MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dchrsum Unicode version

Theorem dchrsum 20470
Description: An orthogonality relation for Dirichlet characters: the sum of all the values of a Dirichlet character  X is  0 if  X is non-principal and  phi ( n ) otherwise. Part of Theorem 6.5.1 of [Shapiro] p. 230. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
dchrsum.g  |-  G  =  (DChr `  N )
dchrsum.z  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
dchrsum.d  |-  D  =  ( Base `  G
)
dchrsum.1  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
dchrsum.x  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
dchrsum.b  |-  B  =  ( Base `  Z
)
Assertion
Ref Expression
dchrsum  |-  ( ph  -> 
sum_ a  e.  B  ( X `  a )  =  if ( X  =  .1.  ,  ( phi `  N ) ,  0 ) )
Distinct variable groups:    .1. , a    B, a    ph, a    X, a    Z, a
Allowed substitution hints:    D( a)    G( a)    N( a)

Proof of Theorem dchrsum
StepHypRef Expression
1 dchrsum.b . . . . 5  |-  B  =  ( Base `  Z
)
2 eqid 2258 . . . . 5  |-  (Unit `  Z )  =  (Unit `  Z )
31, 2unitss 15404 . . . 4  |-  (Unit `  Z )  C_  B
43a1i 12 . . 3  |-  ( ph  ->  (Unit `  Z )  C_  B )
5 dchrsum.g . . . . 5  |-  G  =  (DChr `  N )
6 dchrsum.z . . . . 5  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
7 dchrsum.d . . . . 5  |-  D  =  ( Base `  G
)
8 dchrsum.x . . . . 5  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
95, 6, 7, 1, 8dchrf 20443 . . . 4  |-  ( ph  ->  X : B --> CC )
103sseli 3151 . . . 4  |-  ( a  e.  (Unit `  Z
)  ->  a  e.  B )
11 ffvelrn 5597 . . . 4  |-  ( ( X : B --> CC  /\  a  e.  B )  ->  ( X `  a
)  e.  CC )
129, 10, 11syl2an 465 . . 3  |-  ( (
ph  /\  a  e.  (Unit `  Z ) )  ->  ( X `  a )  e.  CC )
13 eldif 3137 . . . 4  |-  ( a  e.  ( B  \ 
(Unit `  Z )
)  <->  ( a  e.  B  /\  -.  a  e.  (Unit `  Z )
) )
148adantr 453 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  a  e.  B )  ->  X  e.  D )
15 simpr 449 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  a  e.  B )  ->  a  e.  B )
165, 6, 7, 1, 2, 14, 15dchrn0 20451 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  a  e.  B )  ->  (
( X `  a
)  =/=  0  <->  a  e.  (Unit `  Z )
) )
1716biimpd 200 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  a  e.  B )  ->  (
( X `  a
)  =/=  0  -> 
a  e.  (Unit `  Z ) ) )
1817necon1bd 2489 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  a  e.  B )  ->  ( -.  a  e.  (Unit `  Z )  ->  ( X `  a )  =  0 ) )
1918impr 605 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( a  e.  B  /\  -.  a  e.  (Unit `  Z )
) )  ->  ( X `  a )  =  0 )
2013, 19sylan2b 463 . . 3  |-  ( (
ph  /\  a  e.  ( B  \  (Unit `  Z ) ) )  ->  ( X `  a )  =  0 )
215, 7dchrrcl 20441 . . . 4  |-  ( X  e.  D  ->  N  e.  NN )
226, 1znfi 16475 . . . 4  |-  ( N  e.  NN  ->  B  e.  Fin )
238, 21, 223syl 20 . . 3  |-  ( ph  ->  B  e.  Fin )
244, 12, 20, 23fsumss 12163 . 2  |-  ( ph  -> 
sum_ a  e.  (Unit `  Z ) ( X `
 a )  = 
sum_ a  e.  B  ( X `  a ) )
25 dchrsum.1 . . 3  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
265, 6, 7, 25, 8, 2dchrsum2 20469 . 2  |-  ( ph  -> 
sum_ a  e.  (Unit `  Z ) ( X `
 a )  =  if ( X  =  .1.  ,  ( phi `  N ) ,  0 ) )
2724, 26eqtr3d 2292 1  |-  ( ph  -> 
sum_ a  e.  B  ( X `  a )  =  if ( X  =  .1.  ,  ( phi `  N ) ,  0 ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:   -. wn 5    -> wi 6    /\ wa 360    = wceq 1619    e. wcel 1621    =/= wne 2421    \ cdif 3124    C_ wss 3127   ifcif 3539   -->wf 4669   ` cfv 4673   Fincfn 6831   CCcc 8703   0cc0 8705   NNcn 9714   sum_csu 12123   phicphi 12794   Basecbs 13110   0gc0g 13362  Unitcui 15383  ℤ/nczn 16416  DChrcdchr 20433
