Users' Mathboxes Mathbox for Asger C. Ipsen < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  knoppndvlem2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem knoppndvlem2 32143
Description: Lemma for knoppndv 32164. (Contributed by Asger C. Ipsen, 15-Jun-2021.) (Revised by Asger C. Ipsen, 5-Jul-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
knoppndvlem2.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
knoppndvlem2.i (𝜑𝐼 ∈ ℤ)
knoppndvlem2.j (𝜑𝐽 ∈ ℤ)
knoppndvlem2.m (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
knoppndvlem2.1 (𝜑𝐽 < 𝐼)
Assertion
Ref Expression
knoppndvlem2 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) · 𝑀)) ∈ ℤ)

Proof of Theorem knoppndvlem2
StepHypRef Expression
1 2cnd 11037 . . . . . . 7 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
2 knoppndvlem2.n . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ ℕ)
3 nnz 11343 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℤ)
42, 3syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
54zcnd 11427 . . . . . . 7 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
61, 5mulcld 10004 . . . . . 6 (𝜑 → (2 · 𝑁) ∈ ℂ)
7 2ne0 11057 . . . . . . . 8 2 ≠ 0
87a1i 11 . . . . . . 7 (𝜑 → 2 ≠ 0)
9 0red 9985 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
10 1red 9999 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
114zred 11426 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
12 0lt1 10494 . . . . . . . . . . 11 0 < 1
1312a1i 11 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 0 < 1)
14 nnge1 10990 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ → 1 ≤ 𝑁)
152, 14syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 1 ≤ 𝑁)
169, 10, 11, 13, 15ltletrd 10141 . . . . . . . . 9 (𝜑 → 0 < 𝑁)
179, 16ltned 10117 . . . . . . . 8 (𝜑 → 0 ≠ 𝑁)
1817necomd 2845 . . . . . . 7 (𝜑𝑁 ≠ 0)
191, 5, 8, 18mulne0d 10623 . . . . . 6 (𝜑 → (2 · 𝑁) ≠ 0)
20 knoppndvlem2.i . . . . . 6 (𝜑𝐼 ∈ ℤ)
216, 19, 20expclzd 12953 . . . . 5 (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑𝐼) ∈ ℂ)
22 knoppndvlem2.j . . . . . . . 8 (𝜑𝐽 ∈ ℤ)
2322znegcld 11428 . . . . . . 7 (𝜑 → -𝐽 ∈ ℤ)
246, 19, 23expclzd 12953 . . . . . 6 (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑-𝐽) ∈ ℂ)
2524, 1, 8divcld 10745 . . . . 5 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) ∈ ℂ)
26 knoppndvlem2.m . . . . . 6 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
2726zcnd 11427 . . . . 5 (𝜑𝑀 ∈ ℂ)
2821, 25, 27mulassd 10007 . . . 4 (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)) · 𝑀) = (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) · 𝑀)))
2928eqcomd 2627 . . 3 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) · 𝑀)) = ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)) · 𝑀))
3021, 24, 1, 8divassd 10780 . . . . . 6 (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)) / 2) = (((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)))
3130eqcomd 2627 . . . . 5 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)) = ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)) / 2))
326, 19jca 554 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((2 · 𝑁) ∈ ℂ ∧ (2 · 𝑁) ≠ 0))
3320, 23jca 554 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐼 ∈ ℤ ∧ -𝐽 ∈ ℤ))
3432, 33jca 554 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (((2 · 𝑁) ∈ ℂ ∧ (2 · 𝑁) ≠ 0) ∧ (𝐼 ∈ ℤ ∧ -𝐽 ∈ ℤ)))
35 expaddz 12844 . . . . . . . . 9 ((((2 · 𝑁) ∈ ℂ ∧ (2 · 𝑁) ≠ 0) ∧ (𝐼 ∈ ℤ ∧ -𝐽 ∈ ℤ)) → ((2 · 𝑁)↑(𝐼 + -𝐽)) = (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)))
