MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  fsumf1o Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem fsumf1o 14448
Description: Re-index a finite sum using a bijection. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Apr-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
fsumf1o.1 (𝑘 = 𝐺𝐵 = 𝐷)
fsumf1o.2 (𝜑𝐶 ∈ Fin)
fsumf1o.3 (𝜑𝐹:𝐶1-1-onto𝐴)
fsumf1o.4 ((𝜑𝑛𝐶) → (𝐹𝑛) = 𝐺)
fsumf1o.5 ((𝜑𝑘𝐴) → 𝐵 ∈ ℂ)
Assertion
Ref Expression
fsumf1o (𝜑 → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷)
Distinct variable groups:   𝑘,𝑛,𝐴   𝐵,𝑛   𝐶,𝑛   𝐷,𝑘   𝑛,𝐹   𝑘,𝐺   𝜑,𝑘,𝑛
Allowed substitution hints:   𝐵(𝑘)   𝐶(𝑘)   𝐷(𝑛)   𝐹(𝑘)   𝐺(𝑛)

Proof of Theorem fsumf1o
Dummy variables 𝑓 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 sum0 14446 . . . 4 Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐵 = 0
2 fsumf1o.3 . . . . . . . 8 (𝜑𝐹:𝐶1-1-onto𝐴)
3 f1oeq2 6126 . . . . . . . 8 (𝐶 = ∅ → (𝐹:𝐶1-1-onto𝐴𝐹:∅–1-1-onto𝐴))
42, 3syl5ibcom 235 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐶 = ∅ → 𝐹:∅–1-1-onto𝐴))
54imp 445 . . . . . 6 ((𝜑𝐶 = ∅) → 𝐹:∅–1-1-onto𝐴)
6 f1ofo 6142 . . . . . 6 (𝐹:∅–1-1-onto𝐴𝐹:∅–onto𝐴)
7 fo00 6170 . . . . . . 7 (𝐹:∅–onto𝐴 ↔ (𝐹 = ∅ ∧ 𝐴 = ∅))
87simprbi 480 . . . . . 6 (𝐹:∅–onto𝐴𝐴 = ∅)
95, 6, 83syl 18 . . . . 5 ((𝜑𝐶 = ∅) → 𝐴 = ∅)
109sumeq1d 14425 . . . 4 ((𝜑𝐶 = ∅) → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐵)
11 simpr 477 . . . . . 6 ((𝜑𝐶 = ∅) → 𝐶 = ∅)
1211sumeq1d 14425 . . . . 5 ((𝜑𝐶 = ∅) → Σ𝑛𝐶 𝐷 = Σ𝑛 ∈ ∅ 𝐷)
13 sum0 14446 . . . . 5 Σ𝑛 ∈ ∅ 𝐷 = 0
1412, 13syl6eq 2671 . . . 4 ((𝜑𝐶 = ∅) → Σ𝑛𝐶 𝐷 = 0)
151, 10, 143eqtr4a 2681 . . 3 ((𝜑𝐶 = ∅) → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷)
1615ex 450 . 2 (𝜑 → (𝐶 = ∅ → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷))
17 fveq2 6189 . . . . . . . . 9 (𝑚 = (𝑓𝑛) → (𝐹𝑚) = (𝐹‘(𝑓𝑛)))
1817fveq2d 6193 . . . . . . . 8 (𝑚 = (𝑓𝑛) → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹‘(𝑓𝑛))))
19 simprl 794 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → (#‘𝐶) ∈ ℕ)
20 simprr 796 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)
21 f1of 6135 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹:𝐶1-1-onto𝐴𝐹:𝐶𝐴)
222, 21syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐹:𝐶𝐴)
2322ffvelrnda 6357 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑚𝐶) → (𝐹𝑚) ∈ 𝐴)
24 fsumf1o.5 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘𝐴) → 𝐵 ∈ ℂ)
25 eqid 2621 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘𝐴𝐵) = (𝑘𝐴𝐵)
2624, 25fmptd 6383 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑘𝐴𝐵):𝐴⟶ℂ)
2726ffvelrnda 6357 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝐹𝑚) ∈ 𝐴) → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)) ∈ ℂ)
2823, 27syldan 487 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑚𝐶) → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)) ∈ ℂ)
2928adantlr 751 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑚𝐶) → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)) ∈ ℂ)
302adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → 𝐹:𝐶1-1-onto𝐴)
31 f1oco 6157 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐹:𝐶1-1-onto𝐴𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶) → (𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐴)
3230, 20, 31syl2anc 693 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → (𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐴)
33 f1of 6135 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐴 → (𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))⟶𝐴)
3432, 33syl 17 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → (𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))⟶𝐴)
35 fvco3 6273 . . . . . . . . . 10 (((𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))⟶𝐴𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → (((𝑘𝐴𝐵) ∘ (𝐹𝑓))‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘((𝐹𝑓)‘𝑛)))
3634, 35sylan 488 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → (((𝑘𝐴𝐵) ∘ (𝐹𝑓))‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘((𝐹𝑓)‘𝑛)))
37 f1of 6135 . . . . . . . . . . . 12 (𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶𝑓:(1...(#‘𝐶))⟶𝐶)
3837ad2antll 765 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → 𝑓:(1...(#‘𝐶))⟶𝐶)
