Theorem bclbnd 25005

Description: A bound on the binomial coefficient. (Contributed by Mario Carneiro, 11-Mar-2014.)

Assertion

Ref	Expression
bclbnd	⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → ((4↑𝑁) / 𝑁) < ((2 · 𝑁)C𝑁))

Proof of Theorem bclbnd

Dummy variables 𝑥 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		4z 11411	. 2 ⊢ 4 ∈ ℤ
2		oveq2 6658	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 4 → (4↑𝑥) = (4↑4))
3		id 22	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 4 → 𝑥 = 4)
4	2, 3	oveq12d 6668	. . 3 ⊢ (𝑥 = 4 → ((4↑𝑥) / 𝑥) = ((4↑4) / 4))
5		oveq2 6658	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 4 → (2 · 𝑥) = (2 · 4))
6	5, 3	oveq12d 6668	. . 3 ⊢ (𝑥 = 4 → ((2 · 𝑥)C𝑥) = ((2 · 4)C4))
7	4, 6	breq12d 4666	. 2 ⊢ (𝑥 = 4 → (((4↑𝑥) / 𝑥) < ((2 · 𝑥)C𝑥) ↔ ((4↑4) / 4) < ((2 · 4)C4)))
8		oveq2 6658	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (4↑𝑥) = (4↑𝑛))
9		id 22	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → 𝑥 = 𝑛)
10	8, 9	oveq12d 6668	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → ((4↑𝑥) / 𝑥) = ((4↑𝑛) / 𝑛))
11		oveq2 6658	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (2 · 𝑥) = (2 · 𝑛))
12	11, 9	oveq12d 6668	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → ((2 · 𝑥)C𝑥) = ((2 · 𝑛)C𝑛))
13	10, 12	breq12d 4666	. 2 ⊢ (𝑥 = 𝑛 → (((4↑𝑥) / 𝑥) < ((2 · 𝑥)C𝑥) ↔ ((4↑𝑛) / 𝑛) < ((2 · 𝑛)C𝑛)))
14		oveq2 6658	. . . 4 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → (4↑𝑥) = (4↑(𝑛 + 1)))
15		id 22	. . . 4 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → 𝑥 = (𝑛 + 1))
16	14, 15	oveq12d 6668	. . 3 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → ((4↑𝑥) / 𝑥) = ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)))
17		oveq2 6658	. . . 4 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → (2 · 𝑥) = (2 · (𝑛 + 1)))
18	17, 15	oveq12d 6668	. . 3 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → ((2 · 𝑥)C𝑥) = ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)))
19	16, 18	breq12d 4666	. 2 ⊢ (𝑥 = (𝑛 + 1) → (((4↑𝑥) / 𝑥) < ((2 · 𝑥)C𝑥) ↔ ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
20		oveq2 6658	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → (4↑𝑥) = (4↑𝑁))
21		id 22	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → 𝑥 = 𝑁)
22	20, 21	oveq12d 6668	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → ((4↑𝑥) / 𝑥) = ((4↑𝑁) / 𝑁))
23		oveq2 6658	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → (2 · 𝑥) = (2 · 𝑁))
24	23, 21	oveq12d 6668	. . 3 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → ((2 · 𝑥)C𝑥) = ((2 · 𝑁)C𝑁))
25	22, 24	breq12d 4666	. 2 ⊢ (𝑥 = 𝑁 → (((4↑𝑥) / 𝑥) < ((2 · 𝑥)C𝑥) ↔ ((4↑𝑁) / 𝑁) < ((2 · 𝑁)C𝑁)))
26		6nn0 11313	. . . 4 ⊢ 6 ∈ ℕ0
27		7nn0 11314	. . . 4 ⊢ 7 ∈ ℕ0
28		4nn0 11311	. . . 4 ⊢ 4 ∈ ℕ0
29		0nn0 11307	. . . 4 ⊢ 0 ∈ ℕ0
30		4lt10 11678	. . . 4 ⊢ 4 < ;10
31		6lt7 11209	. . . 4 ⊢ 6 < 7
32	26, 27, 28, 29, 30, 31	decltc 11532	. . 3 ⊢ ;64 < ;70
33		2cn 11091	. . . . . 6 ⊢ 2 ∈ ℂ
34		2nn0 11309	. . . . . 6 ⊢ 2 ∈ ℕ0
35		3nn0 11310	. . . . . 6 ⊢ 3 ∈ ℕ0
36		expmul 12905	. . . . . 6 ⊢ ((2 ∈ ℂ ∧ 2 ∈ ℕ0 ∧ 3 ∈ ℕ0) → (2↑(2 · 3)) = ((2↑2)↑3))
37	33, 34, 35, 36	mp3an 1424	. . . . 5 ⊢ (2↑(2 · 3)) = ((2↑2)↑3)
38		sq2 12960	. . . . . . 7 ⊢ (2↑2) = 4
39	38	eqcomi 2631	. . . . . 6 ⊢ 4 = (2↑2)
40		4m1e3 11138	. . . . . 6 ⊢ (4 − 1) = 3
41	39, 40	oveq12i 6662	. . . . 5 ⊢ (4↑(4 − 1)) = ((2↑2)↑3)
42	37, 41	eqtr4i 2647	. . . 4 ⊢ (2↑(2 · 3)) = (4↑(4 − 1))
43		3cn 11095	. . . . . . 7 ⊢ 3 ∈ ℂ
44		3t2e6 11179	. . . . . . 7 ⊢ (3 · 2) = 6