3634, 35syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑(𝐼 + -𝐽)) = (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)))
3736eqcomd 2627 . . . . . . 7 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)) = ((2 · 𝑁)↑(𝐼 + -𝐽)))
3820zcnd 11427 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐼 ∈ ℂ)
3922zcnd 11427 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐽 ∈ ℂ)
4038, 39negsubd 10342 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐼 + -𝐽) = (𝐼𝐽))
4140oveq2d 6620 . . . . . . 7 (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑(𝐼 + -𝐽)) = ((2 · 𝑁)↑(𝐼𝐽)))
42 knoppndvlem2.1 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐽 < 𝐼)
4322, 20jca 554 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐽 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℤ))
44 znnsub 11367 . . . . . . . . . . 11 ((𝐽 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℤ) → (𝐽 < 𝐼 ↔ (𝐼𝐽) ∈ ℕ))
4543, 44syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐽 < 𝐼 ↔ (𝐼𝐽) ∈ ℕ))
4642, 45mpbid 222 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐼𝐽) ∈ ℕ)
476, 46jca 554 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((2 · 𝑁) ∈ ℂ ∧ (𝐼𝐽) ∈ ℕ))
48 expm1t 12828 . . . . . . . 8 (((2 · 𝑁) ∈ ℂ ∧ (𝐼𝐽) ∈ ℕ) → ((2 · 𝑁)↑(𝐼𝐽)) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)))
4947, 48syl 17 . . . . . . 7 (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑(𝐼𝐽)) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)))
5037, 41, 493eqtrd 2659 . . . . . 6 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)))
5150oveq1d 6619 . . . . 5 (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)) / 2) = ((((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)) / 2))
5220, 22jca 554 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝐼 ∈ ℤ ∧ 𝐽 ∈ ℤ))
53 zsubcl 11363 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐼 ∈ ℤ ∧ 𝐽 ∈ ℤ) → (𝐼𝐽) ∈ ℤ)
5452, 53syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐼𝐽) ∈ ℤ)
55 peano2zm 11364 . . . . . . . . . . 11 ((𝐼𝐽) ∈ ℤ → ((𝐼𝐽) − 1) ∈ ℤ)
5654, 55syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((𝐼𝐽) − 1) ∈ ℤ)
5722zred 11426 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝐽 ∈ ℝ)
5820zred 11426 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑𝐼 ∈ ℝ)
5957, 58posdifd 10558 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (𝐽 < 𝐼 ↔ 0 < (𝐼𝐽)))
6042, 59mpbid 222 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → 0 < (𝐼𝐽))
61 0zd 11333 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → 0 ∈ ℤ)
6261, 54jca 554 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → (0 ∈ ℤ ∧ (𝐼𝐽) ∈ ℤ))
63 zltlem1 11374 . . . . . . . . . . . 12 ((0 ∈ ℤ ∧ (𝐼𝐽) ∈ ℤ) → (0 < (𝐼𝐽) ↔ 0 ≤ ((𝐼𝐽) − 1)))
6462, 63syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (0 < (𝐼𝐽) ↔ 0 ≤ ((𝐼𝐽) − 1)))
6560, 64mpbid 222 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → 0 ≤ ((𝐼𝐽) − 1))
6656, 65jca 554 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (((𝐼𝐽) − 1) ∈ ℤ ∧ 0 ≤ ((𝐼𝐽) − 1)))
67 elnn0z 11334 . . . . . . . . 9 (((𝐼𝐽) − 1) ∈ ℕ0 ↔ (((𝐼𝐽) − 1) ∈ ℤ ∧ 0 ≤ ((𝐼𝐽) − 1)))
6866, 67sylibr 224 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((𝐼𝐽) − 1) ∈ ℕ0)
696, 68expcld 12948 . . . . . . 7 (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) ∈ ℂ)
7069, 6, 1, 8divassd 10780 . . . . . 6 (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)) / 2) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · ((2 · 𝑁) / 2)))
715, 1, 8divcan3d 10750 . . . . . . 7 (𝜑 → ((2 · 𝑁) / 2) = 𝑁)
7271oveq2d 6620 . . . . . 6 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · ((2 · 𝑁) / 2)) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · 𝑁))
