Theorem fprod2d 11934

Description: Write a double product as a product over a two-dimensional region. Compare fsum2d 11746. (Contributed by Scott Fenton, 30-Jan-2018.)

Hypotheses

Ref	Expression
fprod2d.1	|- ( z = <. j , k >. -> D = C )
fprod2d.2	|- ( ph -> A e. Fin )
fprod2d.3	|- ( ( ph /\ j e. A ) -> B e. Fin )
fprod2d.4	|- ( ( ph /\ ( j e. A /\ k e. B ) ) -> C e. CC )

Assertion

Ref	Expression
fprod2d	|- ( ph -> prod_ j e. A prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. A ( { j } X. B ) D )

Distinct variable groups:   A, j, k, z   B, k, z   z, C   D, j, k   ph, j, k, z

Allowed substitution hints:   B( j)   C( j, k)   D( z)

Proof of Theorem fprod2d

Dummy variables w x y are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ssid 3213	. 2 |- A C_ A
2		fprod2d.2	. . 3 |- ( ph -> A e. Fin )
3		sseq1 3216	. . . . . 6 |- ( w = (/) -> ( w C_ A <-> (/) C_ A ) )
4		prodeq1 11864	. . . . . . 7 |- ( w = (/) -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ j e. (/) prod_ k e. B C )
5		iuneq1 3940	. . . . . . . . 9 |- ( w = (/) -> U_ j e. w ( { j } X. B ) = U_ j e. (/) ( { j } X. B ) )
6		0iun 3985	. . . . . . . . 9 |- U_ j e. (/) ( { j } X. B ) = (/)
7	5, 6	eqtrdi 2254	. . . . . . . 8 |- ( w = (/) -> U_ j e. w ( { j } X. B ) = (/) )
8	7	prodeq1d 11875	. . . . . . 7 |- ( w = (/) -> prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D = prod_ z e. (/) D )
9	4, 8	eqeq12d 2220	. . . . . 6 |- ( w = (/) -> ( prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D <-> prod_ j e. (/) prod_ k e. B C = prod_ z e. (/) D ) )
10	3, 9	imbi12d 234	. . . . 5 |- ( w = (/) -> ( ( w C_ A -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D ) <-> ( (/) C_ A -> prod_ j e. (/) prod_ k e. B C = prod_ z e. (/) D ) ) )
11	10	imbi2d 230	. . . 4 |- ( w = (/) -> ( ( ph -> ( w C_ A -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D ) ) <-> ( ph -> ( (/) C_ A -> prod_ j e. (/) prod_ k e. B C = prod_ z e. (/) D ) ) ) )
12		sseq1 3216	. . . . . 6 |- ( w = x -> ( w C_ A <-> x C_ A ) )
13		prodeq1 11864	. . . . . . 7 |- ( w = x -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ j e. x prod_ k e. B C )
14		iuneq1 3940	. . . . . . . 8 |- ( w = x -> U_ j e. w ( { j } X. B ) = U_ j e. x ( { j } X. B ) )
15	14	prodeq1d 11875	. . . . . . 7 |- ( w = x -> prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D )
16	13, 15	eqeq12d 2220	. . . . . 6 |- ( w = x -> ( prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D <-> prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D ) )
17	12, 16	imbi12d 234	. . . . 5 |- ( w = x -> ( ( w C_ A -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D ) <-> ( x C_ A -> prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D ) ) )
18	17	imbi2d 230	. . . 4 |- ( w = x -> ( ( ph -> ( w C_ A -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D ) ) <-> ( ph -> ( x C_ A -> prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D ) ) ) )
19		sseq1 3216	. . . . . 6 |- ( w = ( x u. { y } ) -> ( w C_ A <-> ( x u. { y } ) C_ A ) )
20		prodeq1 11864	. . . . . . 7 |- ( w = ( x u. { y } ) -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ j e. ( x u. { y } ) prod_ k e. B C )
21		iuneq1 3940	. . . . . . . 8 |- ( w = ( x u. { y } ) -> U_ j e. w ( { j } X. B ) = U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) )
22	21	prodeq1d 11875	. . . . . . 7 |- ( w = ( x u. { y } ) -> prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D = prod_ z e. U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) D )
23	20, 22	eqeq12d 2220	. . . . . 6 |- ( w = ( x u. { y } ) -> ( prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D <-> prod_ j e. ( x u. { y } ) prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) D ) )
24	19, 23	imbi12d 234	. . . . 5 |- ( w = ( x u. { y } ) -> ( ( w C_ A -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D ) <-> ( ( x u. { y } ) C_ A -> prod_ j e. ( x u. { y } ) prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) D ) ) )
25	24	imbi2d 230	. . . 4 |- ( w = ( x u. { y } ) -> ( ( ph -> ( w C_ A -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D ) ) <-> ( ph -> ( ( x u. { y } ) C_ A -> prod_ j e. ( x u. { y } ) prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) D ) ) ) )
26		sseq1 3216	. . . . . 6 |- ( w = A -> ( w C_ A <-> A C_ A ) )
27		prodeq1 11864	. . . . . . 7 |- ( w = A -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ j e. A prod_ k e. B C )
28		iuneq1 3940	. . . . . . . 8 |- ( w = A -> U_ j e. w ( { j } X. B ) = U_ j e. A ( { j } X. B ) )
29	28	prodeq1d 11875	. . . . . . 7 |- ( w = A -> prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D = prod_ z e. U_ j e. A ( { j } X. B ) D )
30	27, 29	eqeq12d 2220	. . . . . 6 |- ( w = A -> ( prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D <-> prod_ j e. A prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. A ( { j } X. B ) D ) )
