Users' Mathboxes Mathbox for Thierry Arnoux < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  vtsprod Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem vtsprod 30845
Description: Express the Vinogradov trigonometric sums to the power of 𝑆 (Contributed by Thierry Arnoux, 12-Dec-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
vtsval.n (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
vtsval.x (𝜑𝑋 ∈ ℂ)
vtsprod.s (𝜑𝑆 ∈ ℕ0)
vtsprod.l (𝜑𝐿:(0..^𝑆)⟶(ℂ ↑𝑚 ℕ))
Assertion
Ref Expression
vtsprod (𝜑 → ∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)(((𝐿𝑎)vts𝑁)‘𝑋) = Σ𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))Σ𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)(∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)((𝐿𝑎)‘(𝑐𝑎)) · (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑚 · 𝑋)))))
Distinct variable groups:   𝐿,𝑎,𝑐,𝑚   𝑁,𝑎,𝑐,𝑚   𝑆,𝑎,𝑐,𝑚   𝑋,𝑎,𝑐,𝑚   𝜑,𝑎,𝑐,𝑚

Proof of Theorem vtsprod
Dummy variable 𝑏 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 vtsval.n . . 3 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
2 vtsprod.s . . 3 (𝜑𝑆 ∈ ℕ0)
3 ax-icn 10033 . . . . . . 7 i ∈ ℂ
43a1i 11 . . . . . 6 (𝜑 → i ∈ ℂ)
5 2cnd 11131 . . . . . . 7 (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
6 picn 24256 . . . . . . . 8 π ∈ ℂ
76a1i 11 . . . . . . 7 (𝜑 → π ∈ ℂ)
85, 7mulcld 10098 . . . . . 6 (𝜑 → (2 · π) ∈ ℂ)
94, 8mulcld 10098 . . . . 5 (𝜑 → (i · (2 · π)) ∈ ℂ)
10 vtsval.x . . . . 5 (𝜑𝑋 ∈ ℂ)
119, 10mulcld 10098 . . . 4 (𝜑 → ((i · (2 · π)) · 𝑋) ∈ ℂ)
1211efcld 30797 . . 3 (𝜑 → (exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋)) ∈ ℂ)
13 vtsprod.l . . 3 (𝜑𝐿:(0..^𝑆)⟶(ℂ ↑𝑚 ℕ))
141, 2, 12, 13breprexp 30839 . 2 (𝜑 → ∏𝑎 ∈ (0..^𝑆𝑏 ∈ (1...𝑁)(((𝐿𝑎)‘𝑏) · ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑏)) = Σ𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))Σ𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)(∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)((𝐿𝑎)‘(𝑐𝑎)) · ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑚)))
151adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) → 𝑁 ∈ ℕ0)
1610adantr 480 . . . . 5 ((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) → 𝑋 ∈ ℂ)
1713ffvelrnda 6399 . . . . . 6 ((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) → (𝐿𝑎) ∈ (ℂ ↑𝑚 ℕ))
18 elmapi 7921 . . . . . 6 ((𝐿𝑎) ∈ (ℂ ↑𝑚 ℕ) → (𝐿𝑎):ℕ⟶ℂ)
1917, 18syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) → (𝐿𝑎):ℕ⟶ℂ)
2015, 16, 19vtsval 30843 . . . 4 ((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) → (((𝐿𝑎)vts𝑁)‘𝑋) = Σ𝑏 ∈ (1...𝑁)(((𝐿𝑎)‘𝑏) · (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑏 · 𝑋)))))
21 fzssz 12381 . . . . . . . . . . 11 (1...𝑁) ⊆ ℤ
22 simpr 476 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → 𝑏 ∈ (1...𝑁))
2321, 22sseldi 3634 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → 𝑏 ∈ ℤ)
2423zcnd 11521 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → 𝑏 ∈ ℂ)
259ad2antrr 762 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → (i · (2 · π)) ∈ ℂ)
2616adantr 480 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → 𝑋 ∈ ℂ)
2724, 25, 26mul12d 10283 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → (𝑏 · ((i · (2 · π)) · 𝑋)) = ((i · (2 · π)) · (𝑏 · 𝑋)))
2827fveq2d 6233 . . . . . . 7 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → (exp‘(𝑏 · ((i · (2 · π)) · 𝑋))) = (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑏 · 𝑋))))
2911ad2antrr 762 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → ((i · (2 · π)) · 𝑋) ∈ ℂ)
30 efexp 14875 . . . . . . . 8 ((((i · (2 · π)) · 𝑋) ∈ ℂ ∧ 𝑏 ∈ ℤ) → (exp‘(𝑏 · ((i · (2 · π)) · 𝑋))) = ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑏))
3129, 23, 30syl2anc 694 . . . . . . 7 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → (exp‘(𝑏 · ((i · (2 · π)) · 𝑋))) = ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑏))
