Theorem fsumsermpt 41852

Description: A finite sum expressed in terms of a partial sum of an infinite series. (Contributed by Glauco Siliprandi, 3-Mar-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
fsumsermpt.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
fsumsermpt.z	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
fsumsermpt.a	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
fsumsermpt.f	⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴)
fsumsermpt.g	⊢ 𝐺 = seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))

Assertion

Ref	Expression
fsumsermpt	⊢ (𝜑 → 𝐹 = 𝐺)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑛   𝑘,𝑀,𝑛   𝑘,𝑍,𝑛   𝜑,𝑘

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑛)   𝐴(𝑘)   𝐹(𝑘,𝑛)   𝐺(𝑘,𝑛)

Proof of Theorem fsumsermpt

Dummy variables 𝑗 𝑚 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fzfid 13335	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑀...𝑚) ∈ Fin)
2		simpl 485	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝜑)
3		elfzuz 12898	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
4		fsumsermpt.z	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
5	3, 4	eleqtrrdi 2924	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑘 ∈ 𝑍)
6	5	adantl 484	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝑘 ∈ 𝑍)
7		fsumsermpt.a	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
8	2, 6, 7	syl2anc 586	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝐴 ∈ ℂ)
9	1, 8	fsumcl 15084	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ)
10	9	adantr 483	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ)
11	10	ralrimiva 3182	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑚 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ)
12		fsumsermpt.f	. . . . 5 ⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴)
13		oveq2 7158	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑀...𝑛) = (𝑀...𝑚))
14	13	sumeq1d 15052	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
15	14	cbvmptv 5162	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴) = (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
16	12, 15	eqtri 2844	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
17	16	fnmpt 6483	. . 3 ⊢ (∀𝑚 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ → 𝐹 Fn 𝑍)
18	11, 17	syl 17	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹 Fn 𝑍)
19		fsumsermpt.m	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
20		simpr 487	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → 𝑗 ∈ 𝑍)
21		nfv 1911	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑘(𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍)
22		nfcv 2977	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑘𝑗
23	22	nfcsb1 3906	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑘⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴
24	23	nfel1 2994	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑘⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ
25	21, 24	nfim 1893	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)
26		eleq1w 2895	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (𝑘 ∈ 𝑍 ↔ 𝑗 ∈ 𝑍))
27	26	anbi2d 630	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ↔ (𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍)))
28		csbeq1a 3897	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → 𝐴 = ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
29	28	eleq1d 2897	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (𝐴 ∈ ℂ ↔ ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ))
30	27, 29	imbi12d 347	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ) ↔ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)))
31	25, 30, 7	chvarfv 2237	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)
32		eqid 2821	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) = (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)
33	22, 23, 28, 32	fvmptf 6784	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑗) = ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
34	20, 31, 33	syl2anc 586	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑗) = ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
35	34, 31	eqeltrd 2913	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑗) ∈ ℂ)
36		addcl 10613	. . . . . 6 ⊢ ((𝑗 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ) → (𝑗 + 𝑥) ∈ ℂ)
37	36	adantl 484	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ)) → (𝑗 + 𝑥) ∈ ℂ)
38	4, 19, 35, 37	seqf 13385	. . . 4 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)):𝑍⟶ℂ)
39	38	ffnd 6510	. . 3 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) Fn 𝑍)
40		fsumsermpt.g	. . . . 5 ⊢ 𝐺 = seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))
41	40	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐺 = seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)))
42	41	fneq1d 6441	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐺 Fn 𝑍 ↔ seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) Fn 𝑍))
43	39, 42	mpbird 259	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐺 Fn 𝑍)
44		simpr 487	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ 𝑍)
45	16	fvmpt2 6774	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ 𝑍 ∧ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ) → (𝐹‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
46	44, 10, 45	syl2anc 586	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
47		nfcv 2977	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑗(𝑀...𝑚)
48		nfcv 2977	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑘(𝑀...𝑚)
49		nfcv 2977	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑗𝐴
50	28, 47, 48, 49, 23	cbvsum 15046	. . . . 5 ⊢ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 = Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴
51	50	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 = Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
52	46, 51	eqtrd 2856	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑚) = Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
53		simpl 485	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝜑)
54		elfzuz 12898	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
55	54, 4	eleqtrrdi 2924	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑗 ∈ 𝑍)
56	55	adantl 484	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝑗 ∈ 𝑍)
57	53, 56, 34	syl2anc 586	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑗) = ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
58	57	adantlr 713	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑗) = ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
59		id 22	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 → 𝑚 ∈ 𝑍)
60	59, 4	eleqtrdi 2923	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 → 𝑚 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
61	60	adantl 484	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
62	53, 56, 31	syl2anc 586	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)
63	62	adantlr 713	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)
64	58, 61, 63	fsumser 15081	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 = (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑚))
65	40	fveq1i 6666	. . . . 5 ⊢ (𝐺‘𝑚) = (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑚)
66	65	eqcomi 2830	. . . 4 ⊢ (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑚) = (𝐺‘𝑚)
67	66	a1i 11	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑚) = (𝐺‘𝑚))
68	52, 64, 67	3eqtrd 2860	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑚) = (𝐺‘𝑚))
69	18, 43, 68	eqfnfvd 6800	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 = 𝐺)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 398   = wceq 1533   ∈ wcel 2110  ∀wral 3138  ⦋csb 3883   ↦ cmpt 5139   Fn wfn 6345  ‘cfv 6350  (class class class)co 7150  ℂcc 10529   + caddc 10534  ℤcz 11975  ℤ_≥cuz 12237  ...cfz 12886  seqcseq 13363  Σcsu 15036

