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Theorem bcm1k

Description: The proportion of one binomial coefficient to another with K decreased by 1. (Contributed by Mario Carneiro, 10-Mar-2014)

Ref Expression
Assertion bcm1k ⊢ K ∈ 1 … N → ( N K) = ( N K − 1 ) ⁢ N − K − 1 K

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 elfzuz2 ⊢ K ∈ 1 … N → N ∈ ℤ ≥ 1
2 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
3 1 2 eleqtrrdi ⊢ K ∈ 1 … N → N ∈ ℕ
4 3 nnnn0d ⊢ K ∈ 1 … N → N ∈ ℕ 0
5 4 faccld ⊢ K ∈ 1 … N → N ! ∈ ℕ
6 5 nncnd ⊢ K ∈ 1 … N → N ! ∈ ℂ
7 fznn0sub ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ∈ ℕ 0
8 nn0p1nn ⊢ N − K ∈ ℕ 0 → N - K + 1 ∈ ℕ
9 7 8 syl ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ∈ ℕ
10 9 nncnd ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ∈ ℂ
11 9 nnnn0d ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ∈ ℕ 0
12 11 faccld ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ! ∈ ℕ
13 elfznn ⊢ K ∈ 1 … N → K ∈ ℕ
14 nnm1nn0 ⊢ K ∈ ℕ → K − 1 ∈ ℕ 0
15 faccl ⊢ K − 1 ∈ ℕ 0 → K − 1 ! ∈ ℕ
16 13 14 15 3syl ⊢ K ∈ 1 … N → K − 1 ! ∈ ℕ
17 12 16 nnmulcld ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ∈ ℕ
18 nncn ⊢ N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ∈ ℕ → N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ∈ ℂ
19 nnne0 ⊢ N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ∈ ℕ → N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ≠ 0
20 18 19 jca ⊢ N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ∈ ℕ → N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ∈ ℂ ∧ N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ≠ 0
21 17 20 syl ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ∈ ℂ ∧ N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ≠ 0
22 13 nncnd ⊢ K ∈ 1 … N → K ∈ ℂ
23 13 nnne0d ⊢ K ∈ 1 … N → K ≠ 0
24 22 23 jca ⊢ K ∈ 1 … N → K ∈ ℂ ∧ K ≠ 0
25 divmuldiv ⊢ N ! ∈ ℂ ∧ N - K + 1 ∈ ℂ ∧ N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ∈ ℂ ∧ N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ≠ 0 ∧ K ∈ ℂ ∧ K ≠ 0 → N ! N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ N - K + 1 K = N ! ⁢ N - K + 1 N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ K
26 6 10 21 24 25 syl22anc ⊢ K ∈ 1 … N → N ! N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ N - K + 1 K = N ! ⁢ N - K + 1 N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ K
27 elfzel2 ⊢ K ∈ 1 … N → N ∈ ℤ
28 27 zcnd ⊢ K ∈ 1 … N → N ∈ ℂ
29 1cnd ⊢ K ∈ 1 … N → 1 ∈ ℂ
30 28 22 29 subsubd ⊢ K ∈ 1 … N → N − K − 1 = N - K + 1
31 30 fveq2d ⊢ K ∈ 1 … N → N − K − 1 ! = N - K + 1 !
32 31 oveq1d ⊢ K ∈ 1 … N → N − K − 1 ! ⁢ K − 1 ! = N - K + 1 ! ⁢ K − 1 !
33 32 oveq2d ⊢ K ∈ 1 … N → N ! N − K − 1 ! ⁢ K − 1 ! = N ! N - K + 1 ! ⁢ K − 1 !
34 30 oveq1d ⊢ K ∈ 1 … N → N − K − 1 K = N - K + 1 K
35 33 34 oveq12d ⊢ K ∈ 1 … N → N ! N − K − 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ N − K − 1 K = N ! N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ N - K + 1 K
36 facp1 ⊢ N − K ∈ ℕ 0 → N - K + 1 ! = N − K ! ⁢ N - K + 1
37 7 36 syl ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ! = N − K ! ⁢ N - K + 1
38 37 eqcomd ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ! ⁢ N - K + 1 = N - K + 1 !
