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Theorem bcled

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

Ref Expression
Hypotheses bcled.1 ⊢ φ → A ∈ ℕ 0
bcled.2 ⊢ φ → B ∈ ℕ 0
bcled.3 ⊢ φ → C ∈ ℤ
bcled.4 ⊢ φ → A ≤ B
Assertion bcled ⊢ φ → ( A C) ≤ ( B C)

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 bcled.1 ⊢ φ → A ∈ ℕ 0
2 bcled.2 ⊢ φ → B ∈ ℕ 0
3 bcled.3 ⊢ φ → C ∈ ℤ
4 bcled.4 ⊢ φ → A ≤ B
5 bcval2 ⊢ C ∈ 0 … A → ( A C) = A ! A − C ! ⁢ C !
6 5 adantl ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → ( A C) = A ! A − C ! ⁢ C !
7 1 adantr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ∈ ℕ 0
8 7 faccld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! ∈ ℕ
9 8 nncnd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! ∈ ℂ
10 7 nn0zd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ∈ ℤ
11 3 adantr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ∈ ℤ
12 10 11 zsubcld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A − C ∈ ℤ
13 11 zred ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ∈ ℝ
14 7 nn0red ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ∈ ℝ
15 0red ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → 0 ∈ ℝ
16 elfzle2 ⊢ C ∈ 0 … A → C ≤ A
17 16 adantl ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ≤ A
18 14 recnd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ∈ ℂ
19 18 subid1d ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A − 0 = A
20 19 eqcomd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A = A − 0
21 17 20 breqtrd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ≤ A − 0
22 13 14 15 21 lesubd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → 0 ≤ A − C
23 12 22 jca ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A − C ∈ ℤ ∧ 0 ≤ A − C
24 elnn0z ⊢ A − C ∈ ℕ 0 ↔ A − C ∈ ℤ ∧ 0 ≤ A − C
25 23 24 sylibr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A − C ∈ ℕ 0
26 25 faccld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A − C ! ∈ ℕ
27 26 nncnd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A − C ! ∈ ℂ
28 elfznn0 ⊢ C ∈ 0 … A → C ∈ ℕ 0
29 28 adantl ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ∈ ℕ 0
30 29 faccld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ! ∈ ℕ
31 30 nncnd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ! ∈ ℂ
32 26 nnne0d ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A − C ! ≠ 0
33 30 nnne0d ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ! ≠ 0
34 9 27 31 32 33 divdiv1d ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! A − C ! C ! = A ! A − C ! ⁢ C !
35 34 eqcomd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! A − C ! ⁢ C ! = A ! A − C ! C !
36 8 nnred ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! ∈ ℝ
37 26 nnred ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A − C ! ∈ ℝ
38 36 37 32 redivcld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! A − C ! ∈ ℝ
39 2 adantr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ∈ ℕ 0
40 39 faccld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ! ∈ ℕ
41 40 nnred ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ! ∈ ℝ
42 39 nn0zd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ∈ ℤ
43 42 11 zsubcld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B − C ∈ ℤ
44 39 nn0red ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ∈ ℝ
45 4 adantr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ≤ B
46 13 14 44 17 45 letrd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ≤ B
47 44 recnd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ∈ ℂ
48 47 subid1d ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B − 0 = B
49 48 eqcomd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B = B − 0
50 46 49 breqtrd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ≤ B − 0
51 13 44 15 50 lesubd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → 0 ≤ B − C
52 43 51 jca ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B − C ∈ ℤ ∧ 0 ≤ B − C
53 elnn0z ⊢ B − C ∈ ℕ 0 ↔ B − C ∈ ℤ ∧ 0 ≤ B − C
54 52 53 sylibr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B − C ∈ ℕ 0
55 54 faccld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B − C ! ∈ ℕ
56 55 nnred ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B − C ! ∈ ℝ
57 55 nnne0d ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B − C ! ≠ 0
58 41 56 57 redivcld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ! B − C ! ∈ ℝ
59 30 nnrpd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ! ∈ ℝ +
60 nfv ⊢ Ⅎ k φ ∧ C ∈ 0 … A
61 fzfid ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → 0 … C − 1 ∈ Fin
62 14 adantr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → A ∈ ℝ
63 elfzelz ⊢ k ∈ 0 … C − 1 → k ∈ ℤ
64 63 adantl ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → k ∈ ℤ
65 64 zred ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → k ∈ ℝ
66 62 65 resubcld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → A − k ∈ ℝ
67 0red ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → 0 ∈ ℝ
68 29 nn0red ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ∈ ℝ
69 68 adantr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → C ∈ ℝ
70 1red ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → 1 ∈ ℝ
71 69 70 resubcld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → C − 1 ∈ ℝ
72 62 67 resubcld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → A − 0 ∈ ℝ
73 elfzle2 ⊢ k ∈ 0 … C − 1 → k ≤ C − 1
74 73 adantl ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → k ≤ C − 1
