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Theorem bcm1n

Description: The proportion of one binomial coefficient to another with N decreased by 1. (Contributed by Thierry Arnoux, 9-Nov-2016)

Ref Expression
Assertion bcm1n ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N − 1 K) ( N K) = N − K N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 bcp1n ⊢ K ∈ 0 … N − 1 → ( N - 1 + 1 K) = ( N − 1 K) ⁢ N - 1 + 1 N − 1 + 1 - K
2 nnz ⊢ N ∈ ℕ → N ∈ ℤ
3 2 zcnd ⊢ N ∈ ℕ → N ∈ ℂ
4 3 adantl ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N ∈ ℂ
5 1cnd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ
6 4 5 npcand ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N - 1 + 1 = N
7 6 oveq1d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N - 1 + 1 K) = ( N K)
8 6 oveq1d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N − 1 + 1 - K = N − K
9 6 8 oveq12d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N - 1 + 1 N − 1 + 1 - K = N N − K
10 9 oveq2d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N − 1 K) ⁢ N - 1 + 1 N − 1 + 1 - K = ( N − 1 K) ⁢ N N − K
11 7 10 eqeq12d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N - 1 + 1 K) = ( N − 1 K) ⁢ N - 1 + 1 N − 1 + 1 - K ↔ ( N K) = ( N − 1 K) ⁢ N N − K
12 1 11 imbitrid ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K ∈ 0 … N − 1 → ( N K) = ( N − 1 K) ⁢ N N − K
13 12 3impia ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ ∧ K ∈ 0 … N − 1 → ( N K) = ( N − 1 K) ⁢ N N − K
14 13 3anidm13 ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N K) = ( N − 1 K) ⁢ N N − K
15 elfznn0 ⊢ K ∈ 0 … N − 1 → K ∈ ℕ 0
16 15 adantr ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K ∈ ℕ 0
17 simpr ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N ∈ ℕ
18 17 nnnn0d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N ∈ ℕ 0
19 elfzelz ⊢ K ∈ 0 … N − 1 → K ∈ ℤ
20 19 adantr ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K ∈ ℤ
21 20 zred ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K ∈ ℝ
22 2 adantl ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N ∈ ℤ
23 22 zred ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N ∈ ℝ
24 elfzle2 ⊢ K ∈ 0 … N − 1 → K ≤ N − 1
25 24 adantr ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K ≤ N − 1
26 zltlem1 ⊢ K ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ → K < N ↔ K ≤ N − 1
27 19 2 26 syl2an ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K < N ↔ K ≤ N − 1
28 25 27 mpbird ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K < N
29 21 23 28 ltled ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K ≤ N
30 elfz2nn0 ⊢ K ∈ 0 … N ↔ K ∈ ℕ 0 ∧ N ∈ ℕ 0 ∧ K ≤ N
31 16 18 29 30 syl3anbrc ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K ∈ 0 … N
32 bcrpcl ⊢ K ∈ 0 … N → ( N K) ∈ ℝ +
33 31 32 syl ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N K) ∈ ℝ +
34 33 rpcnd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N K) ∈ ℂ
35 19 zcnd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 → K ∈ ℂ
36 35 adantr ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K ∈ ℂ
37 4 36 subcld ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N − K ∈ ℂ
38 36 4 negsubdi2d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → − K − N = N − K
39 21 23 resubcld ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K − N ∈ ℝ
40 39 recnd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K − N ∈ ℂ
41 4 addlidd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → 0 + N = N
42 28 41 breqtrrd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K < 0 + N
43 0red ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → 0 ∈ ℝ
44 21 23 43 ltsubaddd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K − N < 0 ↔ K < 0 + N
45 42 44 mpbird ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K − N < 0
46 45 lt0ne0d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → K − N ≠ 0
47 40 46 negne0d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → − K − N ≠ 0
48 38 47 eqnetrrd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N − K ≠ 0
49 4 37 48 divcld ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N N − K ∈ ℂ
50 bcrpcl ⊢ K ∈ 0 … N − 1 → ( N − 1 K) ∈ ℝ +
51 50 adantr ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N − 1 K) ∈ ℝ +
52 51 rpcnne0d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N − 1 K) ∈ ℂ ∧ ( N − 1 K) ≠ 0
53 divmul2 ⊢ ( N K) ∈ ℂ ∧ N N − K ∈ ℂ ∧ ( N − 1 K) ∈ ℂ ∧ ( N − 1 K) ≠ 0 → ( N K) ( N − 1 K) = N N − K ↔ ( N K) = ( N − 1 K) ⁢ N N − K
54 34 49 52 53 syl3anc ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N K) ( N − 1 K) = N N − K ↔ ( N K) = ( N − 1 K) ⁢ N N − K
55 14 54 mpbird ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N K) ( N − 1 K) = N N − K
56 55 oveq2d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → 1 ( N K) ( N − 1 K) = 1 N N − K
57 51 rpcnd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N − 1 K) ∈ ℂ
58 bccl2 ⊢ K ∈ 0 … N → ( N K) ∈ ℕ
59 31 58 syl ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N K) ∈ ℕ
60 59 nnne0d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N K) ≠ 0
61 bccl2 ⊢ K ∈ 0 … N − 1 → ( N − 1 K) ∈ ℕ
62 61 nnne0d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 → ( N − 1 K) ≠ 0
63 62 adantr ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N − 1 K) ≠ 0
64 34 57 60 63 recdivd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → 1 ( N K) ( N − 1 K) = ( N − 1 K) ( N K)
65 17 nnne0d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → N ≠ 0
66 4 37 65 48 recdivd ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → 1 N N − K = N − K N
67 56 64 66 3eqtr3d ⊢ K ∈ 0 … N − 1 ∧ N ∈ ℕ → ( N − 1 K) ( N K) = N − K N