  ax-5 1547  ax-17 1606  ax-9 1644  ax-8 1661  ax-13 1698  ax-14 1700  ax-6 1715  ax-7 1720  ax-11 1727  ax-12 1878  ax-ext 2277  ax-sep 4157  ax-nul 4165  ax-pow 4204  ax-pr 4230  ax-un 4528  ax-cnex 8809  ax-resscn 8810  ax-1cn 8811  ax-icn 8812  ax-addcl 8813  ax-addrcl 8814  ax-mulcl 8815  ax-mulrcl 8816  ax-mulcom 8817  ax-addass 8818  ax-mulass 8819  ax-distr 8820  ax-i2m1 8821  ax-1ne0 8822  ax-1rid 8823  ax-rnegex 8824  ax-rrecex 8825  ax-cnre 8826  ax-pre-lttri 8827  ax-pre-lttrn 8828  ax-pre-ltadd 8829  ax-pre-mulgt0 8830
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1532  df-nf 1535  df-sb 1639  df-eu 2160  df-mo 2161  df-clab 2283  df-cleq 2289  df-clel 2292  df-nfc 2421  df-ne 2461  df-nel 2462  df-ral 2561  df-rex 2562  df-reu 2563  df-rmo 2564  df-rab 2565  df-v 2803  df-sbc 3005  df-csb 3095  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-pss 3181  df-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-tp 3661  df-op 3662  df-uni 3844  df-iun 3923  df-br 4040  df-opab 4094  df-mpt 4095  df-tr 4130  df-eprel 4321  df-id 4325  df-po 4330  df-so 4331  df-fr 4368  df-we 4370  df-ord 4411  df-on 4412  df-lim 4413  df-suc 4414  df-om 4673  df-xp 4711  df-rel 4712  df-cnv 4713  df-co 4714  df-dm 4715  df-rn 4716  df-res 4717  df-ima 4718  df-iota 5235  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpt2 5879  df-1st 6138  df-2nd 6139  df-riota 6320  df-recs 6404  df-rdg 6439  df-er 6676  df-en 6880  df-dom 6881  df-sdom 6882  df-pnf 8885  df-mnf 8886  df-xr 8887  df-ltxr 8888  df-le 8889  df-sub 9055  df-neg 9056  df-div 9440  df-nn 9763  df-n0 9982  df-z 10041  df-uz 10247  df-rp 10371  df-fz 10799  df-seq 11063  df-fac 11305  df-bc 11332
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