This theorem is referenced by:  dchrhash  20472  dchr2sum  20474  dchrisumlem1  20600
This theorem was proved from axioms:  ax-1 7  ax-2 8  ax-3 9  ax-mp 10  ax-5 1533  ax-6 1534  ax-7 1535  ax-gen 1536  ax-8 1623  ax-11 1624  ax-13 1625  ax-14 1626  ax-17 1628  ax-12o 1664  ax-10 1678  ax-9 1684  ax-4 1692  ax-16 1927  ax-ext 2239  ax-rep 4105  ax-sep 4115  ax-nul 4123  ax-pow 4160  ax-pr 4186  ax-un 4484  ax-inf2 7310  ax-cnex 8761  ax-resscn 8762  ax-1cn 8763  ax-icn 8764  ax-addcl 8765  ax-addrcl 8766  ax-mulcl 8767  ax-mulrcl 8768  ax-mulcom 8769  ax-addass 8770  ax-mulass 8771  ax-distr 8772  ax-i2m1 8773  ax-1ne0 8774  ax-1rid 8775  ax-rnegex 8776  ax-rrecex 8777  ax-cnre 8778  ax-pre-lttri 8779  ax-pre-lttrn 8780  ax-pre-ltadd 8781  ax-pre-mulgt0 8782  ax-pre-sup 8783  ax-addf 8784  ax-mulf 8785
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3or 940  df-3an 941  df-tru 1315  df-ex 1538  df-nf 1540  df-sb 1884  df-eu 2122  df-mo 2123  df-clab 2245  df-cleq 2251  df-clel 2254  df-nfc 2383  df-ne 2423  df-nel 2424  df-ral 2523  df-rex 2524  df-reu 2525  df-rmo 2526  df-rab 2527  df-v 2765  df-sbc 2967  df-csb 3057  df-dif 3130  df-un 3132  df-in 3134  df-ss 3141  df-pss 3143  df-nul 3431  df-if 3540  df-pw 3601  df-sn 3620  df-pr 3621  df-tp 3622  df-op 3623  df-uni 3802  df-int 3837  df-iun 3881  df-br 3998  df-opab 4052  df-mpt 4053  df-tr 4088  df-eprel 4277  df-id 4281  df-po 4286  df-so 4287  df-fr 4324  df-se 4325  df-we 4326  df-ord 4367  df-on 4368  df-lim 4369  df-suc 4370  df-om 4629  df-xp 4675  df-rel 4676  df-cnv 4677  df-co 4678  df-dm 4679  df-rn 4680  df-res 4681  df-ima 4682  df-fun 4683  df-fn 4684  df-f 4685  df-f1 4686  df-fo 4687  df-f1o 4688  df-fv 4689  df-isom 4690  df-ov 5795  df-oprab 5796  df-mpt2 5797  df-of 6012  df-1st 6056  df-2nd 6057  df-tpos 6168  df-iota 6225  df-riota 6272  df-recs 6356  df-rdg 6391  df-1o 6447  df-oadd 6451  df-er 6628  df-ec 6630  df-qs 6634  df-map 6742  df-en 6832  df-dom 6833  df-sdom 6834  df-fin 6835  df-sup 7162  df-oi 7193  df-card 7540  df-pnf 8837  df-mnf 8838  df-xr 8839  df-ltxr 8840  df-le 8841  df-sub 9007  df-neg 9008  df-div 9392  df-n 9715  df-2 9772  df-3 9773  df-4 9774  df-5 9775  df-6 9776  df-7 9777  df-8 9778  df-9 9779  df-10 9780  df-n0 9933  df-z 9992  df-dec 10092  df-uz 10198  df-rp 10322  df-fz 10749  df-fzo 10837  df-fl 10891  df-mod 10940  df-seq 11013  df-exp 11071  df-hash 11304  df-cj 11549  df-re 11550  df-im 11551  df-sqr 11685  df-abs 11686  df-clim 11927  df-sum 12124  df-divides 12494  df-gcd 12648  df-phi 12796  df-struct 13112  df-ndx 13113  df-slot 13114  df-base 13115  df-sets 13116  df-ress 13117  df-plusg 13183  df-mulr 13184  df-starv 13185  df-sca 13186  df-vsca 13187  df-tset 13189  df-ple 13190  df-ds 13192  df-0g 13366  df-imas 13373  df-divs 13374  df-mnd 14329  df-mhm 14377  df-grp 14451  df-minusg 14452  df-sbg 14453  df-mulg 14454  df-subg 14580  df-nsg 14581  df-eqg 14582  df-ghm 14643  df-cmn 15053  df-abl 15054  df-mgp 15288  df-ring 15302  df-cring 15303  df-ur 15304  df-oppr 15367  df-dvdsr 15385  df-unit 15386  df-invr 15416  df-rnghom 15458  df-subrg 15505  df-lmod 15591  df-lss 15652  df-lsp 15691  df-sra 15887  df-rgmod 15888  df-lidl 15889  df-rsp 15890  df-2idl 15946  df-cnfld 16340  df-zrh 16417  df-zn 16420  df-dchr 20434
  Copyright terms: Public domain W3C validator