Metamath Proof Explorer


Theorem altgsumbc

Description: The sum of binomial coefficients for a fixed positive N with alternating signs is zero. Notice that this is not valid for N = 0 (since ( ( -u 1 ^ 0 ) x. ( 0 _C 0 ) ) = ( 1 x. 1 ) = 1 ). For a proof using Pascal's rule ( bcpascm1 ) instead of the binomial theorem ( binom ), see altgsumbcALT . (Contributed by AV, 13-Sep-2019)

Ref Expression
Assertion altgsumbc ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ( ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ) = 0 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 1cnd โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ 1 โˆˆ โ„‚ )
2 negid โŠข ( 1 โˆˆ โ„‚ โ†’ ( 1 + - 1 ) = 0 )
3 2 eqcomd โŠข ( 1 โˆˆ โ„‚ โ†’ 0 = ( 1 + - 1 ) )
4 1 3 syl โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ 0 = ( 1 + - 1 ) )
5 4 oveq1d โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( 0 โ†‘ ๐‘ ) = ( ( 1 + - 1 ) โ†‘ ๐‘ ) )
6 0exp โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( 0 โ†‘ ๐‘ ) = 0 )
7 1 negcld โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ - 1 โˆˆ โ„‚ )
8 nnnn0 โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„•0 )
9 binom โŠข ( ( 1 โˆˆ โ„‚ โˆง - 1 โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( 1 + - 1 ) โ†‘ ๐‘ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ( ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ยท ( ( 1 โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) )
10 1 7 8 9 syl3anc โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( ( 1 + - 1 ) โ†‘ ๐‘ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ( ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ยท ( ( 1 โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) )
11 nnz โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
12 elfzelz โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ค )
13 zsubcl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„ค โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ค )
14 11 12 13 syl2an โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ค )
15 1exp โŠข ( ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„ค โ†’ ( 1 โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) ) = 1 )
16 14 15 syl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( 1 โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) ) = 1 )
17 16 oveq1d โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ( 1 โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) = ( 1 ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) )
18 neg1cn โŠข - 1 โˆˆ โ„‚
19 18 a1i โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ - 1 โˆˆ โ„‚ )
20 elfznn0 โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
21 expcl โŠข ( ( - 1 โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
22 19 20 21 syl2an โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
23 22 mullidd โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( 1 ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) = ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) )
24 17 23 eqtrd โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ( 1 โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) = ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) )
25 24 oveq2d โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ยท ( ( 1 โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) = ( ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) )
26 bccl โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘ C ๐‘˜ ) โˆˆ โ„•0 )
27 8 12 26 syl2an โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐‘ C ๐‘˜ ) โˆˆ โ„•0 )
28 27 nn0cnd โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ๐‘ C ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
29 28 22 mulcomd โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) = ( ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ) )
30 25 29 eqtrd โŠข ( ( ๐‘ โˆˆ โ„• โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ยท ( ( 1 โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) = ( ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ) )
31 30 sumeq2dv โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ( ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ยท ( ( 1 โ†‘ ( ๐‘ โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ) ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ( ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ) )
32 10 31 eqtrd โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ( ( 1 + - 1 ) โ†‘ ๐‘ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ( ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ) )
33 5 6 32 3eqtr3rd โŠข ( ๐‘ โˆˆ โ„• โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ( ( - 1 โ†‘ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘ C ๐‘˜ ) ) = 0 )