7370, 72eqtrd 2655 . . . . 5 (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)) / 2) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · 𝑁))
7431, 51, 733eqtrd 2659 . . . 4 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · 𝑁))
7574oveq1d 6619 . . 3 (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)) · 𝑀) = ((((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · 𝑁) · 𝑀))
7629, 75eqtrd 2655 . 2 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) · 𝑀)) = ((((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · 𝑁) · 𝑀))
77 2z 11353 . . . . . . . . 9 2 ∈ ℤ
7877a1i 11 . . . . . . . 8 (𝜑 → 2 ∈ ℤ)
7978, 4jca 554 . . . . . . 7 (𝜑 → (2 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ))
80 zmulcl 11370 . . . . . . 7 ((2 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (2 · 𝑁) ∈ ℤ)
8179, 80syl 17 . . . . . 6 (𝜑 → (2 · 𝑁) ∈ ℤ)
8281, 68jca 554 . . . . 5 (𝜑 → ((2 · 𝑁) ∈ ℤ ∧ ((𝐼𝐽) − 1) ∈ ℕ0))
83 zexpcl 12815 . . . . 5 (((2 · 𝑁) ∈ ℤ ∧ ((𝐼𝐽) − 1) ∈ ℕ0) → ((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) ∈ ℤ)
8482, 83syl 17 . . . 4 (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) ∈ ℤ)
8584, 4zmulcld 11432 . . 3 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · 𝑁) ∈ ℤ)
8685, 26zmulcld 11432 . 2 (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑((𝐼𝐽) − 1)) · 𝑁) · 𝑀) ∈ ℤ)
8776, 86eqeltrd 2698 1 (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) · 𝑀)) ∈ ℤ)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 384   = wceq 1480  wcel 1987  wne 2790   class class class wbr 4613  (class class class)co 6604  cc 9878  0cc0 9880  1c1 9881   + caddc 9883   · cmul 9885   < clt 10018  cle 10019  cmin 10210  -cneg 10211   / cdiv 10628  cn 10964  2c2 11014  0cn0 11236  cz 11321  cexp 12800
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-sep 4741  ax-nul 4749  ax-pow 4803  ax-pr 4867  ax-un 6902  ax-cnex 9936  ax-resscn 9937  ax-1cn 9938  ax-icn 9939  ax-addcl 9940  ax-addrcl 9941  ax-mulcl 9942  ax-mulrcl 9943  ax-mulcom 9944  ax-addass 9945  ax-mulass 9946  ax-distr 9947  ax-i2m1 9948  ax-1ne0 9949  ax-1rid 9950  ax-rnegex 9951  ax-rrecex 9952  ax-cnre 9953  ax-pre-lttri 9954  ax-pre-lttrn 9955  ax-pre-ltadd 9956  ax-pre-mulgt0 9957
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1483  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-nel 2894  df-ral 2912  df-rex 2913  df-reu 2914  df-rmo 2915  df-rab 2916  df-v 3188  df-sbc 3418  df-csb 3515  df-dif 3558  df-un 3560  df-in 3562  df-ss 3569  df-pss 3571  df-nul 3892  df-if 4059  df-pw 4132  df-sn 4149  df-pr 4151  df-tp 4153  df-op 4155  df-uni 4403  df-iun 4487  df-br 4614  df-opab 4674  df-mpt 4675  df-tr 4713  df-eprel 4985  df-id 4989  df-po 4995  df-so 4996  df-fr 5033  df-we 5035  df-xp 5080  df-rel 5081  df-cnv 5082  df-co 5083  df-dm 5084  df-rn 5085  df-res 5086  df-ima 5087  df-pred 5639  df-ord 5685  df-on 5686  df-lim 5687  df-suc 5688  df-iota 5810  df-fun 5849  df-fn 5850  df-f 5851  df-f1 5852  df-fo 5853  df-f1o 5854  df-fv 5855  df-riota 6565  df-ov 6607  df-oprab 6608  df-mpt2 6609  df-om 7013  df-2nd 7114  df-wrecs 7352  df-recs 7413  df-rdg 7451  df-er 7687  df-en 7900  df-dom 7901  df-sdom 7902  df-pnf 10020  df-mnf 10021  df-xr 10022  df-ltxr 10023  df-le 10024  df-sub 10212  df-neg 10213  df-div 10629  df-nn 10965  df-2 11023  df-n0 11237  df-z 11322  df-uz 11632  df-seq 12742  df-exp 12801
This theorem is referenced by:  knoppndvlem6  32147
  Copyright terms: Public domain W3C validator