45	43, 33, 44	mulcomli 10047	. . . . . 6 ⊢ (2 · 3) = 6
46	45	oveq2i 6661	. . . . 5 ⊢ (2↑(2 · 3)) = (2↑6)
47		2exp6 15795	. . . . 5 ⊢ (2↑6) = ;64
48	46, 47	eqtri 2644	. . . 4 ⊢ (2↑(2 · 3)) = ;64
49		4cn 11098	. . . . 5 ⊢ 4 ∈ ℂ
50		4ne0 11117	. . . . 5 ⊢ 4 ≠ 0
51		expm1 12910	. . . . 5 ⊢ ((4 ∈ ℂ ∧ 4 ≠ 0 ∧ 4 ∈ ℤ) → (4↑(4 − 1)) = ((4↑4) / 4))
52	49, 50, 1, 51	mp3an 1424	. . . 4 ⊢ (4↑(4 − 1)) = ((4↑4) / 4)
53	42, 48, 52	3eqtr3ri 2653	. . 3 ⊢ ((4↑4) / 4) = ;64
54		df-4 11081	. . . . . . 7 ⊢ 4 = (3 + 1)
55	54	oveq2i 6661	. . . . . 6 ⊢ (2 · 4) = (2 · (3 + 1))
56	55, 54	oveq12i 6662	. . . . 5 ⊢ ((2 · 4)C4) = ((2 · (3 + 1))C(3 + 1))
57		bcp1ctr 25004	. . . . . 6 ⊢ (3 ∈ ℕ0 → ((2 · (3 + 1))C(3 + 1)) = (((2 · 3)C3) · (2 · (((2 · 3) + 1) / (3 + 1)))))
58	35, 57	ax-mp 5	. . . . 5 ⊢ ((2 · (3 + 1))C(3 + 1)) = (((2 · 3)C3) · (2 · (((2 · 3) + 1) / (3 + 1))))
59		df-3 11080	. . . . . . . . 9 ⊢ 3 = (2 + 1)
60	59	oveq2i 6661	. . . . . . . 8 ⊢ (2 · 3) = (2 · (2 + 1))
61	60, 59	oveq12i 6662	. . . . . . 7 ⊢ ((2 · 3)C3) = ((2 · (2 + 1))C(2 + 1))
62		bcp1ctr 25004	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 ∈ ℕ0 → ((2 · (2 + 1))C(2 + 1)) = (((2 · 2)C2) · (2 · (((2 · 2) + 1) / (2 + 1)))))
63	34, 62	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 · (2 + 1))C(2 + 1)) = (((2 · 2)C2) · (2 · (((2 · 2) + 1) / (2 + 1))))
64		df-2 11079	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 = (1 + 1)
65	64	oveq2i 6661	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (2 · 2) = (2 · (1 + 1))
66	65, 64	oveq12i 6662	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2 · 2)C2) = ((2 · (1 + 1))C(1 + 1))
67		1nn0 11308	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 1 ∈ ℕ0
68		bcp1ctr 25004	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (1 ∈ ℕ0 → ((2 · (1 + 1))C(1 + 1)) = (((2 · 1)C1) · (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1)))))
69	67, 68	ax-mp 5	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2 · (1 + 1))C(1 + 1)) = (((2 · 1)C1) · (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1))))
70		1e0p1 11552	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ 1 = (0 + 1)
71	70	oveq2i 6661	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (2 · 1) = (2 · (0 + 1))
72	71, 70	oveq12i 6662	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((2 · 1)C1) = ((2 · (0 + 1))C(0 + 1))
73		bcp1ctr 25004	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (0 ∈ ℕ0 → ((2 · (0 + 1))C(0 + 1)) = (((2 · 0)C0) · (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1)))))
74	29, 73	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((2 · (0 + 1))C(0 + 1)) = (((2 · 0)C0) · (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1))))
75	34, 29	nn0mulcli 11331	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (2 · 0) ∈ ℕ0
76		bcn0 13097	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((2 · 0) ∈ ℕ0 → ((2 · 0)C0) = 1)
77	75, 76	ax-mp 5	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((2 · 0)C0) = 1
78		2t0e0 11183	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 ⊢ (2 · 0) = 0
79	78	oveq1i 6660	. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ⊢ ((2 · 0) + 1) = (0 + 1)
80	79, 70	eqtr4i 2647	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ ((2 · 0) + 1) = 1
81	70	eqcomi 2631	. . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ⊢ (0 + 1) = 1
82	80, 81	oveq12i 6662	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (((2 · 0) + 1) / (0 + 1)) = (1 / 1)