75 17 adantr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → C ≤ A
76 0le1 ⊢ 0 ≤ 1
77 76 a1i ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → 0 ≤ 1
78 69 67 62 70 75 77 le2subd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → C − 1 ≤ A − 0
79 65 71 72 74 78 letrd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → k ≤ A − 0
80 65 62 67 79 lesubd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → 0 ≤ A − k
81 44 adantr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → B ∈ ℝ
82 81 65 resubcld ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → B − k ∈ ℝ
83 4 ad2antrr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → A ≤ B
84 62 81 65 83 lesub1dd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A ∧ k ∈ 0 … C − 1 → A − k ≤ B − k
85 60 61 66 80 82 84 fprodle ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → ∏ k = 0 C − 1 A − k ≤ ∏ k = 0 C − 1 B − k
86 7 nn0cnd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ∈ ℂ
87 fallfacval ⊢ A ∈ ℂ ∧ C ∈ ℕ 0 → A C _ = ∏ k = 0 C − 1 A − k
88 86 29 87 syl2anc ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A C _ = ∏ k = 0 C − 1 A − k
89 88 eqcomd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → ∏ k = 0 C − 1 A − k = A C _
90 39 nn0cnd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ∈ ℂ
91 fallfacval ⊢ B ∈ ℂ ∧ C ∈ ℕ 0 → B C _ = ∏ k = 0 C − 1 B − k
92 90 29 91 syl2anc ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B C _ = ∏ k = 0 C − 1 B − k
93 92 eqcomd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → ∏ k = 0 C − 1 B − k = B C _
94 85 89 93 3brtr3d ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A C _ ≤ B C _
95 fallfacval4 ⊢ C ∈ 0 … A → A C _ = A ! A − C !
96 95 adantl ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A C _ = A ! A − C !
97 0zd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → 0 ∈ ℤ
98 29 nn0ge0d ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → 0 ≤ C
99 68 14 44 17 45 letrd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ≤ B
100 97 42 11 98 99 elfzd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ∈ 0 … B
101 fallfacval4 ⊢ C ∈ 0 … B → B C _ = B ! B − C !
102 100 101 syl ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B C _ = B ! B − C !
103 94 96 102 3brtr3d ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! A − C ! ≤ B ! B − C !
104 38 58 59 103 lediv1dd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! A − C ! C ! ≤ B ! B − C ! C !
105 40 nncnd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ! ∈ ℂ
106 55 nncnd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B − C ! ∈ ℂ
107 105 106 31 57 33 divdiv1d ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ! B − C ! C ! = B ! B − C ! ⁢ C !
108 104 107 breqtrd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! A − C ! C ! ≤ B ! B − C ! ⁢ C !
109 35 108 eqbrtrd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! A − C ! ⁢ C ! ≤ B ! B − C ! ⁢ C !
110 2 nn0zd ⊢ φ → B ∈ ℤ
111 110 adantr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ∈ ℤ
112 elfzle1 ⊢ C ∈ 0 … A → 0 ≤ C
113 112 adantl ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → 0 ≤ C
114 1 nn0red ⊢ φ → A ∈ ℝ
115 114 adantr ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ∈ ℝ
116 111 zred ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ∈ ℝ
117 13 115 116 17 45 letrd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ≤ B
118 97 111 11 113 117 elfzd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → C ∈ 0 … B
119 bcval2 ⊢ C ∈ 0 … B → ( B C) = B ! B − C ! ⁢ C !
120 118 119 syl ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → ( B C) = B ! B − C ! ⁢ C !
121 120 eqcomd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → B ! B − C ! ⁢ C ! = ( B C)
122 109 121 breqtrd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → A ! A − C ! ⁢ C ! ≤ ( B C)
123 6 122 eqbrtrd ⊢ φ ∧ C ∈ 0 … A → ( A C) ≤ ( B C)
124 1 adantr ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A → A ∈ ℕ 0
125 3 adantr ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A → C ∈ ℤ
126 simpr ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A → ¬ C ∈ 0 … A
127 bcval3 ⊢ A ∈ ℕ 0 ∧ C ∈ ℤ ∧ ¬ C ∈ 0 … A → ( A C) = 0
128 124 125 126 127 syl3anc ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A → ( A C) = 0
129 bccl2 ⊢ C ∈ 0 … B → ( B C) ∈ ℕ
130 129 adantl ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A ∧ C ∈ 0 … B → ( B C) ∈ ℕ
131 130 nnnn0d ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A ∧ C ∈ 0 … B → ( B C) ∈ ℕ 0
132 131 nn0ge0d ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A ∧ C ∈ 0 … B → 0 ≤ ( B C)
133 0le0 ⊢ 0 ≤ 0
134 133 a1i ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A ∧ ¬ C ∈ 0 … B → 0 ≤ 0
135 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A ∧ ¬ C ∈ 0 … B → B ∈ ℕ 0
136 125 adantr ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A ∧ ¬ C ∈ 0 … B → C ∈ ℤ
137 simpr ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A ∧ ¬ C ∈ 0 … B → ¬ C ∈ 0 … B
138 bcval3 ⊢ B ∈ ℕ 0 ∧ C ∈ ℤ ∧ ¬ C ∈ 0 … B → ( B C) = 0
139 135 136 137 138 syl3anc ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A ∧ ¬ C ∈ 0 … B → ( B C) = 0
140 139 eqcomd ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A ∧ ¬ C ∈ 0 … B → 0 = ( B C)
141 134 140 breqtrd ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A ∧ ¬ C ∈ 0 … B → 0 ≤ ( B C)
142 132 141 pm2.61dan ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A → 0 ≤ ( B C)
143 128 142 eqbrtrd ⊢ φ ∧ ¬ C ∈ 0 … A → ( A C) ≤ ( B C)
144 123 143 pm2.61dan ⊢ φ → ( A C) ≤ ( B C)