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Theorem bcle2d

Description: Inequality for binomial coefficients. (Contributed by metakunt, 12-May-2025)

Ref Expression
Hypotheses bcle2d.1 φ A 0
bcle2d.2 φ B 0
bcle2d.3 φ C 0
bcle2d.4 φ D
bcle2d.5 φ A B
bcle2d.6 φ D C
Assertion bcle2d φ ( A + C A + D) ( B + C B + D)

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 bcle2d.1 φ A 0
2 bcle2d.2 φ B 0
3 bcle2d.3 φ C 0
4 bcle2d.4 φ D
5 bcle2d.5 φ A B
6 bcle2d.6 φ D C
7 bcval2 A + D 0 A + C ( A + C A + D) = A + C ! A + C - A + D ! A + D !
8 7 adantl φ A + D 0 A + C ( A + C A + D) = A + C ! A + C - A + D ! A + D !
9 1 3 nn0addcld φ A + C 0
10 9 adantr φ A + D 0 A + C A + C 0
11 10 faccld φ A + D 0 A + C A + C !
12 11 nncnd φ A + D 0 A + C A + C !
13 1 nn0zd φ A
14 13 4 zaddcld φ A + D
15 elfzle1 A + D 0 A + C 0 A + D
16 14 15 anim12i φ A + D 0 A + C A + D 0 A + D
17 elnn0z A + D 0 A + D 0 A + D
18 16 17 sylibr φ A + D 0 A + C A + D 0
19 18 faccld φ A + D 0 A + C A + D !
20 19 nnnn0d φ A + D 0 A + C A + D ! 0
21 20 nn0cnd φ A + D 0 A + C A + D !
22 1 nn0red φ A
23 22 adantr φ A + D 0 A + C A
24 23 recnd φ A + D 0 A + C A
25 3 nn0cnd φ C
26 25 adantr φ A + D 0 A + C C
27 4 zred φ D
28 27 adantr φ A + D 0 A + C D
29 28 recnd φ A + D 0 A + C D
30 24 26 24 29 addsub4d φ A + D 0 A + C A + C - A + D = A A + C - D
31 24 subidd φ A + D 0 A + C A A = 0
32 31 oveq1d φ A + D 0 A + C A A + C - D = 0 + C - D
33 26 29 subcld φ A + D 0 A + C C D
34 33 addlidd φ A + D 0 A + C 0 + C - D = C D
35 32 34 eqtrd φ A + D 0 A + C A A + C - D = C D
36 30 35 eqtrd φ A + D 0 A + C A + C - A + D = C D
37 3 nn0zd φ C
38 37 adantr φ A + D 0 A + C C
39 4 adantr φ A + D 0 A + C D
40 38 39 zsubcld φ A + D 0 A + C C D
41 6 adantr φ A + D 0 A + C D C
42 38 zred φ A + D 0 A + C C
43 42 28 subge0d φ A + D 0 A + C 0 C D D C
44 41 43 mpbird φ A + D 0 A + C 0 C D
45 40 44 jca φ A + D 0 A + C C D 0 C D
46 elnn0z C D 0 C D 0 C D
47 45 46 sylibr φ A + D 0 A + C C D 0
48 36 47 eqeltrd φ A + D 0 A + C A + C - A + D 0
49 48 faccld φ A + D 0 A + C A + C - A + D !
50 49 nnnn0d φ A + D 0 A + C A + C - A + D ! 0
51 50 nn0cnd φ A + D 0 A + C A + C - A + D !
52 19 nnne0d φ A + D 0 A + C A + D ! 0
53 49 nnne0d φ A + D 0 A + C A + C - A + D ! 0
54 12 21 51 52 53 divdiv1d φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! A + C - A + D ! = A + C ! A + D ! A + C - A + D !
55 54 eqcomd φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! A + C - A + D ! = A + C ! A + D ! A + C - A + D !