83		1div1e1 10717	. . . . . . . . . . . . . . . . . 18 ⊢ (1 / 1) = 1
84	82, 83	eqtri 2644	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (((2 · 0) + 1) / (0 + 1)) = 1
85	84	oveq2i 6661	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1))) = (2 · 1)
86		2t1e2 11176	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (2 · 1) = 2
87	85, 86	eqtri 2644	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1))) = 2
88	77, 87	oveq12i 6662	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((2 · 0)C0) · (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1)))) = (1 · 2)
89	33	mulid2i 10043	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (1 · 2) = 2
90	88, 89	eqtri 2644	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((2 · 0)C0) · (2 · (((2 · 0) + 1) / (0 + 1)))) = 2
91	72, 74, 90	3eqtri 2648	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((2 · 1)C1) = 2
92	86	oveq1i 6660	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((2 · 1) + 1) = (2 + 1)
93	92, 59	eqtr4i 2647	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((2 · 1) + 1) = 3
94	64	eqcomi 2631	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (1 + 1) = 2
95	93, 94	oveq12i 6662	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((2 · 1) + 1) / (1 + 1)) = (3 / 2)
96	95	oveq2i 6661	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1))) = (2 · (3 / 2))
97		2ne0 11113	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ 2 ≠ 0
98	43, 33, 97	divcan2i 10768	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (2 · (3 / 2)) = 3
99	96, 98	eqtri 2644	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1))) = 3
100	91, 99	oveq12i 6662	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((2 · 1)C1) · (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1)))) = (2 · 3)
101	100, 45	eqtri 2644	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((2 · 1)C1) · (2 · (((2 · 1) + 1) / (1 + 1)))) = 6
102	66, 69, 101	3eqtri 2648	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 · 2)C2) = 6
103		2t2e4 11177	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (2 · 2) = 4
104	103	oveq1i 6660	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((2 · 2) + 1) = (4 + 1)
105		df-5 11082	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ 5 = (4 + 1)
106	104, 105	eqtr4i 2647	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((2 · 2) + 1) = 5
107	59	eqcomi 2631	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 + 1) = 3
108	106, 107	oveq12i 6662	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((2 · 2) + 1) / (2 + 1)) = (5 / 3)
109	108	oveq2i 6661	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2 · (((2 · 2) + 1) / (2 + 1))) = (2 · (5 / 3))
110		5cn 11100	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 5 ∈ ℂ
111		3ne0 11115	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 3 ≠ 0
112	33, 110, 43, 111	divassi 10781	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2 · 5) / 3) = (2 · (5 / 3))
113	109, 112	eqtr4i 2647	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 · (((2 · 2) + 1) / (2 + 1))) = ((2 · 5) / 3)
114	102, 113	oveq12i 6662	. . . . . . . 8 ⊢ (((2 · 2)C2) · (2 · (((2 · 2) + 1) / (2 + 1)))) = (6 · ((2 · 5) / 3))
115	63, 114	eqtri 2644	. . . . . . 7 ⊢ ((2 · (2 + 1))C(2 + 1)) = (6 · ((2 · 5) / 3))
116		6cn 11102	. . . . . . . . 9 ⊢ 6 ∈ ℂ
117		2nn 11185	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 2 ∈ ℕ
118		5nn 11188	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 5 ∈ ℕ
119	117, 118	nnmulcli 11044	. . . . . . . . . 10 ⊢ (2 · 5) ∈ ℕ