39 fvco3 6273 . . . . . . . . . . 11 ((𝑓:(1...(#‘𝐶))⟶𝐶𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → ((𝐹𝑓)‘𝑛) = (𝐹‘(𝑓𝑛)))
4038, 39sylan 488 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → ((𝐹𝑓)‘𝑛) = (𝐹‘(𝑓𝑛)))
4140fveq2d 6193 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → ((𝑘𝐴𝐵)‘((𝐹𝑓)‘𝑛)) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹‘(𝑓𝑛))))
4236, 41eqtrd 2655 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → (((𝑘𝐴𝐵) ∘ (𝐹𝑓))‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹‘(𝑓𝑛))))
4318, 19, 20, 29, 42fsum 14445 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → Σ𝑚𝐶 ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)) = (seq1( + , ((𝑘𝐴𝐵) ∘ (𝐹𝑓)))‘(#‘𝐶)))
44 fsumf1o.4 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑛𝐶) → (𝐹𝑛) = 𝐺)
4522ffvelrnda 6357 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑛𝐶) → (𝐹𝑛) ∈ 𝐴)
4644, 45eqeltrrd 2701 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑛𝐶) → 𝐺𝐴)
47 fsumf1o.1 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 = 𝐺𝐵 = 𝐷)
4847, 25fvmpti 6279 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐺𝐴 → ((𝑘𝐴𝐵)‘𝐺) = ( I ‘𝐷))
4946, 48syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑛𝐶) → ((𝑘𝐴𝐵)‘𝐺) = ( I ‘𝐷))
5044fveq2d 6193 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑛𝐶) → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)) = ((𝑘𝐴𝐵)‘𝐺))
51 eqid 2621 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛𝐶𝐷) = (𝑛𝐶𝐷)
5251fvmpt2i 6288 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛𝐶 → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ( I ‘𝐷))
5352adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑛𝐶) → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ( I ‘𝐷))
5449, 50, 533eqtr4rd 2666 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑛𝐶) → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)))
5554ralrimiva 2965 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ∀𝑛𝐶 ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)))
56 nffvmpt1 6197 . . . . . . . . . . . 12 𝑛((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚)
5756nfeq1 2777 . . . . . . . . . . 11 𝑛((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚))
58 fveq2 6189 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 = 𝑚 → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚))
59 fveq2 6189 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 = 𝑚 → (𝐹𝑛) = (𝐹𝑚))
6059fveq2d 6193 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 = 𝑚 → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)))
6158, 60eqeq12d 2636 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚 → (((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)) ↔ ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚))))
6257, 61rspc 3301 . . . . . . . . . 10 (𝑚𝐶 → (∀𝑛𝐶 ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)) → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚))))
6355, 62mpan9 486 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑚𝐶) → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)))
6463adantlr 751 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑚𝐶) → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)))
6564sumeq2dv 14427 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → Σ𝑚𝐶 ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = Σ𝑚𝐶 ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)))
66 fveq2 6189 . . . . . . . 8 (𝑚 = ((𝐹𝑓)‘𝑛) → ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘((𝐹𝑓)‘𝑛)))
6726adantr 481 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → (𝑘𝐴𝐵):𝐴⟶ℂ)
6867ffvelrnda 6357 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑚𝐴) → ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑚) ∈ ℂ)
6966, 19, 32, 68, 36fsum 14445 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → Σ𝑚𝐴 ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑚) = (seq1( + , ((𝑘𝐴𝐵) ∘ (𝐹𝑓)))‘(#‘𝐶)))
7043, 65, 693eqtr4rd 2666 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → Σ𝑚𝐴 ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑚) = Σ𝑚𝐶 ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚))
71 sumfc 14434 . . . . . 6 Σ𝑚𝐴 ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑚) = Σ𝑘𝐴 𝐵
72 sumfc 14434 . . . . . 6 Σ𝑚𝐶 ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = Σ𝑛𝐶 𝐷