3228, 31eqtr3d 2687 . . . . . 6 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑏 · 𝑋))) = ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑏))
3332oveq2d 6706 . . . . 5 (((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) ∧ 𝑏 ∈ (1...𝑁)) → (((𝐿𝑎)‘𝑏) · (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑏 · 𝑋)))) = (((𝐿𝑎)‘𝑏) · ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑏)))
3433sumeq2dv 14477 . . . 4 ((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) → Σ𝑏 ∈ (1...𝑁)(((𝐿𝑎)‘𝑏) · (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑏 · 𝑋)))) = Σ𝑏 ∈ (1...𝑁)(((𝐿𝑎)‘𝑏) · ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑏)))
3520, 34eqtrd 2685 . . 3 ((𝜑𝑎 ∈ (0..^𝑆)) → (((𝐿𝑎)vts𝑁)‘𝑋) = Σ𝑏 ∈ (1...𝑁)(((𝐿𝑎)‘𝑏) · ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑏)))
3635prodeq2dv 14697 . 2 (𝜑 → ∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)(((𝐿𝑎)vts𝑁)‘𝑋) = ∏𝑎 ∈ (0..^𝑆𝑏 ∈ (1...𝑁)(((𝐿𝑎)‘𝑏) · ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑏)))
37 fzssz 12381 . . . . . . . . . . 11 (0...(𝑆 · 𝑁)) ⊆ ℤ
38 simpr 476 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) → 𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁)))
3937, 38sseldi 3634 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) → 𝑚 ∈ ℤ)
4039adantr 480 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) ∧ 𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)) → 𝑚 ∈ ℤ)
4140zcnd 11521 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) ∧ 𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)) → 𝑚 ∈ ℂ)
429ad2antrr 762 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) ∧ 𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)) → (i · (2 · π)) ∈ ℂ)
4310ad2antrr 762 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) ∧ 𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)) → 𝑋 ∈ ℂ)
4441, 42, 43mul12d 10283 . . . . . . 7 (((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) ∧ 𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)) → (𝑚 · ((i · (2 · π)) · 𝑋)) = ((i · (2 · π)) · (𝑚 · 𝑋)))
4544fveq2d 6233 . . . . . 6 (((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) ∧ 𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)) → (exp‘(𝑚 · ((i · (2 · π)) · 𝑋))) = (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑚 · 𝑋))))
4611ad2antrr 762 . . . . . . 7 (((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) ∧ 𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)) → ((i · (2 · π)) · 𝑋) ∈ ℂ)
47 efexp 14875 . . . . . . 7 ((((i · (2 · π)) · 𝑋) ∈ ℂ ∧ 𝑚 ∈ ℤ) → (exp‘(𝑚 · ((i · (2 · π)) · 𝑋))) = ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑚))
4846, 40, 47syl2anc 694 . . . . . 6 (((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) ∧ 𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)) → (exp‘(𝑚 · ((i · (2 · π)) · 𝑋))) = ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑚))
4945, 48eqtr3d 2687 . . . . 5 (((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) ∧ 𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)) → (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑚 · 𝑋))) = ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑚))
5049oveq2d 6706 . . . 4 (((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) ∧ 𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)) → (∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)((𝐿𝑎)‘(𝑐𝑎)) · (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑚 · 𝑋)))) = (∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)((𝐿𝑎)‘(𝑐𝑎)) · ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑚)))
5150sumeq2dv 14477 . . 3 ((𝜑𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))) → Σ𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)(∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)((𝐿𝑎)‘(𝑐𝑎)) · (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑚 · 𝑋)))) = Σ𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)(∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)((𝐿𝑎)‘(𝑐𝑎)) · ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑚)))