120	119	nncni 11030	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 · 5) ∈ ℂ
121	43, 111	pm3.2i 471	. . . . . . . . 9 ⊢ (3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0)
122		div12 10707	. . . . . . . . 9 ⊢ ((6 ∈ ℂ ∧ (2 · 5) ∈ ℂ ∧ (3 ∈ ℂ ∧ 3 ≠ 0)) → (6 · ((2 · 5) / 3)) = ((2 · 5) · (6 / 3)))
123	116, 120, 121, 122	mp3an 1424	. . . . . . . 8 ⊢ (6 · ((2 · 5) / 3)) = ((2 · 5) · (6 / 3))
124		5t2e10 11634	. . . . . . . . . 10 ⊢ (5 · 2) = ;10
125	110, 33, 124	mulcomli 10047	. . . . . . . . 9 ⊢ (2 · 5) = ;10
126	116, 43, 33, 111	divmuli 10779	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((6 / 3) = 2 ↔ (3 · 2) = 6)
127	44, 126	mpbir 221	. . . . . . . . 9 ⊢ (6 / 3) = 2
128	125, 127	oveq12i 6662	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 · 5) · (6 / 3)) = (;10 · 2)
129	123, 128	eqtri 2644	. . . . . . 7 ⊢ (6 · ((2 · 5) / 3)) = (;10 · 2)
130	61, 115, 129	3eqtri 2648	. . . . . 6 ⊢ ((2 · 3)C3) = (;10 · 2)
131	45	oveq1i 6660	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 · 3) + 1) = (6 + 1)
132		df-7 11084	. . . . . . . . 9 ⊢ 7 = (6 + 1)
133	131, 132	eqtr4i 2647	. . . . . . . 8 ⊢ ((2 · 3) + 1) = 7
134		3p1e4 11153	. . . . . . . 8 ⊢ (3 + 1) = 4
135	133, 134	oveq12i 6662	. . . . . . 7 ⊢ (((2 · 3) + 1) / (3 + 1)) = (7 / 4)
136	135	oveq2i 6661	. . . . . 6 ⊢ (2 · (((2 · 3) + 1) / (3 + 1))) = (2 · (7 / 4))
137	130, 136	oveq12i 6662	. . . . 5 ⊢ (((2 · 3)C3) · (2 · (((2 · 3) + 1) / (3 + 1)))) = ((;10 · 2) · (2 · (7 / 4)))
138	56, 58, 137	3eqtri 2648	. . . 4 ⊢ ((2 · 4)C4) = ((;10 · 2) · (2 · (7 / 4)))
139		10nn 11514	. . . . . . 7 ⊢ ;10 ∈ ℕ
140	139	nncni 11030	. . . . . 6 ⊢ ;10 ∈ ℂ
141		7cn 11104	. . . . . . . 8 ⊢ 7 ∈ ℂ
142	141, 49, 50	divcli 10767	. . . . . . 7 ⊢ (7 / 4) ∈ ℂ
143	33, 142	mulcli 10045	. . . . . 6 ⊢ (2 · (7 / 4)) ∈ ℂ
144	140, 33, 143	mulassi 10049	. . . . 5 ⊢ ((;10 · 2) · (2 · (7 / 4))) = (;10 · (2 · (2 · (7 / 4))))
145	103	oveq1i 6660	. . . . . . 7 ⊢ ((2 · 2) · (7 / 4)) = (4 · (7 / 4))
146	33, 33, 142	mulassi 10049	. . . . . . 7 ⊢ ((2 · 2) · (7 / 4)) = (2 · (2 · (7 / 4)))
147	141, 49, 50	divcan2i 10768	. . . . . . 7 ⊢ (4 · (7 / 4)) = 7
148	145, 146, 147	3eqtr3i 2652	. . . . . 6 ⊢ (2 · (2 · (7 / 4))) = 7
149	148	oveq2i 6661	. . . . 5 ⊢ (;10 · (2 · (2 · (7 / 4)))) = (;10 · 7)
150	144, 149	eqtri 2644	. . . 4 ⊢ ((;10 · 2) · (2 · (7 / 4))) = (;10 · 7)
151	27	dec0u 11520	. . . 4 ⊢ (;10 · 7) = ;70
152	138, 150, 151	3eqtri 2648	. . 3 ⊢ ((2 · 4)C4) = ;70
153	32, 53, 152	3brtr4i 4683	. 2 ⊢ ((4↑4) / 4) < ((2 · 4)C4)
154		4nn 11187	. . . 4 ⊢ 4 ∈ ℕ
155		eluznn 11758	. . . 4 ⊢ ((4 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ∈ (ℤ≥‘4)) → 𝑛 ∈ ℕ)
156	154, 155	mpan 706	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ (ℤ≥‘4) → 𝑛 ∈ ℕ)
157		nnnn0 11299	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℕ0)
158		nnexpcl 12873	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((4 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (4↑𝑛) ∈ ℕ)
159	154, 157, 158	sylancr 695	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑𝑛) ∈ ℕ)
160	159	nnrpd 11870	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑𝑛) ∈ ℝ+)
161		nnrp 11842	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℝ+)
162	160, 161	rpdivcld 11889	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ+)
163	162	rpred 11872	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) / 𝑛) ∈ ℝ)
164		nnmulcl 11043	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (2 · 𝑛) ∈ ℕ)
