Metamath Proof Explorer < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  pcbcctr Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem pcbcctr 24801
 Description: Prime count of a central binomial coefficient. (Contributed by Mario Carneiro, 12-Mar-2014.)
Assertion
Ref Expression
pcbcctr ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 pCnt ((2 · 𝑁)C𝑁)) = Σ𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))((⌊‘((2 · 𝑁) / (𝑃𝑘))) − (2 · (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))))))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑁   𝑃,𝑘

Proof of Theorem pcbcctr
StepHypRef Expression
1 2nn 11062 . . . . 5 2 ∈ ℕ
2 nnmulcl 10920 . . . . 5 ((2 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (2 · 𝑁) ∈ ℕ)
31, 2mpan 702 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 𝑁) ∈ ℕ)
43adantr 480 . . 3 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (2 · 𝑁) ∈ ℕ)
5 nnnn0 11176 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℕ0)
6 fzctr 12320 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ0𝑁 ∈ (0...(2 · 𝑁)))
75, 6syl 17 . . . 4 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ (0...(2 · 𝑁)))
87adantr 480 . . 3 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → 𝑁 ∈ (0...(2 · 𝑁)))
9 simpr 476 . . 3 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → 𝑃 ∈ ℙ)
10 pcbc 15442 . . 3 (((2 · 𝑁) ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ (0...(2 · 𝑁)) ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 pCnt ((2 · 𝑁)C𝑁)) = Σ𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))((⌊‘((2 · 𝑁) / (𝑃𝑘))) − ((⌊‘(((2 · 𝑁) − 𝑁) / (𝑃𝑘))) + (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))))))
114, 8, 9, 10syl3anc 1318 . 2 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 pCnt ((2 · 𝑁)C𝑁)) = Σ𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))((⌊‘((2 · 𝑁) / (𝑃𝑘))) − ((⌊‘(((2 · 𝑁) − 𝑁) / (𝑃𝑘))) + (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))))))
12 nncn 10905 . . . . . . . . . . . 12 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℂ)
13122timesd 11152 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → (2 · 𝑁) = (𝑁 + 𝑁))
1413oveq1d 6564 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 𝑁) − 𝑁) = ((𝑁 + 𝑁) − 𝑁))
1512, 12pncand 10272 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → ((𝑁 + 𝑁) − 𝑁) = 𝑁)
1614, 15eqtrd 2644 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → ((2 · 𝑁) − 𝑁) = 𝑁)
1716oveq1d 6564 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ ℕ → (((2 · 𝑁) − 𝑁) / (𝑃𝑘)) = (𝑁 / (𝑃𝑘)))
1817fveq2d 6107 . . . . . . 7 (𝑁 ∈ ℕ → (⌊‘(((2 · 𝑁) − 𝑁) / (𝑃𝑘))) = (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))))
1918oveq1d 6564 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ → ((⌊‘(((2 · 𝑁) − 𝑁) / (𝑃𝑘))) + (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘)))) = ((⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))) + (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘)))))
2019ad2antrr 758 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))) → ((⌊‘(((2 · 𝑁) − 𝑁) / (𝑃𝑘))) + (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘)))) = ((⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))) + (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘)))))
21 nnre 10904 . . . . . . . . . 10 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℝ)
2221ad2antrr 758 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))) → 𝑁 ∈ ℝ)
23 prmnn 15226 . . . . . . . . . . 11 (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
2423adantl 481 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → 𝑃 ∈ ℕ)
25 elfznn 12241 . . . . . . . . . . 11 (𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁)) → 𝑘 ∈ ℕ)
2625nnnn0d 11228 . . . . . . . . . 10 (𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
27 nnexpcl 12735 . . . . . . . . . 10 ((𝑃 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑃𝑘) ∈ ℕ)
2824, 26, 27syl2an 493 . . . . . . . . 9 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))) → (𝑃𝑘) ∈ ℕ)
2922, 28nndivred 10946 . . . . . . . 8 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))) → (𝑁 / (𝑃𝑘)) ∈ ℝ)
3029flcld 12461 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))) → (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))) ∈ ℤ)
3130zcnd 11359 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))) → (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))) ∈ ℂ)
32312timesd 11152 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))) → (2 · (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘)))) = ((⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))) + (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘)))))
3320, 32eqtr4d 2647 . . . 4 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))) → ((⌊‘(((2 · 𝑁) − 𝑁) / (𝑃𝑘))) + (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘)))) = (2 · (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘)))))
3433oveq2d 6565 . . 3 (((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) ∧ 𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))) → ((⌊‘((2 · 𝑁) / (𝑃𝑘))) − ((⌊‘(((2 · 𝑁) − 𝑁) / (𝑃𝑘))) + (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))))) = ((⌊‘((2 · 𝑁) / (𝑃𝑘))) − (2 · (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))))))
3534sumeq2dv 14281 . 2 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → Σ𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))((⌊‘((2 · 𝑁) / (𝑃𝑘))) − ((⌊‘(((2 · 𝑁) − 𝑁) / (𝑃𝑘))) + (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))))) = Σ𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))((⌊‘((2 · 𝑁) / (𝑃𝑘))) − (2 · (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))))))
3611, 35eqtrd 2644 1 ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑃 ∈ ℙ) → (𝑃 pCnt ((2 · 𝑁)C𝑁)) = Σ𝑘 ∈ (1...(2 · 𝑁))((⌊‘((2 · 𝑁) / (𝑃𝑘))) − (2 · (⌊‘(𝑁 / (𝑃𝑘))))))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 383   = wceq 1475   ∈ wcel 1977  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549  ℝcr 9814  0cc0 9815  1c1 9816   + caddc 9818   · cmul 9820   − cmin 10145   / cdiv 10563  ℕcn 10897  2c2 10947  ℕ0cn0 11169  ...cfz 12197  ⌊cfl 12453  ↑cexp 12722  Ccbc 12951  Σcsu 14264  ℙcprime 15223   pCnt cpc 15379 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-inf2 8421  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892  ax-pre-sup 9893 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-fal 1481  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-se 4998  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-isom 5813  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-2o 7448  df-oadd 7451  df-er 7629  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-sup 8231  df-inf 8232  df-oi 8298  df-card 8648  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-n0 11170  df-z 11255  df-uz 11564  df-q 11665  df-rp 11709  df-fz 12198  df-fzo 12335  df-fl 12455  df-mod 12531  df-seq 12664  df-exp 12723  df-fac 12923  df-bc 12952  df-hash 12980  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-clim 14067  df-sum 14265  df-dvds 14822  df-gcd 15055  df-prm 15224  df-pc 15380 This theorem is referenced by:  bposlem1  24809  bposlem2  24810
 Copyright terms: Public domain W3C validator