5251sumeq2dv 14477 . 2 (𝜑 → Σ𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))Σ𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)(∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)((𝐿𝑎)‘(𝑐𝑎)) · (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑚 · 𝑋)))) = Σ𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))Σ𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)(∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)((𝐿𝑎)‘(𝑐𝑎)) · ((exp‘((i · (2 · π)) · 𝑋))↑𝑚)))
5314, 36, 523eqtr4d 2695 1 (𝜑 → ∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)(((𝐿𝑎)vts𝑁)‘𝑋) = Σ𝑚 ∈ (0...(𝑆 · 𝑁))Σ𝑐 ∈ ((1...𝑁)(repr‘𝑆)𝑚)(∏𝑎 ∈ (0..^𝑆)((𝐿𝑎)‘(𝑐𝑎)) · (exp‘((i · (2 · π)) · (𝑚 · 𝑋)))))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 383   = wceq 1523  wcel 2030  wf 5922  cfv 5926  (class class class)co 6690  𝑚 cmap 7899  cc 9972  0cc0 9974  1c1 9975  ici 9976   · cmul 9979  cn 11058  2c2 11108  0cn0 11330  cz 11415  ...cfz 12364  ..^cfzo 12504  cexp 12900  Σcsu 14460  cprod 14679  expce 14836  πcpi 14841  reprcrepr 30814  vtscvts 30841
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-inf2 8576  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052  ax-addf 10053  ax-mulf 10054
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-fal 1529  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-iin 4555  df-disj 4653  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-se 5103  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-isom 5935  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-of 6939  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-supp 7341  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-2o 7606  df-oadd 7609  df-er 7787  df-map 7901  df-pm 7902  df-ixp 7951  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-fsupp 8317  df-fi 8358  df-sup 8389  df-inf 8390  df-oi 8456  df-card 8803  df-cda 9028  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-4 11119  df-5 11120  df-6 11121  df-7 11122  df-8 11123  df-9 11124  df-n0 11331  df-z 11416  df-dec 11532  df-uz 11726  df-q 11827  df-rp 11871  df-xneg 11984  df-xadd 11985  df-xmul 11986  df-ioo 12217  df-ioc 12218  df-ico 12219  df-icc 12220  df-fz 12365  df-fzo 12505  df-fl 12633  df-seq 12842  df-exp 12901  df-fac 13101  df-bc 13130  df-hash 13158  df-shft 13851  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-limsup 14246  df-clim 14263  df-rlim 14264  df-sum 14461  df-prod 14680  df-ef 14842  df-sin 14844  df-cos 14845  df-pi 14847  df-struct 15906  df-ndx 15907  df-slot 15908  df-base 15910  df-sets 15911  df-ress 15912  df-plusg 16001  df-mulr 16002  df-starv 16003  df-sca 16004  df-vsca 16005  df-ip 16006  df-tset 16007  df-ple 16008  df-ds 16011  df-unif 16012  df-hom 16013  df-cco 16014  df-rest 16130  df-topn 16131  df-0g 16149  df-gsum 16150  df-topgen 16151  df-pt 16152  df-prds 16155  df-xrs 16209  df-qtop 16214  df-imas 16215  df-xps 16217  df-mre 16293  df-mrc 16294  df-acs 16296  df-mgm 17289  df-sgrp 17331  df-mnd 17342  df-submnd 17383  df-mulg 17588  df-cntz 17796  df-cmn 18241  df-psmet 19786  df-xmet 19787  df-met 19788  df-bl 19789  df-mopn 19790  df-fbas 19791  df-fg 19792  df-cnfld 19795  df-top 20747  df-topon 20764  df-topsp 20785  df-bases 20798  df-cld 20871  df-ntr 20872  df-cls 20873  df-nei 20950  df-lp 20988  df-perf 20989  df-cn 21079  df-cnp 21080  df-haus 21167  df-tx 21413  df-hmeo 21606  df-fil 21697  df-fm 21789  df-flim 21790  df-flf 21791  df-xms 22172  df-ms 22173  df-tms 22174  df-cncf 22728  df-limc 23675  df-dv 23676  df-repr 30815  df-vts 30842
This theorem is referenced by:  circlemeth  30846
  Copyright terms: Public domain W3C validator