165	117, 164	mpan 706	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · 𝑛) ∈ ℕ)
166	165	nnnn0d 11351	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · 𝑛) ∈ ℕ0)
167		nnz 11399	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℤ)
168		bccl 13109	. . . . . . . 8 ⊢ (((2 · 𝑛) ∈ ℕ0 ∧ 𝑛 ∈ ℤ) → ((2 · 𝑛)C𝑛) ∈ ℕ0)
169	166, 167, 168	syl2anc 693	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛)C𝑛) ∈ ℕ0)
170	169	nn0red 11352	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛)C𝑛) ∈ ℝ)
171		2rp 11837	. . . . . . 7 ⊢ 2 ∈ ℝ+
172	165	peano2nnd 11037	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℕ)
173	172	nnrpd 11870	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℝ+)
174		peano2nn 11032	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℕ)
175	174	nnrpd 11870	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℝ+)
176	173, 175	rpdivcld 11889	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ+)
177		rpmulcl 11855	. . . . . . 7 ⊢ ((2 ∈ ℝ+ ∧ (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ+) → (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) ∈ ℝ+)
178	171, 176, 177	sylancr 695	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) ∈ ℝ+)
179	163, 170, 178	ltmul1d 11913	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) / 𝑛) < ((2 · 𝑛)C𝑛) ↔ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < (((2 · 𝑛)C𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))))))
180		bcp1ctr 25004	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 → ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) = (((2 · 𝑛)C𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))))
181	157, 180	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) = (((2 · 𝑛)C𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))))
182	181	breq2d 4665	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) ↔ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < (((2 · 𝑛)C𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))))))
183	179, 182	bitr4d 271	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) / 𝑛) < ((2 · 𝑛)C𝑛) ↔ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
184		2re 11090	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ∈ ℝ
185	184	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 2 ∈ ℝ)
186	173, 161	rpdivcld 11889	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛) ∈ ℝ+)
187	186	rpred 11872	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛) ∈ ℝ)
188		nnmulcl 11043	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((4↑𝑛) ∈ ℕ ∧ 2 ∈ ℕ) → ((4↑𝑛) · 2) ∈ ℕ)
189	159, 117, 188	sylancl 694	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) · 2) ∈ ℕ)
190	189	nnrpd 11870	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) · 2) ∈ ℝ+)
191	190, 175	rpdivcld 11889	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ+)
192	161	rpreccld 11882	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (1 / 𝑛) ∈ ℝ+)
193		ltaddrp 11867	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 ∈ ℝ ∧ (1 / 𝑛) ∈ ℝ+) → 2 < (2 + (1 / 𝑛)))
194	184, 192, 193	sylancr 695	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 2 < (2 + (1 / 𝑛)))
195	165	nncnd 11036	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · 𝑛) ∈ ℂ)
196		1cnd 10056	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 1 ∈ ℂ)
197		nncn 11028	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ∈ ℂ)
198		nnne0 11053	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 𝑛 ≠ 0)
199	195, 196, 197, 198	divdird 10839	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛) = (((2 · 𝑛) / 𝑛) + (1 / 𝑛)))