56 0zd φ A + D 0 A + C 0
57 10 nn0zd φ A + D 0 A + C A + C
58 28 renegcld φ A + D 0 A + C D
59 3 adantr φ A + D 0 A + C C 0
60 59 nn0red φ A + D 0 A + C C
61 df-neg D = 0 D
62 61 a1i φ A + D 0 A + C D = 0 D
63 15 adantl φ A + D 0 A + C 0 A + D
64 0red φ A + D 0 A + C 0
65 64 28 23 lesubaddd φ A + D 0 A + C 0 D A 0 A + D
66 63 65 mpbird φ A + D 0 A + C 0 D A
67 62 66 eqbrtrd φ A + D 0 A + C D A
68 58 23 60 67 leadd2dd φ A + D 0 A + C C + D C + A
69 26 29 negsubd φ A + D 0 A + C C + D = C D
70 26 24 addcomd φ A + D 0 A + C C + A = A + C
71 68 69 70 3brtr3d φ A + D 0 A + C C D A + C
72 56 57 40 44 71 elfzd φ A + D 0 A + C C D 0 A + C
73 fallfacval4 C D 0 A + C A + C C D _ = A + C ! A + C - C D !
74 72 73 syl φ A + D 0 A + C A + C C D _ = A + C ! A + C - C D !
75 9 nn0cnd φ A + C
76 27 recnd φ D
77 75 25 76 subsubd φ A + C - C D = A + C - C + D
78 22 recnd φ A
79 78 25 pncand φ A + C - C = A
80 79 oveq1d φ A + C - C + D = A + D
81 77 80 eqtrd φ A + C - C D = A + D
82 81 adantr φ A + D 0 A + C A + C - C D = A + D
83 82 fveq2d φ A + D 0 A + C A + C - C D ! = A + D !
84 83 oveq2d φ A + D 0 A + C A + C ! A + C - C D ! = A + C ! A + D !
85 74 84 eqtrd φ A + D 0 A + C A + C C D _ = A + C ! A + D !
86 85 eqcomd φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! = A + C C D _
87 nfv k φ A + D 0 A + C
88 fzfid φ A + D 0 A + C 0 C - D - 1 Fin
89 23 adantr φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 A
90 3 nn0red φ C
91 90 adantr φ A + D 0 A + C C
92 91 adantr φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 C
93 89 92 readdcld φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 A + C
94 elfzelz k 0 C - D - 1 k
95 94 zred k 0 C - D - 1 k
96 95 adantl φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 k
97 93 96 resubcld φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 A + C - k
98 0red φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 0
99 98 96 readdcld φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 0 + k
100 28 adantr φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 D
101 92 100 resubcld φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 C D
102 1red φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 1
103 101 102 resubcld φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 C - D - 1
104 96 recnd φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 k
105 104 addlidd φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 0 + k = k
106 elfzle2 k 0 C - D - 1 k C - D - 1
107 106 adantl φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 k C - D - 1
108 105 107 eqbrtrd φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 0 + k C - D - 1
109 101 lem1d φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 C - D - 1 C D
110 71 adantr φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 C D A + C
111 103 101 93 109 110 letrd φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 C - D - 1 A + C
112 99 103 93 108 111 letrd φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 0 + k A + C
113 64 adantr φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 0
114 leaddsub 0 k A + C 0 + k A + C 0 A + C - k
115 113 96 93 114 syl3anc φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 0 + k A + C 0 A + C - k
116 112 115 mpbid φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 0 A + C - k
117 2 nn0red φ B
118 117 adantr φ A + D 0 A + C B