7370, 71, 723eqtr3g 2678 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷)
7473expr 643 . . . 4 ((𝜑 ∧ (#‘𝐶) ∈ ℕ) → (𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶 → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷))
7574exlimdv 1860 . . 3 ((𝜑 ∧ (#‘𝐶) ∈ ℕ) → (∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶 → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷))
7675expimpd 629 . 2 (𝜑 → (((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ ∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶) → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷))
77 fsumf1o.2 . . 3 (𝜑𝐶 ∈ Fin)
78 fz1f1o 14435 . . 3 (𝐶 ∈ Fin → (𝐶 = ∅ ∨ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ ∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)))
7977, 78syl 17 . 2 (𝜑 → (𝐶 = ∅ ∨ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ ∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)))
8016, 76, 79mpjaod 396 1 (𝜑 → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wo 383  wa 384   = wceq 1482  wex 1703  wcel 1989  wral 2911  c0 3913  cmpt 4727   I cid 5021  ccom 5116  wf 5882  ontowfo 5884  1-1-ontowf1o 5885  cfv 5886  (class class class)co 6647  Fincfn 7952  cc 9931  0cc0 9933  1c1 9934   + caddc 9936  cn 11017  ...cfz 12323  seqcseq 12796  #chash 13112  Σcsu 14410
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1721  ax-4 1736  ax-5 1838  ax-6 1887  ax-7 1934  ax-8 1991  ax-9 1998  ax-10 2018  ax-11 2033  ax-12 2046  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-rep 4769  ax-sep 4779  ax-nul 4787  ax-pow 4841  ax-pr 4904  ax-un 6946  ax-inf2 8535  ax-cnex 9989  ax-resscn 9990  ax-1cn 9991  ax-icn 9992  ax-addcl 9993  ax-addrcl 9994  ax-mulcl 9995  ax-mulrcl 9996  ax-mulcom 9997  ax-addass 9998  ax-mulass 9999  ax-distr 10000  ax-i2m1 10001  ax-1ne0 10002  ax-1rid 10003  ax-rnegex 10004  ax-rrecex 10005  ax-cnre 10006  ax-pre-lttri 10007  ax-pre-lttrn 10008  ax-pre-ltadd 10009  ax-pre-mulgt0 10010  ax-pre-sup 10011
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1485  df-fal 1488  df-ex 1704  df-nf 1709  df-sb 1880  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2752  df-ne 2794  df-nel 2897  df-ral 2916  df-rex 2917  df-reu 2918  df-rmo 2919  df-rab 2920  df-v 3200  df-sbc 3434  df-csb 3532  df-dif 3575  df-un 3577  df-in 3579  df-ss 3586  df-pss 3588  df-nul 3914  df-if 4085  df-pw 4158  df-sn 4176  df-pr 4178  df-tp 4180  df-op 4182  df-uni 4435  df-int 4474  df-iun 4520  df-br 4652  df-opab 4711  df-mpt 4728  df-tr 4751  df-id 5022  df-eprel 5027  df-po 5033  df-so 5034  df-fr 5071  df-se 5072  df-we 5073  df-xp 5118  df-rel 5119  df-cnv 5120  df-co 5121  df-dm 5122  df-rn 5123  df-res 5124  df-ima 5125  df-pred 5678  df-ord 5724  df-on 5725  df-lim 5726  df-suc 5727  df-iota 5849  df-fun 5888  df-fn 5889  df-f 5890  df-f1 5891  df-fo 5892  df-f1o 5893  df-fv 5894  df-isom 5895  df-riota 6608  df-ov 6650  df-oprab 6651  df-mpt2 6652  df-om 7063  df-1st 7165  df-2nd 7166  df-wrecs 7404  df-recs 7465  df-rdg 7503  df-1o 7557  df-oadd 7561  df-er 7739  df-en 7953  df-dom 7954  df-sdom 7955  df-fin 7956  df-sup 8345  df-oi 8412  df-card 8762  df-pnf 10073  df-mnf 10074  df-xr 10075  df-ltxr 10076  df-le 10077  df-sub 10265  df-neg 10266  df-div 10682  df-nn 11018  df-2 11076  df-3 11077  df-n0 11290  df-z 11375  df-uz 11685  df-rp 11830  df-fz 12324  df-fzo 12462  df-seq 12797  df-exp 12856  df-hash 13113  df-cj 13833  df-re 13834  df-im 13835  df-sqrt 13969  df-abs 13970  df-clim 14213  df-sum 14411
This theorem is referenced by:  fsumss  14450  fsum2dlem  14495  fsumcnv  14498  fsumrev  14505  fsumshft  14506  ackbijnn  14554  incexclem  14562  phisum  15489  ovoliunlem1  23264  ovolicc2lem4  23282  itg1addlem4  23460  itg1mulc  23465  basellem3  24803  basellem5  24805  fsumdvdscom  24905  dvdsflsumcom  24908  musum  24911  fsumdvdsmul  24915  sgmppw  24916  fsumvma  24932  dchrsum2  24987  sumdchr2  24989  dchrisumlem1  25172  dchrisum0flblem1  25191  dchrisum0fno1  25194  fsumiunle  29560  eulerpartlemgs2  30427  reprpmtf1o  30689  breprexplema  30693  hgt750lemb  30719  hgt750lema  30720  fsumf1of  39612  sumnnodd  39668  dvnprodlem2  39931
  Copyright terms: Public domain W3C validator