200	33	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 2 ∈ ℂ)
201	200, 197, 198	divcan4d 10807	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛) / 𝑛) = 2)
202	201	oveq1d 6665	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) / 𝑛) + (1 / 𝑛)) = (2 + (1 / 𝑛)))
203	199, 202	eqtr2d 2657	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 + (1 / 𝑛)) = (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛))
204	194, 203	breqtrd 4679	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → 2 < (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛))
205	185, 187, 191, 204	ltmul2dd 11928	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · 2) < ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛)))
206		expp1 12867	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((4 ∈ ℂ ∧ 𝑛 ∈ ℕ0) → (4↑(𝑛 + 1)) = ((4↑𝑛) · 4))
207	49, 157, 206	sylancr 695	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑(𝑛 + 1)) = ((4↑𝑛) · 4))
208	159	nncnd 11036	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑𝑛) ∈ ℂ)
209	208, 200, 200	mulassd 10063	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) · 2) · 2) = ((4↑𝑛) · (2 · 2)))
210	103	oveq2i 6661	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((4↑𝑛) · (2 · 2)) = ((4↑𝑛) · 4)
211	209, 210	syl6eq 2672	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) · 2) · 2) = ((4↑𝑛) · 4))
212	207, 211	eqtr4d 2659	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑(𝑛 + 1)) = (((4↑𝑛) · 2) · 2))
213	212	oveq1d 6665	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) = ((((4↑𝑛) · 2) · 2) / (𝑛 + 1)))
214	189	nncnd 11036	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) · 2) ∈ ℂ)
215	174	nncnd 11036	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℂ)
216	174	nnne0d 11065	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ≠ 0)
217	214, 200, 215, 216	div23d 10838	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) · 2) · 2) / (𝑛 + 1)) = ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · 2))
218	213, 217	eqtrd 2656	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) = ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · 2))
219	208, 200, 197, 198	div23d 10838	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) · 2) / 𝑛) = (((4↑𝑛) / 𝑛) · 2))
220	219	oveq1d 6665	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) · 2) / 𝑛) · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) = ((((4↑𝑛) / 𝑛) · 2) · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))))
221	172	nncnd 11036	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · 𝑛) + 1) ∈ ℂ)
222	214, 197, 221, 215, 198, 216	divmul24d 10844	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) · 2) / 𝑛) · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) = ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛)))
223	162	rpcnd 11874	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑𝑛) / 𝑛) ∈ ℂ)
224	176	rpcnd 11874	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)) ∈ ℂ)
225	223, 200, 224	mulassd 10063	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) / 𝑛) · 2) · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) = (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))))
226	220, 222, 225	3eqtr3rd 2665	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) = ((((4↑𝑛) · 2) / (𝑛 + 1)) · (((2 · 𝑛) + 1) / 𝑛)))
227	205, 218, 226	3brtr4d 4685	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))))
