MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dchr2sum Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem dchr2sum 24715
Description: An orthogonality relation for Dirichlet characters: the sum of 𝑋(𝑎) · ∗𝑌(𝑎) over all 𝑎 is nonzero only when 𝑋 = 𝑌. Part of Theorem 6.5.2 of [Shapiro] p. 232. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Apr-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
dchr2sum.g 𝐺 = (DChr‘𝑁)
dchr2sum.z 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑁)
dchr2sum.d 𝐷 = (Base‘𝐺)
dchr2sum.b 𝐵 = (Base‘𝑍)
dchr2sum.x (𝜑𝑋𝐷)
dchr2sum.y (𝜑𝑌𝐷)
Assertion
Ref Expression
dchr2sum (𝜑 → Σ𝑎𝐵 ((𝑋𝑎) · (∗‘(𝑌𝑎))) = if(𝑋 = 𝑌, (ϕ‘𝑁), 0))
Distinct variable groups:   𝐵,𝑎   𝐺,𝑎   𝜑,𝑎   𝑋,𝑎   𝑌,𝑎   𝑍,𝑎
Allowed substitution hints:   𝐷(𝑎)   𝑁(𝑎)

Proof of Theorem dchr2sum
StepHypRef Expression
1 dchr2sum.g . . 3 𝐺 = (DChr‘𝑁)
2 dchr2sum.z . . 3 𝑍 = (ℤ/nℤ‘𝑁)
3 dchr2sum.d . . 3 𝐷 = (Base‘𝐺)
4 eqid 2609 . . 3 (0g𝐺) = (0g𝐺)
5 dchr2sum.x . . . . . 6 (𝜑𝑋𝐷)
61, 3dchrrcl 24682 . . . . . 6 (𝑋𝐷𝑁 ∈ ℕ)
75, 6syl 17 . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
81dchrabl 24696 . . . . 5 (𝑁 ∈ ℕ → 𝐺 ∈ Abel)
9 ablgrp 17967 . . . . 5 (𝐺 ∈ Abel → 𝐺 ∈ Grp)
107, 8, 93syl 18 . . . 4 (𝜑𝐺 ∈ Grp)
11 dchr2sum.y . . . 4 (𝜑𝑌𝐷)
12 eqid 2609 . . . . 5 (-g𝐺) = (-g𝐺)
133, 12grpsubcl 17264 . . . 4 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐷𝑌𝐷) → (𝑋(-g𝐺)𝑌) ∈ 𝐷)
1410, 5, 11, 13syl3anc 1317 . . 3 (𝜑 → (𝑋(-g𝐺)𝑌) ∈ 𝐷)
15 dchr2sum.b . . 3 𝐵 = (Base‘𝑍)
161, 2, 3, 4, 14, 15dchrsum 24711 . 2 (𝜑 → Σ𝑎𝐵 ((𝑋(-g𝐺)𝑌)‘𝑎) = if((𝑋(-g𝐺)𝑌) = (0g𝐺), (ϕ‘𝑁), 0))
175adantr 479 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝑋𝐷)
1811adantr 479 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝑌𝐷)
19 eqid 2609 . . . . . . . 8 (+g𝐺) = (+g𝐺)
20 eqid 2609 . . . . . . . 8 (invg𝐺) = (invg𝐺)
213, 19, 20, 12grpsubval 17234 . . . . . . 7 ((𝑋𝐷𝑌𝐷) → (𝑋(-g𝐺)𝑌) = (𝑋(+g𝐺)((invg𝐺)‘𝑌)))
2217, 18, 21syl2anc 690 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝐵) → (𝑋(-g𝐺)𝑌) = (𝑋(+g𝐺)((invg𝐺)‘𝑌)))
237adantr 479 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝑁 ∈ ℕ)
2423, 8, 93syl 18 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝐺 ∈ Grp)
253, 20grpinvcl 17236 . . . . . . . 8 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑌𝐷) → ((invg𝐺)‘𝑌) ∈ 𝐷)
2624, 18, 25syl2anc 690 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝐵) → ((invg𝐺)‘𝑌) ∈ 𝐷)
