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Theorem bcp1ctr 21055
Description: Ratio of two central binomial coefficients. (Contributed by Mario Carneiro, 10-Mar-2014.)
Assertion
Ref Expression
bcp1ctr  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  ( N  +  1 ) )  _C  ( N  + 
1 ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  _C  N )  x.  (
2  x.  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  /  ( N  + 
1 ) ) ) ) )

Proof of Theorem bcp1ctr
StepHypRef Expression
1 2cn 10062 . . . . . . . 8  |-  2  e.  CC
21mulid1i 9084 . . . . . . 7  |-  ( 2  x.  1 )  =  2
3 df-2 10050 . . . . . . 7  |-  2  =  ( 1  +  1 )
42, 3eqtri 2455 . . . . . 6  |-  ( 2  x.  1 )  =  ( 1  +  1 )
54oveq2i 6084 . . . . 5  |-  ( ( 2  x.  N )  +  ( 2  x.  1 ) )  =  ( ( 2  x.  N )  +  ( 1  +  1 ) )
6 nn0cn 10223 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  N  e.  CC )
7 ax-1cn 9040 . . . . . . 7  |-  1  e.  CC
8 adddi 9071 . . . . . . 7  |-  ( ( 2  e.  CC  /\  N  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  (
2  x.  ( N  +  1 ) )  =  ( ( 2  x.  N )  +  ( 2  x.  1 ) ) )
91, 7, 8mp3an13 1270 . . . . . 6  |-  ( N  e.  CC  ->  (
2  x.  ( N  +  1 ) )  =  ( ( 2  x.  N )  +  ( 2  x.  1 ) ) )
106, 9syl 16 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( 2  x.  ( N  + 
1 ) )  =  ( ( 2  x.  N )  +  ( 2  x.  1 ) ) )
11 2nn0 10230 . . . . . . . 8  |-  2  e.  NN0
12 nn0mulcl 10248 . . . . . . . 8  |-  ( ( 2  e.  NN0  /\  N  e.  NN0 )  -> 
( 2  x.  N
)  e.  NN0 )
1311, 12mpan 652 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( 2  x.  N )  e. 
NN0 )
1413nn0cnd 10268 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( 2  x.  N )  e.  CC )
15 addass 9069 . . . . . . 7  |-  ( ( ( 2  x.  N
)  e.  CC  /\  1  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  +  1 )  =  ( ( 2  x.  N )  +  ( 1  +  1 ) ) )
167, 7, 15mp3an23 1271 . . . . . 6  |-  ( ( 2  x.  N )  e.  CC  ->  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  +  1 )  =  ( ( 2  x.  N )  +  ( 1  +  1 ) ) )
1714, 16syl 16 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  +  1 )  =  ( ( 2  x.  N )  +  ( 1  +  1 ) ) )
185, 10, 173eqtr4a 2493 . . . 4  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( 2  x.  ( N  + 
1 ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  +  1 ) )
1918oveq1d 6088 . . 3  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  ( N  +  1 ) )  _C  ( N  + 
1 ) )  =  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  +  1 )  _C  ( N  +  1 ) ) )
20 peano2nn0 10252 . . . . 5  |-  ( ( 2  x.  N )  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  N )  +  1 )  e. 
NN0 )
2113, 20syl 16 . . . 4  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  N )  +  1 )  e. 
NN0 )
22 nn0p1nn 10251 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( N  +  1 )  e.  NN )
2322nnzd 10366 . . . 4  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( N  +  1 )  e.  ZZ )
24 bcpasc 11604 . . . 4  |-  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  e.  NN0  /\  ( N  +  1
)  e.  ZZ )  ->  ( ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  _C  ( N  + 
1 ) )  +  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  (
( N  +  1 )  -  1 ) ) )  =  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  +  1 )  _C  ( N  +  1 ) ) )
2521, 23, 24syl2anc 643 . . 3  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( N  +  1 ) )  +  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( ( N  + 
1 )  -  1 ) ) )  =  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  +  1 )  _C  ( N  +  1 ) ) )
2619, 25eqtr4d 2470 . 2  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  ( N  +  1 ) )  _C  ( N  + 
1 ) )  =  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( N  +  1 ) )  +  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( ( N  +  1 )  -  1 ) ) ) )
27 nn0z 10296 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN0  ->  N  e.  ZZ )
28 bccl 11605 . . . . . . 7  |-  ( ( ( 2  x.  N
)  e.  NN0  /\  N  e.  ZZ )  ->  ( ( 2  x.  N )  _C  N
)  e.  NN0 )
2913, 27, 28syl2anc 643 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  N )  _C  N )  e. 
NN0 )
3029nn0cnd 10268 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  N )  _C  N )  e.  CC )
311a1i 11 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  2  e.  CC )
3221nn0red 10267 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  N )  +  1 )  e.  RR )
3332, 22nndivred 10040 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  /  ( N  + 
1 ) )  e.  RR )
3433recnd 9106 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  /  ( N  + 
1 ) )  e.  CC )
3530, 31, 34mul12d 9267 . . . 4  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  _C  N )  x.  ( 2  x.  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  /  ( N  +  1 ) ) ) )  =  ( 2  x.  (
( ( 2  x.  N )  _C  N
)  x.  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  /  ( N  + 
1 ) ) ) ) )
367a1i 11 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN0  ->  1  e.  CC )
3714, 36, 6addsubd 9424 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  -  N )  =  ( ( ( 2  x.  N )  -  N )  +  1 ) )
3862timesd 10202 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( 2  x.  N )  =  ( N  +  N
) )
3938oveq1d 6088 . . . . . . . . . . 11  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  N )  -  N )  =  ( ( N  +  N )  -  N
) )
406, 6pncand 9404 . . . . . . . . . . 11  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( N  +  N )  -  N )  =  N )
4139, 40eqtrd 2467 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  N )  -  N )  =  N )
4241oveq1d 6088 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  -  N )  +  1 )  =  ( N  +  1 ) )
4337, 42eqtr2d 2468 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( N  +  1 )  =  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  -  N
) )
4443oveq2d 6089 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  /  ( N  + 
1 ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  /  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  -  N ) ) )
4544oveq2d 6089 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  _C  N )  x.  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  / 
( N  +  1 ) ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  _C  N )  x.  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  /  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  -  N ) ) ) )
46 fzctr 11109 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN0  ->  N  e.  ( 0 ... (
2  x.  N ) ) )
47 bcp1n 11599 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  ( 0 ... ( 2  x.  N
) )  ->  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N )  =  ( ( ( 2  x.  N )  _C  N )  x.  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  /  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  -  N ) ) ) )
4846, 47syl 16 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  _C  N )  =  ( ( ( 2  x.  N )  _C  N )  x.  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  /  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  -  N ) ) ) )
4945, 48eqtr4d 2470 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  _C  N )  x.  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  / 
( N  +  1 ) ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N
) )
5049oveq2d 6089 . . . 4  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( 2  x.  ( ( ( 2  x.  N )  _C  N )  x.  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  /  ( N  +  1 ) ) ) )  =  ( 2  x.  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N ) ) )
5135, 50eqtrd 2467 . . 3  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  _C  N )  x.  ( 2  x.  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  /  ( N  +  1 ) ) ) )  =  ( 2  x.  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N ) ) )
52 bccmpl 11592 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  e.  NN0  /\  ( N  +  1
)  e.  ZZ )  ->  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( N  +  1 ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  -  ( N  + 
1 ) ) ) )
5321, 23, 52syl2anc 643 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  _C  ( N  + 
1 ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  -  ( N  +  1 ) ) ) )
5438oveq1d 6088 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  N )  +  1 )  =  ( ( N  +  N )  +  1 ) )
556, 6, 36addassd 9102 . . . . . . . . . 10  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( N  +  N )  +  1 )  =  ( N  +  ( N  +  1 ) ) )
5654, 55eqtrd 2467 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  N )  +  1 )  =  ( N  +  ( N  +  1 ) ) )
5756oveq1d 6088 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  -  ( N  + 
1 ) )  =  ( ( N  +  ( N  +  1
) )  -  ( N  +  1 ) ) )
5822nncnd 10008 . . . . . . . . 9  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( N  +  1 )  e.  CC )
596, 58pncand 9404 . . . . . . . 8  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( N  +  ( N  +  1 ) )  -  ( N  + 
1 ) )  =  N )
6057, 59eqtrd 2467 . . . . . . 7  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  -  ( N  + 
1 ) )  =  N )
6160oveq2d 6089 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  _C  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  -  ( N  +  1
) ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N
) )
6253, 61eqtrd 2467 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  _C  ( N  + 
1 ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N
) )
63 pncan 9303 . . . . . . 7  |-  ( ( N  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  ( ( N  + 
1 )  -  1 )  =  N )
646, 7, 63sylancl 644 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( N  +  1 )  -  1 )  =  N )
6564oveq2d 6089 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  _C  ( ( N  +  1 )  - 
1 ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N
) )
6662, 65oveq12d 6091 . . . 4  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( N  +  1 ) )  +  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( ( N  + 
1 )  -  1 ) ) )  =  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N )  +  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N ) ) )
67 bccl 11605 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  e.  NN0  /\  N  e.  ZZ )  ->  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N
)  e.  NN0 )
6821, 27, 67syl2anc 643 . . . . . 6  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  _C  N )  e. 