228	174	nnnn0d 11351	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℕ0)
229		nnexpcl 12873	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((4 ∈ ℕ ∧ (𝑛 + 1) ∈ ℕ0) → (4↑(𝑛 + 1)) ∈ ℕ)
230	154, 228, 229	sylancr 695	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑(𝑛 + 1)) ∈ ℕ)
231	230	nnrpd 11870	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (4↑(𝑛 + 1)) ∈ ℝ+)
232	231, 175	rpdivcld 11889	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ+)
233	232	rpred 11872	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ)
234	178	rpred 11872	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1))) ∈ ℝ)
235	163, 234	remulcld 10070	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) ∈ ℝ)
236		nn0mulcl 11329	. . . . . . . . 9 ⊢ ((2 ∈ ℕ0 ∧ (𝑛 + 1) ∈ ℕ0) → (2 · (𝑛 + 1)) ∈ ℕ0)
237	34, 228, 236	sylancr 695	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (2 · (𝑛 + 1)) ∈ ℕ0)
238	174	nnzd 11481	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (𝑛 + 1) ∈ ℤ)
239		bccl 13109	. . . . . . . 8 ⊢ (((2 · (𝑛 + 1)) ∈ ℕ0 ∧ (𝑛 + 1) ∈ ℤ) → ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) ∈ ℕ0)
240	237, 238, 239	syl2anc 693	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) ∈ ℕ0)
241	240	nn0red 11352	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) ∈ ℝ)
242		lttr 10114	. . . . . 6 ⊢ ((((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) ∈ ℝ ∧ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) ∈ ℝ ∧ ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) ∈ ℝ) → ((((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) ∧ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))) → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
243	233, 235, 241, 242	syl3anc 1326	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) ∧ (((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))) → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
244	227, 243	mpand 711	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → ((((4↑𝑛) / 𝑛) · (2 · (((2 · 𝑛) + 1) / (𝑛 + 1)))) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1)) → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
245	183, 244	sylbid 230	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (((4↑𝑛) / 𝑛) < ((2 · 𝑛)C𝑛) → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
246	156, 245	syl 17	. 2 ⊢ (𝑛 ∈ (ℤ≥‘4) → (((4↑𝑛) / 𝑛) < ((2 · 𝑛)C𝑛) → ((4↑(𝑛 + 1)) / (𝑛 + 1)) < ((2 · (𝑛 + 1))C(𝑛 + 1))))
247	1, 7, 13, 19, 25, 153, 246	uzind4i 11750	1 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘4) → ((4↑𝑁) / 𝑁) < ((2 · 𝑁)C𝑁))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 384   = wceq 1483   ∈ wcel 1990   ≠ wne 2794   class class class wbr 4653  ‘cfv 5888  (class class class)co 6650  ℂcc 9934  ℝcr 9935  0cc0 9936  1c1 9937   + caddc 9939   · cmul 9941   < clt 10074   − cmin 10266   / cdiv 10684  ℕcn 11020  2c2 11070  3c3 11071  4c4 11072  5c5 11073  6c6 11074  7c7 11075  ℕ₀cn0 11292  ℤcz 11377  ;cdc 11493  ℤ_≥cuz 11687  ℝ⁺crp 11832  ↑cexp 12860  Ccbc 13089

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-iun 4522  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-er 7742  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-div 10685  df-nn 11021  df-2 11079  df-3 11080  df-4 11081  df-5 11082  df-6 11083  df-7 11084  df-8 11085  df-9 11086  df-n0 11293  df-z 11378  df-dec 11494  df-uz 11688  df-rp 11833  df-fz 12327  df-seq 12802  df-exp 12861  df-fac 13061  df-bc 13090

This theorem is referenced by:  bposlem6  25014  chebbnd1lem1  25158