31	26, 30	imbi12d 234	. . . . 5 |- ( w = A -> ( ( w C_ A -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D ) <-> ( A C_ A -> prod_ j e. A prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. A ( { j } X. B ) D ) ) )
32	31	imbi2d 230	. . . 4 |- ( w = A -> ( ( ph -> ( w C_ A -> prod_ j e. w prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. w ( { j } X. B ) D ) ) <-> ( ph -> ( A C_ A -> prod_ j e. A prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. A ( { j } X. B ) D ) ) ) )
33		prod0 11896	. . . . . 6 |- prod_ j e. (/) prod_ k e. B C = 1
34		prod0 11896	. . . . . 6 |- prod_ z e. (/) D = 1
35	33, 34	eqtr4i 2229	. . . . 5 |- prod_ j e. (/) prod_ k e. B C = prod_ z e. (/) D
36	35	2a1i 27	. . . 4 |- ( ph -> ( (/) C_ A -> prod_ j e. (/) prod_ k e. B C = prod_ z e. (/) D ) )
37		ssun1 3336	. . . . . . . . 9 |- x C_ ( x u. { y } )
38		sstr 3201	. . . . . . . . 9 |- ( ( x C_ ( x u. { y } ) /\ ( x u. { y } ) C_ A ) -> x C_ A )
39	37, 38	mpan 424	. . . . . . . 8 |- ( ( x u. { y } ) C_ A -> x C_ A )
40	39	imim1i 60	. . . . . . 7 |- ( ( x C_ A -> prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D ) -> ( ( x u. { y } ) C_ A -> prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D ) )
41		fprod2d.1	. . . . . . . . . 10 |- ( z = <. j , k >. -> D = C )
42	2	ad2antrr 488	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ph /\ ( x e. Fin /\ -. y e. x ) ) /\ ( x u. { y } ) C_ A ) -> A e. Fin )
43		fprod2d.3	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ j e. A ) -> B e. Fin )
44	43	ad4ant14 514	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( ph /\ ( x e. Fin /\ -. y e. x ) ) /\ ( x u. { y } ) C_ A ) /\ j e. A ) -> B e. Fin )
45		fprod2d.4	. . . . . . . . . . 11 |- ( ( ph /\ ( j e. A /\ k e. B ) ) -> C e. CC )
46	45	ad4ant14 514	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ( ph /\ ( x e. Fin /\ -. y e. x ) ) /\ ( x u. { y } ) C_ A ) /\ ( j e. A /\ k e. B ) ) -> C e. CC )
47		simplrr 536	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ph /\ ( x e. Fin /\ -. y e. x ) ) /\ ( x u. { y } ) C_ A ) -> -. y e. x )
48		simpr 110	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ph /\ ( x e. Fin /\ -. y e. x ) ) /\ ( x u. { y } ) C_ A ) -> ( x u. { y } ) C_ A )
49		simplrl 535	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ( ph /\ ( x e. Fin /\ -. y e. x ) ) /\ ( x u. { y } ) C_ A ) -> x e. Fin )
50		biid 171	. . . . . . . . . 10 |- ( prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D <-> prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D )
51	41, 42, 44, 46, 47, 48, 49, 50	fprod2dlemstep 11933	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ( ph /\ ( x e. Fin /\ -. y e. x ) ) /\ ( x u. { y } ) C_ A ) /\ prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D ) -> prod_ j e. ( x u. { y } ) prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) D )
52	51	exp31 364	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ ( x e. Fin /\ -. y e. x ) ) -> ( ( x u. { y } ) C_ A -> ( prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D -> prod_ j e. ( x u. { y } ) prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) D ) ) )
53	52	a2d 26	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( x e. Fin /\ -. y e. x ) ) -> ( ( ( x u. { y } ) C_ A -> prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D ) -> ( ( x u. { y } ) C_ A -> prod_ j e. ( x u. { y } ) prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) D ) ) )
54	40, 53	syl5 32	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( x e. Fin /\ -. y e. x ) ) -> ( ( x C_ A -> prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D ) -> ( ( x u. { y } ) C_ A -> prod_ j e. ( x u. { y } ) prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) D ) ) )
55	54	expcom 116	. . . . 5 |- ( ( x e. Fin /\ -. y e. x ) -> ( ph -> ( ( x C_ A -> prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D ) -> ( ( x u. { y } ) C_ A -> prod_ j e. ( x u. { y } ) prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) D ) ) ) )
56	55	a2d 26	. . . 4 |- ( ( x e. Fin /\ -. y e. x ) -> ( ( ph -> ( x C_ A -> prod_ j e. x prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. x ( { j } X. B ) D ) ) -> ( ph -> ( ( x u. { y } ) C_ A -> prod_ j e. ( x u. { y } ) prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. ( x u. { y } ) ( { j } X. B ) D ) ) ) )
57	11, 18, 25, 32, 36, 56	findcard2s 6987	. . 3 |- ( A e. Fin -> ( ph -> ( A C_ A -> prod_ j e. A prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. A ( { j } X. B ) D ) ) )
58	2, 57	mpcom 36	. 2 |- ( ph -> ( A C_ A -> prod_ j e. A prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. A ( { j } X. B ) D ) )
59	1, 58	mpi 15	1 |- ( ph -> prod_ j e. A prod_ k e. B C = prod_ z e. U_ j e. A ( { j } X. B ) D )