119 118 adantr φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 B
120 119 92 readdcld φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 B + C
121 120 96 resubcld φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 B + C - k
122 5 adantr φ A + D 0 A + C A B
123 122 adantr φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 A B
124 89 119 92 123 leadd1dd φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 A + C B + C
125 93 120 96 124 lesub1dd φ A + D 0 A + C k 0 C - D - 1 A + C - k B + C - k
126 87 88 97 116 121 125 fprodle φ A + D 0 A + C k = 0 C - D - 1 A + C - k k = 0 C - D - 1 B + C - k
127 75 adantr φ A + D 0 A + C A + C
128 fallfacval A + C C D 0 A + C C D _ = k = 0 C - D - 1 A + C - k
129 127 47 128 syl2anc φ A + D 0 A + C A + C C D _ = k = 0 C - D - 1 A + C - k
130 129 eqcomd φ A + D 0 A + C k = 0 C - D - 1 A + C - k = A + C C D _
131 118 recnd φ A + D 0 A + C B
132 131 26 addcld φ A + D 0 A + C B + C
133 fallfacval B + C C D 0 B + C C D _ = k = 0 C - D - 1 B + C - k
134 132 47 133 syl2anc φ A + D 0 A + C B + C C D _ = k = 0 C - D - 1 B + C - k
135 134 eqcomd φ A + D 0 A + C k = 0 C - D - 1 B + C - k = B + C C D _
136 126 130 135 3brtr3d φ A + D 0 A + C A + C C D _ B + C C D _
137 2 nn0zd φ B
138 137 37 zaddcld φ B + C
139 138 adantr φ A + D 0 A + C B + C
140 23 28 readdcld φ A + D 0 A + C A + D
141 137 4 zaddcld φ B + D
142 141 adantr φ A + D 0 A + C B + D
143 142 zred φ A + D 0 A + C B + D
144 23 118 28 122 leadd1dd φ A + D 0 A + C A + D B + D
145 64 140 143 63 144 letrd φ A + D 0 A + C 0 B + D
146 64 28 118 lesubaddd φ A + D 0 A + C 0 D B 0 B + D
147 145 146 mpbird φ A + D 0 A + C 0 D B
148 62 147 eqbrtrd φ A + D 0 A + C D B
149 58 118 60 148 leadd2dd φ A + D 0 A + C C + D C + B
150 26 131 addcomd φ A + D 0 A + C C + B = B + C
151 149 69 150 3brtr3d φ A + D 0 A + C C D B + C
152 56 139 40 44 151 elfzd φ A + D 0 A + C C D 0 B + C
153 fallfacval4 C D 0 B + C B + C C D _ = B + C ! B + C - C D !
154 152 153 syl φ A + D 0 A + C B + C C D _ = B + C ! B + C - C D !
155 132 26 29 subsubd φ A + D 0 A + C B + C - C D = B + C - C + D
156 131 26 pncand φ A + D 0 A + C B + C - C = B
157 156 oveq1d φ A + D 0 A + C B + C - C + D = B + D
158 155 157 eqtrd φ A + D 0 A + C B + C - C D = B + D
159 158 fveq2d φ A + D 0 A + C B + C - C D ! = B + D !
160 159 oveq2d φ A + D 0 A + C B + C ! B + C - C D ! = B + C ! B + D !
161 154 160 eqtrd φ A + D 0 A + C B + C C D _ = B + C ! B + D !
162 136 161 breqtrd φ A + D 0 A + C A + C C D _ B + C ! B + D !
163 86 162 eqbrtrd φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! B + C ! B + D !
164 11 nnred φ A + D 0 A + C A + C !
165 19 nnred φ A + D 0 A + C A + D !
166 164 165 52 redivcld φ A + D 0 A + C A + C ! A + D !
167 2 adantr φ A + D 0 A + C B 0
168 167 59 nn0addcld φ A + D 0 A + C B + C 0
169 168 faccld φ A + D 0 A + C B + C !
170 169 nnred φ A + D 0 A + C B + C !
171 142 145 jca φ A + D 0 A + C B + D 0 B + D
172 elnn0z B + D 0 B + D 0 B + D
173 171 172 sylibr φ A + D 0 A + C B + D 0
174 173 faccld φ A + D 0 A + C B + D !
175 174 nnred φ A + D 0 A + C B + D !
176 174 nnne0d φ A + D 0 A + C B + D ! 0
177 170 175 176 redivcld φ A + D 0 A + C B + C ! B + D !
178 35 eqcomd φ A + D 0 A + C C D = A A + C - D
179 30 eqcomd φ A + D 0 A + C A A + C - D = A + C - A + D
180 178 179 eqtrd φ A + D 0 A + C C D = A + C - A + D
181 180 fveq2d φ A + D 0 A + C C D ! = A + C - A + D !