39 facnn2 ⊢ K ∈ ℕ → K ! = K − 1 ! ⁢ K
40 13 39 syl ⊢ K ∈ 1 … N → K ! = K − 1 ! ⁢ K
41 38 40 oveq12d ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ! ⁢ N - K + 1 ⁢ K ! = N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ K
42 7 faccld ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ! ∈ ℕ
43 42 nncnd ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ! ∈ ℂ
44 13 nnnn0d ⊢ K ∈ 1 … N → K ∈ ℕ 0
45 44 faccld ⊢ K ∈ 1 … N → K ! ∈ ℕ
46 45 nncnd ⊢ K ∈ 1 … N → K ! ∈ ℂ
47 43 46 10 mul32d ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ! ⁢ K ! ⁢ N - K + 1 = N − K ! ⁢ N - K + 1 ⁢ K !
48 12 nncnd ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ! ∈ ℂ
49 16 nncnd ⊢ K ∈ 1 … N → K − 1 ! ∈ ℂ
50 48 49 22 mulassd ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ K = N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ K
51 41 47 50 3eqtr4d ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ! ⁢ K ! ⁢ N - K + 1 = N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ K
52 51 oveq2d ⊢ K ∈ 1 … N → N ! ⁢ N - K + 1 N − K ! ⁢ K ! ⁢ N - K + 1 = N ! ⁢ N - K + 1 N - K + 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ K
53 26 35 52 3eqtr4d ⊢ K ∈ 1 … N → N ! N − K − 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ N − K − 1 K = N ! ⁢ N - K + 1 N − K ! ⁢ K ! ⁢ N - K + 1
54 6 10 mulcomd ⊢ K ∈ 1 … N → N ! ⁢ N - K + 1 = N - K + 1 ⁢ N !
55 42 45 nnmulcld ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ! ⁢ K ! ∈ ℕ
56 55 nncnd ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ! ⁢ K ! ∈ ℂ
57 56 10 mulcomd ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ! ⁢ K ! ⁢ N - K + 1 = N - K + 1 ⁢ N − K ! ⁢ K !
58 54 57 oveq12d ⊢ K ∈ 1 … N → N ! ⁢ N - K + 1 N − K ! ⁢ K ! ⁢ N - K + 1 = N - K + 1 ⁢ N ! N - K + 1 ⁢ N − K ! ⁢ K !
59 55 nnne0d ⊢ K ∈ 1 … N → N − K ! ⁢ K ! ≠ 0
60 9 nnne0d ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ≠ 0
61 6 56 10 59 60 divcan5d ⊢ K ∈ 1 … N → N - K + 1 ⁢ N ! N - K + 1 ⁢ N − K ! ⁢ K ! = N ! N − K ! ⁢ K !
62 53 58 61 3eqtrrd ⊢ K ∈ 1 … N → N ! N − K ! ⁢ K ! = N ! N − K − 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ N − K − 1 K
63 fz1ssfz0 ⊢ 1 … N ⊆ 0 … N
64 63 sseli ⊢ K ∈ 1 … N → K ∈ 0 … N
65 bcval2 ⊢ K ∈ 0 … N → ( N K) = N ! N − K ! ⁢ K !
66 64 65 syl ⊢ K ∈ 1 … N → ( N K) = N ! N − K ! ⁢ K !
67 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
68 npcan ⊢ N ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → N - 1 + 1 = N
69 28 67 68 sylancl ⊢ K ∈ 1 … N → N - 1 + 1 = N
70 peano2zm ⊢ N ∈ ℤ → N − 1 ∈ ℤ
71 uzid ⊢ N − 1 ∈ ℤ → N − 1 ∈ ℤ ≥ N − 1
72 peano2uz ⊢ N − 1 ∈ ℤ ≥ N − 1 → N - 1 + 1 ∈ ℤ ≥ N − 1
73 27 70 71 72 4syl ⊢ K ∈ 1 … N → N - 1 + 1 ∈ ℤ ≥ N − 1
74 69 73 eqeltrrd ⊢ K ∈ 1 … N → N ∈ ℤ ≥ N − 1
75 fzss2 ⊢ N ∈ ℤ ≥ N − 1 → 0 … N − 1 ⊆ 0 … N
76 74 75 syl ⊢ K ∈ 1 … N → 0 … N − 1 ⊆ 0 … N
77 elfzmlbm ⊢ K ∈ 1 … N → K − 1 ∈ 0 … N − 1
78 76 77 sseldd ⊢ K ∈ 1 … N → K − 1 ∈ 0 … N
79 bcval2 ⊢ K − 1 ∈ 0 … N → ( N K − 1 ) = N ! N − K − 1 ! ⁢ K − 1 !
80 78 79 syl ⊢ K ∈ 1 … N → ( N K − 1 ) = N ! N − K − 1 ! ⁢ K − 1 !
81 80 oveq1d ⊢ K ∈ 1 … N → ( N K − 1 ) ⁢ N − K − 1 K = N ! N − K − 1 ! ⁢ K − 1 ! ⁢ N − K − 1 K
82 62 66 81 3eqtr4d ⊢ K ∈ 1 … N → ( N K) = ( N K − 1 ) ⁢ N − K − 1 K