Syntax hints:   -. wn 3   -> wi 4   /\ wa 104   = wceq 1373   e. wcel 2176   u. cun 3164   C_ wss 3166   (/)c0 3460   {csn 3633   <.cop 3636   U_ciun 3927   X. cxp 4673   Fincfn 6827   CCcc 7923   1c1 7926   prod_cprod 11861

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 615  ax-in2 616  ax-io 711  ax-5 1470  ax-7 1471  ax-gen 1472  ax-ie1 1516  ax-ie2 1517  ax-8 1527  ax-10 1528  ax-11 1529  ax-i12 1530  ax-bndl 1532  ax-4 1533  ax-17 1549  ax-i9 1553  ax-ial 1557  ax-i5r 1558  ax-13 2178  ax-14 2179  ax-ext 2187  ax-coll 4159  ax-sep 4162  ax-nul 4170  ax-pow 4218  ax-pr 4253  ax-un 4480  ax-setind 4585  ax-iinf 4636  ax-cnex 8016  ax-resscn 8017  ax-1cn 8018  ax-1re 8019  ax-icn 8020  ax-addcl 8021  ax-addrcl 8022  ax-mulcl 8023  ax-mulrcl 8024  ax-addcom 8025  ax-mulcom 8026  ax-addass 8027  ax-mulass 8028  ax-distr 8029  ax-i2m1 8030  ax-0lt1 8031  ax-1rid 8032  ax-0id 8033  ax-rnegex 8034  ax-precex 8035  ax-cnre 8036  ax-pre-ltirr 8037  ax-pre-ltwlin 8038  ax-pre-lttrn 8039  ax-pre-apti 8040  ax-pre-ltadd 8041  ax-pre-mulgt0 8042  ax-pre-mulext 8043  ax-arch 8044  ax-caucvg 8045

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 837  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1484  df-sb 1786  df-eu 2057  df-mo 2058  df-clab 2192  df-cleq 2198  df-clel 2201  df-nfc 2337  df-ne 2377  df-nel 2472  df-ral 2489  df-rex 2490  df-reu 2491  df-rmo 2492  df-rab 2493  df-v 2774  df-sbc 2999  df-csb 3094  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-nul 3461  df-if 3572  df-pw 3618  df-sn 3639  df-pr 3640  df-op 3642  df-uni 3851  df-int 3886  df-iun 3929  df-disj 4022  df-br 4045  df-opab 4106  df-mpt 4107  df-tr 4143  df-id 4340  df-po 4343  df-iso 4344  df-iord 4413  df-on 4415  df-ilim 4416  df-suc 4418  df-iom 4639  df-xp 4681  df-rel 4682  df-cnv 4683  df-co 4684  df-dm 4685  df-rn 4686  df-res 4687  df-ima 4688  df-iota 5232  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-isom 5280  df-riota 5899  df-ov 5947  df-oprab 5948  df-mpo 5949  df-1st 6226  df-2nd 6227  df-recs 6391  df-irdg 6456  df-frec 6477  df-1o 6502  df-oadd 6506  df-er 6620  df-en 6828  df-dom 6829  df-fin 6830  df-pnf 8109  df-mnf 8110  df-xr 8111  df-ltxr 8112  df-le 8113  df-sub 8245  df-neg 8246  df-reap 8648  df-ap 8655  df-div 8746  df-inn 9037  df-2 9095  df-3 9096  df-4 9097  df-n0 9296  df-z 9373  df-uz 9649  df-q 9741  df-rp 9776  df-fz 10131  df-fzo 10265  df-seqfrec 10593  df-exp 10684  df-ihash 10921  df-cj 11153  df-re 11154  df-im 11155  df-rsqrt 11309  df-abs 11310  df-clim 11590  df-proddc 11862

This theorem is referenced by:  fprodxp  11935  fprodcom2fi  11937