182 181 49 eqeltrd φ A + D 0 A + C C D !
183 182 nnrpd φ A + D 0 A + C C D ! +
184 166 177 183 lediv1d φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! B + C ! B + D ! A + C ! A + D ! C D ! B + C ! B + D ! C D !
185 163 184 mpbid φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! C D ! B + C ! B + D ! C D !
186 181 oveq2d φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! C D ! = A + C ! A + D ! A + C - A + D !
187 131 26 pncan2d φ A + D 0 A + C B + C - B = C
188 187 eqcomd φ A + D 0 A + C C = B + C - B
189 188 oveq1d φ A + D 0 A + C C D = B + C - B - D
190 132 131 29 subsub4d φ A + D 0 A + C B + C - B - D = B + C - B + D
191 189 190 eqtrd φ A + D 0 A + C C D = B + C - B + D
192 191 fveq2d φ A + D 0 A + C C D ! = B + C - B + D !
193 192 oveq2d φ A + D 0 A + C B + C ! B + D ! C D ! = B + C ! B + D ! B + C - B + D !
194 185 186 193 3brtr3d φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! A + C - A + D ! B + C ! B + D ! B + C - B + D !
195 169 nncnd φ A + D 0 A + C B + C !
196 174 nncnd φ A + D 0 A + C B + D !
197 131 26 29 pnpcand φ A + D 0 A + C B + C - B + D = C D
198 197 47 eqeltrd φ A + D 0 A + C B + C - B + D 0
199 198 faccld φ A + D 0 A + C B + C - B + D !
200 199 nncnd φ A + D 0 A + C B + C - B + D !
201 199 nnne0d φ A + D 0 A + C B + C - B + D ! 0
202 195 196 200 176 201 divdiv1d φ A + D 0 A + C B + C ! B + D ! B + C - B + D ! = B + C ! B + D ! B + C - B + D !
203 194 202 breqtrd φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! A + C - A + D ! B + C ! B + D ! B + C - B + D !
204 55 203 eqbrtrd φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! A + C - A + D ! B + C ! B + D ! B + C - B + D !
205 19 nncnd φ A + D 0 A + C A + D !
206 49 nncnd φ A + D 0 A + C A + C - A + D !
207 205 206 mulcomd φ A + D 0 A + C A + D ! A + C - A + D ! = A + C - A + D ! A + D !
208 207 oveq2d φ A + D 0 A + C A + C ! A + D ! A + C - A + D ! = A + C ! A + C - A + D ! A + D !
209 196 200 mulcomd φ A + D 0 A + C B + D ! B + C - B + D ! = B + C - B + D ! B + D !
210 209 oveq2d φ A + D 0 A + C B + C ! B + D ! B + C - B + D ! = B + C ! B + C - B + D ! B + D !
211 204 208 210 3brtr3d φ A + D 0 A + C A + C ! A + C - A + D ! A + D ! B + C ! B + C - B + D ! B + D !