271, 2, 3, 19, 17, 26dchrmul 24690 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝐵) → (𝑋(+g𝐺)((invg𝐺)‘𝑌)) = (𝑋𝑓 · ((invg𝐺)‘𝑌)))
2822, 27eqtrd 2643 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝐵) → (𝑋(-g𝐺)𝑌) = (𝑋𝑓 · ((invg𝐺)‘𝑌)))
2928fveq1d 6090 . . . 4 ((𝜑𝑎𝐵) → ((𝑋(-g𝐺)𝑌)‘𝑎) = ((𝑋𝑓 · ((invg𝐺)‘𝑌))‘𝑎))
301, 2, 3, 15, 17dchrf 24684 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝑋:𝐵⟶ℂ)
31 ffn 5944 . . . . . 6 (𝑋:𝐵⟶ℂ → 𝑋 Fn 𝐵)
3230, 31syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝑋 Fn 𝐵)
331, 2, 3, 15, 26dchrf 24684 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝐵) → ((invg𝐺)‘𝑌):𝐵⟶ℂ)
34 ffn 5944 . . . . . 6 (((invg𝐺)‘𝑌):𝐵⟶ℂ → ((invg𝐺)‘𝑌) Fn 𝐵)
3533, 34syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝐵) → ((invg𝐺)‘𝑌) Fn 𝐵)
36 fvex 6098 . . . . . . 7 (Base‘𝑍) ∈ V
3715, 36eqeltri 2683 . . . . . 6 𝐵 ∈ V
3837a1i 11 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝐵 ∈ V)
39 simpr 475 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝑎𝐵)
40 fnfvof 6786 . . . . 5 (((𝑋 Fn 𝐵 ∧ ((invg𝐺)‘𝑌) Fn 𝐵) ∧ (𝐵 ∈ V ∧ 𝑎𝐵)) → ((𝑋𝑓 · ((invg𝐺)‘𝑌))‘𝑎) = ((𝑋𝑎) · (((invg𝐺)‘𝑌)‘𝑎)))
4132, 35, 38, 39, 40syl22anc 1318 . . . 4 ((𝜑𝑎𝐵) → ((𝑋𝑓 · ((invg𝐺)‘𝑌))‘𝑎) = ((𝑋𝑎) · (((invg𝐺)‘𝑌)‘𝑎)))
421, 3, 18, 20dchrinv 24703 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝐵) → ((invg𝐺)‘𝑌) = (∗ ∘ 𝑌))
4342fveq1d 6090 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝐵) → (((invg𝐺)‘𝑌)‘𝑎) = ((∗ ∘ 𝑌)‘𝑎))
441, 2, 3, 15, 18dchrf 24684 . . . . . . 7 ((𝜑𝑎𝐵) → 𝑌:𝐵⟶ℂ)
45 fvco3 6170 . . . . . . 7 ((𝑌:𝐵⟶ℂ ∧ 𝑎𝐵) → ((∗ ∘ 𝑌)‘𝑎) = (∗‘(𝑌𝑎)))
4644, 39, 45syl2anc 690 . . . . . 6 ((𝜑𝑎𝐵) → ((∗ ∘ 𝑌)‘𝑎) = (∗‘(𝑌𝑎)))
4743, 46eqtrd 2643 . . . . 5 ((𝜑𝑎𝐵) → (((invg𝐺)‘𝑌)‘𝑎) = (∗‘(𝑌𝑎)))
4847oveq2d 6543 . . . 4 ((𝜑𝑎𝐵) → ((𝑋𝑎) · (((invg𝐺)‘𝑌)‘𝑎)) = ((𝑋𝑎) · (∗‘(𝑌𝑎))))
4929, 41, 483eqtrd 2647 . . 3 ((𝜑𝑎𝐵) → ((𝑋(-g𝐺)𝑌)‘𝑎) = ((𝑋𝑎) · (∗‘(𝑌𝑎))))
5049sumeq2dv 14227 . 2 (𝜑 → Σ𝑎𝐵 ((𝑋(-g𝐺)𝑌)‘𝑎) = Σ𝑎𝐵 ((𝑋𝑎) · (∗‘(𝑌𝑎))))
513, 4, 12grpsubeq0 17270 . . . 4 ((𝐺 ∈ Grp ∧ 𝑋𝐷𝑌𝐷) → ((𝑋(-g𝐺)𝑌) = (0g𝐺) ↔ 𝑋 = 𝑌))
5210, 5, 11, 51syl3anc 1317 . . 3 (𝜑 → ((𝑋(-g𝐺)𝑌) = (0g𝐺) ↔ 𝑋 = 𝑌))
5352ifbid 4057 . 2 (𝜑 → if((𝑋(-g𝐺)𝑌) = (0g𝐺), (ϕ‘𝑁), 0) = if(𝑋 = 𝑌, (ϕ‘𝑁), 0))
