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Theorem bcmax

Description: The binomial coefficient takes its maximum value at the center. (Contributed by Mario Carneiro, 5-Mar-2014)

Ref Expression
Assertion bcmax ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) → ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝐾 ) ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝑁 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 2nn0 2 ∈ ℕ0
2 simpll ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝑁 ∈ ( ℤ𝐾 ) ) → 𝑁 ∈ ℕ0 )
3 nn0mulcl ( ( 2 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℕ0 ) → ( 2 · 𝑁 ) ∈ ℕ0 )
4 1 2 3 sylancr ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝑁 ∈ ( ℤ𝐾 ) ) → ( 2 · 𝑁 ) ∈ ℕ0 )
5 simpr ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝑁 ∈ ( ℤ𝐾 ) ) → 𝑁 ∈ ( ℤ𝐾 ) )
6 nn0re ( 𝑁 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℝ )
7 6 leidd ( 𝑁 ∈ ℕ0𝑁𝑁 )
8 nn0cn ( 𝑁 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℂ )
9 2cn 2 ∈ ℂ
10 2ne0 2 ≠ 0
11 divcan3 ( ( 𝑁 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℂ ∧ 2 ≠ 0 ) → ( ( 2 · 𝑁 ) / 2 ) = 𝑁 )
12 9 10 11 mp3an23 ( 𝑁 ∈ ℂ → ( ( 2 · 𝑁 ) / 2 ) = 𝑁 )
13 8 12 syl ( 𝑁 ∈ ℕ0 → ( ( 2 · 𝑁 ) / 2 ) = 𝑁 )
14 7 13 breqtrrd ( 𝑁 ∈ ℕ0𝑁 ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) / 2 ) )
15 2 14 syl ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝑁 ∈ ( ℤ𝐾 ) ) → 𝑁 ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) / 2 ) )
16 bcmono ( ( ( 2 · 𝑁 ) ∈ ℕ0𝑁 ∈ ( ℤ𝐾 ) ∧ 𝑁 ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) / 2 ) ) → ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝐾 ) ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝑁 ) )
17 4 5 15 16 syl3anc ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝑁 ∈ ( ℤ𝐾 ) ) → ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝐾 ) ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝑁 ) )
18 simpll ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑁 ∈ ℕ0 )
19 1 18 3 sylancr ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 2 · 𝑁 ) ∈ ℕ0 )
20 simplr ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝐾 ∈ ℤ )
21 bccmpl ( ( ( 2 · 𝑁 ) ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) → ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝐾 ) = ( ( 2 · 𝑁 ) C ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ) )
22 19 20 21 syl2anc ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝐾 ) = ( ( 2 · 𝑁 ) C ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ) )
23 18 nn0red ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑁 ∈ ℝ )
24 23 recnd ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑁 ∈ ℂ )
25 24 2timesd ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 2 · 𝑁 ) = ( 𝑁 + 𝑁 ) )
26 20 zred ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝐾 ∈ ℝ )
27 eluzle ( 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) → 𝑁𝐾 )
28 27 adantl ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑁𝐾 )
29 23 26 23 28 leadd2dd ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 𝑁 + 𝑁 ) ≤ ( 𝑁 + 𝐾 ) )
30 25 29 eqbrtrd ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 2 · 𝑁 ) ≤ ( 𝑁 + 𝐾 ) )
31 19 nn0red ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 2 · 𝑁 ) ∈ ℝ )
32 31 26 23 lesubaddd ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ≤ 𝑁 ↔ ( 2 · 𝑁 ) ≤ ( 𝑁 + 𝐾 ) ) )
33 30 32 mpbird ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ≤ 𝑁 )
34 19 nn0zd ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 2 · 𝑁 ) ∈ ℤ )
35 34 20 zsubcld ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ∈ ℤ )
36 18 nn0zd ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑁 ∈ ℤ )
37 eluz ( ( ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ) → ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ) ↔ ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ≤ 𝑁 ) )
38 35 36 37 syl2anc ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ) ↔ ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ≤ 𝑁 ) )
39 33 38 mpbird ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑁 ∈ ( ℤ ‘ ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ) )
40 18 14 syl ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → 𝑁 ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) / 2 ) )
41 bcmono ( ( ( 2 · 𝑁 ) ∈ ℕ0𝑁 ∈ ( ℤ ‘ ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ) ∧ 𝑁 ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) / 2 ) ) → ( ( 2 · 𝑁 ) C ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ) ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝑁 ) )
42 19 39 40 41 syl3anc ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( ( 2 · 𝑁 ) C ( ( 2 · 𝑁 ) − 𝐾 ) ) ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝑁 ) )
43 22 42 eqbrtrd ( ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) ∧ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) → ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝐾 ) ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝑁 ) )
44 simpr ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) → 𝐾 ∈ ℤ )
45 nn0z ( 𝑁 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℤ )
46 45 adantr ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) → 𝑁 ∈ ℤ )
47 uztric ( ( 𝐾 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ) → ( 𝑁 ∈ ( ℤ𝐾 ) ∨ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) )
48 44 46 47 syl2anc ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) → ( 𝑁 ∈ ( ℤ𝐾 ) ∨ 𝐾 ∈ ( ℤ𝑁 ) ) )
49 17 43 48 mpjaodan ( ( 𝑁 ∈ ℕ0𝐾 ∈ ℤ ) → ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝐾 ) ≤ ( ( 2 · 𝑁 ) C 𝑁 ) )