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1907  ax-6 1966  ax-7 2011  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2156  ax-12 2172  ax-ext 2793  ax-rep 5183  ax-sep 5196  ax-nul 5203  ax-pow 5259  ax-pr 5322  ax-un 7455  ax-inf2 9098  ax-cnex 10587  ax-resscn 10588  ax-1cn 10589  ax-icn 10590  ax-addcl 10591  ax-addrcl 10592  ax-mulcl 10593  ax-mulrcl 10594  ax-mulcom 10595  ax-addass 10596  ax-mulass 10597  ax-distr 10598  ax-i2m1 10599  ax-1ne0 10600  ax-1rid 10601  ax-rnegex 10602  ax-rrecex 10603  ax-cnre 10604  ax-pre-lttri 10605  ax-pre-lttrn 10606  ax-pre-ltadd 10607  ax-pre-mulgt0 10608  ax-pre-sup 10609

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2066  df-mo 2618  df-eu 2650  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3497  df-sbc 3773  df-csb 3884  df-dif 3939  df-un 3941  df-in 3943  df-ss 3952  df-pss 3954  df-nul 4292  df-if 4468  df-pw 4541  df-sn 4562  df-pr 4564  df-tp 4566  df-op 4568  df-uni 4833  df-int 4870  df-iun 4914  df-br 5060  df-opab 5122  df-mpt 5140  df-tr 5166  df-id 5455  df-eprel 5460  df-po 5469  df-so 5470  df-fr 5509  df-se 5510  df-we 5511  df-xp 5556  df-rel 5557  df-cnv 5558  df-co 5559  df-dm 5560  df-rn 5561  df-res 5562  df-ima 5563  df-pred 6143  df-ord 6189  df-on 6190  df-lim 6191  df-suc 6192  df-iota 6309  df-fun 6352  df-fn 6353  df-f 6354  df-f1 6355  df-fo 6356  df-f1o 6357  df-fv 6358  df-isom 6359  df-riota 7108  df-ov 7153  df-oprab 7154  df-mpo 7155  df-om 7575  df-1st 7683  df-2nd 7684  df-wrecs 7941  df-recs 8002  df-rdg 8040  df-1o 8096  df-oadd 8100  df-er 8283  df-en 8504  df-dom 8505  df-sdom 8506  df-fin 8507  df-sup 8900  df-oi 8968  df-card 9362  df-pnf 10671  df-mnf 10672  df-xr 10673  df-ltxr 10674  df-le 10675  df-sub 10866  df-neg 10867  df-div 11292  df-nn 11633  df-2 11694  df-3 11695  df-n0 11892  df-z 11976  df-uz 12238  df-rp 12384  df-fz 12887  df-fzo 13028  df-seq 13364  df-exp 13424  df-hash 13685  df-cj 14452  df-re 14453  df-im 14454  df-sqrt 14588  df-abs 14589  df-clim 14839  df-sum 15037

This theorem is referenced by:  ovolval2lem  42918