5416, 50, 533eqtr3d 2651 1 (𝜑 → Σ𝑎𝐵 ((𝑋𝑎) · (∗‘(𝑌𝑎))) = if(𝑋 = 𝑌, (ϕ‘𝑁), 0))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 194  wa 382   = wceq 1474  wcel 1976  Vcvv 3172  ifcif 4035  ccom 5032   Fn wfn 5785  wf 5786  cfv 5790  (class class class)co 6527  𝑓 cof 6770  cc 9790  0cc0 9792   · cmul 9797  cn 10867  ccj 13630  Σcsu 14210  ϕcphi 15253  Basecbs 15641  +gcplusg 15714  0gc0g 15869  Grpcgrp 17191  invgcminusg 17192  -gcsg 17193  Abelcabl 17963  ℤ/nczn 19615  DChrcdchr 24674
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1712  ax-4 1727  ax-5 1826  ax-6 1874  ax-7 1921  ax-8 1978  ax-9 1985  ax-10 2005  ax-11 2020  ax-12 2033  ax-13 2233  ax-ext 2589  ax-rep 4693  ax-sep 4703  ax-nul 4712  ax-pow 4764  ax-pr 4828  ax-un 6824  ax-inf2 8398  ax-cnex 9848  ax-resscn 9849  ax-1cn 9850  ax-icn 9851  ax-addcl 9852  ax-addrcl 9853  ax-mulcl 9854  ax-mulrcl 9855  ax-mulcom 9856  ax-addass 9857  ax-mulass 9858  ax-distr 9859  ax-i2m1 9860  ax-1ne0 9861  ax-1rid 9862  ax-rnegex 9863  ax-rrecex 9864  ax-cnre 9865  ax-pre-lttri 9866  ax-pre-lttrn 9867  ax-pre-ltadd 9868  ax-pre-mulgt0 9869  ax-pre-sup 9870  ax-addf 9871  ax-mulf 9872
This theorem depends on definitions:  df-bi 195  df-or 383  df-an 384  df-3or 1031  df-3an 1032  df-tru 1477  df-fal 1480  df-ex 1695  df-nf 1700  df-sb 1867  df-eu 2461  df-mo 2462  df-clab 2596  df-cleq 2602  df-clel 2605  df-nfc 2739  df-ne 2781  df-nel 2782  df-ral 2900  df-rex 2901  df-reu 2902  df-rmo 2903  df-rab 2904  df-v 3174  df-sbc 3402  df-csb 3499  df-dif 3542  df-un 3544  df-in 3546  df-ss 3553  df-pss 3555  df-nul 3874  df-if 4036  df-pw 4109  df-sn 4125  df-pr 4127  df-tp 4129  df-op 4131  df-uni 4367  df-int 4405  df-iun 4451  df-iin 4452  df-disj 4548  df-br 4578  df-opab 4638  df-mpt 4639  df-tr 4675  df-eprel 4939  df-id 4943  df-po 4949  df-so 4950  df-fr 4987  df-se 4988  df-we 4989  df-xp 5034  df-rel 5035  df-cnv 5036  df-co 5037  df-dm 5038  df-rn 5039  df-res 5040  df-ima 5041  df-pred 5583  df-ord 5629  df-on 5630  df-lim 5631  df-suc 5632  df-iota 5754  df-fun 5792  df-fn 5793  df-f 5794  df-f1 5795  df-fo 5796  df-f1o 5797  df-fv 5798  df-isom 5799  df-riota 6489  df-ov 6530  df-oprab 6531  df-mpt2 6532  df-of 6772  df-om 6935  df-1st 7036  df-2nd 7037  df-supp 7160  df-tpos 7216  df-wrecs 7271  df-recs 7332  df-rdg 7370  df-1o 7424  df-2o 7425  df-oadd 7428  df-omul 7429  df-er 7606  df-ec 7608  df-qs 7612  df-map 7723  df-pm 7724  df-ixp 7772  df-en 7819  df-dom 7820  df-sdom 7821  df-fin 7822  df-fsupp 8136  df-fi 8177  df-sup 8208  df-inf 8209  df-oi 8275  df-card 8625  df-acn 8628  df-cda 8850  df-pnf 