NN0 )
6968nn0cnd 10268 . . . . 5  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  _C  N )  e.  CC )
70692timesd 10202 . . . 4  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( 2  x.  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N ) )  =  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N )  +  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N ) ) )
7166, 70eqtr4d 2470 . . 3  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( N  +  1 ) )  +  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( ( N  + 
1 )  -  1 ) ) )  =  ( 2  x.  (
( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  N ) ) )
7251, 71eqtr4d 2470 . 2  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( ( 2  x.  N
)  _C  N )  x.  ( 2  x.  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  /  ( N  +  1 ) ) ) )  =  ( ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( N  +  1 ) )  +  ( ( ( 2  x.  N )  +  1 )  _C  ( ( N  +  1 )  -  1 ) ) ) )
7326, 72eqtr4d 2470 1  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( ( 2  x.  ( N  +  1 ) )  _C  ( N  + 
1 ) )  =  ( ( ( 2  x.  N )  _C  N )  x.  (
2  x.  ( ( ( 2  x.  N
)  +  1 )  /  ( N  + 
1 ) ) ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    = wceq 1652    e. wcel 1725  (class class class)co 6073   CCcc 8980   0cc0 8982   1c1 8983    + caddc 8985    x. cmul 8987    - cmin 9283    / cdiv 9669   2c2 10041   NN0cn0 10213   ZZcz 10274   ...cfz 11035    _C cbc 11585
This theorem is referenced by:  bclbnd  21056
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1555  ax-5 1566  ax-17 1626  ax-9 1666  ax-8 1687  ax-13 1727  ax-14 1729  ax-6 1744  ax-7 1749  ax-11 1761  ax-12 1950  ax-ext 2416  ax-sep 4322  ax-nul 4330  ax-pow 4369  ax-pr 4395  ax-un 4693  ax-cnex 9038  ax-resscn 9039  ax-1cn 9040  ax-icn 9041  ax-addcl 9042  ax-addrcl 9043  ax-mulcl 9044  ax-mulrcl 9045  ax-mulcom 9046  ax-addass 9047  ax-mulass 9048  ax-distr 9049  ax-i2m1 9050  ax-1ne0 9051  ax-1rid 9052  ax-rnegex 9053  ax-rrecex 9054  ax-cnre 9055  ax-pre-lttri 9056  ax-pre-lttrn 9057  ax-pre-ltadd 9058  ax-pre-mulgt0 9059
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1328  df-ex 1551  df-nf 1554  df-sb 1659  df-eu 2284  df-mo 2285  df-clab 2422  df-cleq 2428  df-clel 2431  df-nfc 2560  df-ne 2600  df-nel 2601  df-ral 2702  df-rex 2703  df-reu 2704  df-rmo 2705  df-rab 2706  df-v 2950  df-sbc 3154  df-csb 3244  df-dif 3315  df-un 3317  df-in 3319  df-ss 3326  df-pss 3328  df-nul 3621  df-if 3732  df-pw 3793  df-sn 3812  df-pr 3813  df-tp 3814  df-op 3815  df-uni 4008  df-iun 4087  df-br 4205  df-opab 4259  df-mpt 4260  df-tr 4295  df-eprel 4486  df-id 4490  df-po 4495  df-so 4496  df-fr 4533  df-we 4535  df-ord 4576  df-on 4577  df-lim 4578  df-suc 4579  df-om 4838  df-xp 4876  df-rel 4877  df-cnv 4878  df-co 4879  df-dm 4880  df-rn 4881  df-res 4882  df-ima 4883  df-iota 5410  df-fun 5448  df-fn 5449  df-f 5450  df-f1 5451  df-fo 5452  df-f1o 5453  df-fv 5454  df-ov 6076  df-oprab 6077  df-mpt2 6078  df-1st 6341  df-2nd 6342  df-riota 6541  df-recs 6625  df-rdg 6660  df-er 6897  df-en 7102  df-dom 7103  df-sdom 7104  df-pnf 9114  df-mnf 9115  df-xr 9116  df-ltxr 9117  df-le 9118  df-sub 9285  df-neg 9286  df-div 9670  df-nn 9993  df-2 10050  df-n0 10214  df-z 10275  df-uz 10481  df-rp 10605  df-fz 11036  df-seq 11316  df-fac 11559  df-bc 11586
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