212 elfzle2 A + D 0 A + C A + D A + C
213 212 adantl φ A + D 0 A + C A + D A + C
214 131 29 addcomd φ A + D 0 A + C B + D = D + B
215 214 oveq1d φ A + D 0 A + C B + D + A B = D + B + A B
216 29 131 addcld φ A + D 0 A + C D + B
217 23 118 resubcld φ A + D 0 A + C A B
218 217 recnd φ A + D 0 A + C A B
219 216 218 addcomd φ A + D 0 A + C D + B + A B = A B + D + B
220 215 219 eqtrd φ A + D 0 A + C B + D + A B = A B + D + B
221 218 29 131 addassd φ A + D 0 A + C A B + D + B = A B + D + B
222 221 eqcomd φ A + D 0 A + C A B + D + B = A B + D + B
223 220 222 eqtrd φ A + D 0 A + C B + D + A B = A B + D + B
224 24 131 29 nppcand φ A + D 0 A + C A B + D + B = A + D
225 223 224 eqtr2d φ A + D 0 A + C A + D = B + D + A B
226 132 218 addcomd φ A + D 0 A + C B + C + A B = A B + B + C
227 131 26 addcomd φ A + D 0 A + C B + C = C + B
228 227 oveq2d φ A + D 0 A + C A B + B + C = A B + C + B
229 226 228 eqtrd φ A + D 0 A + C B + C + A B = A B + C + B
230 218 26 131 addassd φ A + D 0 A + C A B + C + B = A B + C + B
231 230 eqcomd φ A + D 0 A + C A B + C + B = A B + C + B
232 229 231 eqtrd φ A + D 0 A + C B + C + A B = A B + C + B
233 24 131 26 nppcand φ A + D 0 A + C A B + C + B = A + C
234 232 233 eqtr2d φ A + D 0 A + C A + C = B + C + A B
235 213 225 234 3brtr3d φ A + D 0 A + C B + D + A B B + C + A B
236 139 zred φ A + D 0 A + C B + C
237 143 236 217 leadd1d φ A + D 0 A + C B + D B + C B + D + A B B + C + A B
238 235 237 mpbird φ A + D 0 A + C B + D B + C
239 56 139 142 145 238 elfzd φ A + D 0 A + C B + D 0 B + C
240 bcval2 B + D 0 B + C ( B + C B + D) = B + C ! B + C - B + D ! B + D !
241 239 240 syl φ A + D 0 A + C ( B + C B + D) = B + C ! B + C - B + D ! B + D !
242 241 eqcomd φ A + D 0 A + C B + C ! B + C - B + D ! B + D ! = ( B + C B + D)
243 211 242 breqtrd φ A + D 0 A + C A + C ! A + C - A + D ! A + D ! ( B + C B + D)
244 8 243 eqbrtrd φ A + D 0 A + C ( A + C A + D) ( B + C B + D)
245 9 adantr φ ¬ A + D 0 A + C A + C 0
246 14 adantr φ ¬ A + D 0 A + C A + D
247 simpr φ ¬ A + D 0 A + C ¬ A + D 0 A + C
248 bcval3 A + C 0 A + D ¬ A + D 0 A + C ( A + C A + D) = 0
249 245 246 247 248 syl3anc φ ¬ A + D 0 A + C ( A + C A + D) = 0
250 bccl2 B + D 0 B + C ( B + C B + D)
251 250 adantl φ ¬ A + D 0 A + C B + D 0 B + C ( B + C B + D)
252 251 nnnn0d φ ¬ A + D 0 A + C B + D 0 B + C ( B + C B + D) 0
253 252 nn0ge0d φ ¬ A + D 0 A + C B + D 0 B + C 0 ( B + C B + D)
254 0le0 0 0
255 254 a1i φ ¬ A + D 0 A + C ¬ B + D 0 B + C 0 0
256 2 ad2antrr φ ¬ A + D 0 A + C ¬ B + D 0 B + C B 0
257 3 ad2antrr φ ¬ A + D 0 A + C ¬ B + D 0 B + C C 0
258 256 257 nn0addcld φ ¬ A + D 0 A + C ¬ B + D 0 B + C B + C 0
259 141 adantr φ ¬ A + D 0 A + C B + D
260 259 adantr φ ¬ A + D 0 A + C ¬ B + D 0 B + C B + D
261 simpr φ ¬ A + D 0 A + C ¬ B + D 0 B + C ¬ B + D 0 B + C
262 bcval3 B + C 0 B + D ¬ B + D 0 B + C ( B + C B + D) = 0
263 258 260 261 262 syl3anc φ ¬ A + D 0 A + C ¬ B + D 0 B + C ( B + C B + D) = 0
264 263 eqcomd φ ¬ A + D 0 A + C ¬ B + D 0 B + C 0 = ( B + C B + D)
265 255 264 breqtrd φ ¬ A + D 0 A + C ¬ B + D 0 B + C 0 ( B + C B + D)
266 253 265 pm2.61dan φ ¬ A + D 0 A + C 0 ( B + C B + D)
267 249 266 eqbrtrd φ ¬ A + D 0 A + C ( A + C A + D) ( B + C B + D)
268 244 267 pm2.61dan φ ( A + C A + D) ( B + C B + D)