9932  df-mnf 9933  df-xr 9934  df-ltxr 9935  df-le 9936  df-sub 10119  df-neg 10120  df-div 10534  df-nn 10868  df-2 10926  df-3 10927  df-4 10928  df-5 10929  df-6 10930  df-7 10931  df-8 10932  df-9 10933  df-n0 11140  df-z 11211  df-dec 11326  df-uz 11520  df-q 11621  df-rp 11665  df-xneg 11778  df-xadd 11779  df-xmul 11780  df-ioo 12006  df-ioc 12007  df-ico 12008  df-icc 12009  df-fz 12153  df-fzo 12290  df-fl 12410  df-mod 12486  df-seq 12619  df-exp 12678  df-fac 12878  df-bc 12907  df-hash 12935  df-shft 13601  df-cj 13633  df-re 13634  df-im 13635  df-sqrt 13769  df-abs 13770  df-limsup 13996  df-clim 14013  df-rlim 14014  df-sum 14211  df-ef 14583  df-sin 14585  df-cos 14586  df-pi 14588  df-dvds 14768  df-gcd 15001  df-phi 15255  df-struct 15643  df-ndx 15644  df-slot 15645  df-base 15646  df-sets 15647  df-ress 15648  df-plusg 15727  df-mulr 15728  df-starv 15729  df-sca 15730  df-vsca 15731  df-ip 15732  df-tset 15733  df-ple 15734  df-ds 15737  df-unif 15738  df-hom 15739  df-cco 15740  df-rest 15852  df-topn 15853  df-0g 15871  df-gsum 15872  df-topgen 15873  df-pt 15874  df-prds 15877  df-xrs 15931  df-qtop 15936  df-imas 15937  df-qus 15938  df-xps 15939  df-mre 16015  df-mrc 16016  df-acs 16018  df-mgm 17011  df-sgrp 17053  df-mnd 17064  df-mhm 17104  df-submnd 17105  df-grp 17194  df-minusg 17195  df-sbg 17196  df-mulg 17310  df-subg 17360  df-nsg 17361  df-eqg 17362  df-ghm 17427  df-cntz 17519  df-od 17717  df-cmn 17964  df-abl 17965  df-mgp 18259  df-ur 18271  df-ring 18318  df-cring 18319  df-oppr 18392  df-dvdsr 18410  df-unit 18411  df-invr 18441  df-dvr 18452  df-rnghom 18484  df-drng 18518  df-subrg 18547  df-lmod 18634  df-lss 18700  df-lsp 18739  df-sra 18939  df-rgmod 18940  df-lidl 18941  df-rsp 18942  df-2idl 18999  df-psmet 19505  df-xmet 19506  df-met 19507  df-bl 19508  df-mopn 19509  df-fbas 19510  df-fg 19511  df-cnfld 19514  df-zring 19584  df-zrh 19616  df-zn 19619  df-top 20463  df-bases 20464  df-topon 20465  df-topsp 20466  df-cld 20575  df-ntr 20576  df-cls 20577  df-nei 20654  df-lp 20692  df-perf 20693  df-cn 20783  df-cnp 20784  df-haus 20871  df-tx 21117  df-hmeo 21310  df-fil 21402  df-fm 21494  df-flim 21495  df-flf 21496  df-xms 21876  df-ms 21877  df-tms 21878  df-cncf 22420  df-limc 23353  df-dv 23354  df-log 24024  df-cxp 24025  df-dchr 24675
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator