Theorem seq3caopr 10439

Description: The sum of two infinite series (generalized to an arbitrary commutative and associative operation). (Contributed by NM, 17-Mar-2005.) (Revised by Jim Kingdon, 23-Apr-2023.)

Hypotheses

Ref	Expression
seqcaopr.1	|- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x .+ y ) e. S )
seqcaopr.2	|- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x .+ y ) = ( y .+ x ) )
seqcaopr.3	|- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S /\ z e. S ) ) -> ( ( x .+ y ) .+ z ) = ( x .+ ( y .+ z ) ) )
seqcaopr.4	|- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
seq3caopr.5	|- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) e. S )
seq3caopr.6	|- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( G ` k ) e. S )
seq3caopr.7	|- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( H ` k ) = ( ( F ` k ) .+ ( G ` k ) ) )

Assertion

Ref	Expression
seq3caopr	|- ( ph -> ( seq M ( .+ , H ) ` N ) = ( ( seq M ( .+ , F ) ` N ) .+ ( seq M ( .+ , G ) ` N ) ) )

Distinct variable groups:   .+ , k, x, y, z   k, F   k, G   k, H   k, M   k, N   S, k, x, y, z   ph, k, x, y, z

Allowed substitution hints:   F( x, y, z)   G( x, y, z)   H( x, y, z)   M( x, y, z)   N( x, y, z)

Proof of Theorem seq3caopr

Dummy variables a b c d are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		seqcaopr.1	. . 3 |- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x .+ y ) e. S )
2	1	caovclg 6005	. 2 |- ( ( ph /\ ( a e. S /\ b e. S ) ) -> ( a .+ b ) e. S )
3		simpl 108	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ph )
4		simprrl 534	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> c e. S )
5		simprlr 533	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> b e. S )
6		seqcaopr.2	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x .+ y ) = ( y .+ x ) )
7	6	caovcomg 6008	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( c e. S /\ b e. S ) ) -> ( c .+ b ) = ( b .+ c ) )
8	3, 4, 5, 7	syl12anc 1231	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( c .+ b ) = ( b .+ c ) )
9	8	oveq1d 5868	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( ( c .+ b ) .+ d ) = ( ( b .+ c ) .+ d ) )
10		simprrr 535	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> d e. S )
11		seqcaopr.3	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S /\ z e. S ) ) -> ( ( x .+ y ) .+ z ) = ( x .+ ( y .+ z ) ) )
12	11	caovassg 6011	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( c e. S /\ b e. S /\ d e. S ) ) -> ( ( c .+ b ) .+ d ) = ( c .+ ( b .+ d ) ) )
13	3, 4, 5, 10, 12	syl13anc 1235	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( ( c .+ b ) .+ d ) = ( c .+ ( b .+ d ) ) )
14	11	caovassg 6011	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( b e. S /\ c e. S /\ d e. S ) ) -> ( ( b .+ c ) .+ d ) = ( b .+ ( c .+ d ) ) )
15	3, 5, 4, 10, 14	syl13anc 1235	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( ( b .+ c ) .+ d ) = ( b .+ ( c .+ d ) ) )
16	9, 13, 15	3eqtr3d 2211	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( c .+ ( b .+ d ) ) = ( b .+ ( c .+ d ) ) )
17	16	oveq2d 5869	. . 3 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( a .+ ( c .+ ( b .+ d ) ) ) = ( a .+ ( b .+ ( c .+ d ) ) ) )
18		simprll 532	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> a e. S )
19	1	caovclg 6005	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( b e. S /\ d e. S ) ) -> ( b .+ d ) e. S )
20	3, 5, 10, 19	syl12anc 1231	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( b .+ d ) e. S )
21	11	caovassg 6011	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( a e. S /\ c e. S /\ ( b .+ d ) e. S ) ) -> ( ( a .+ c ) .+ ( b .+ d ) ) = ( a .+ ( c .+ ( b .+ d ) ) ) )
22	3, 18, 4, 20, 21	syl13anc 1235	. . 3 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( ( a .+ c ) .+ ( b .+ d ) ) = ( a .+ ( c .+ ( b .+ d ) ) ) )
23	1	caovclg 6005	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) -> ( c .+ d ) e. S )
24	23	adantrl 475	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( c .+ d ) e. S )
25	11	caovassg 6011	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( a e. S /\ b e. S /\ ( c .+ d ) e. S ) ) -> ( ( a .+ b ) .+ ( c .+ d ) ) = ( a .+ ( b .+ ( c .+ d ) ) ) )
26	3, 18, 5, 24, 25	syl13anc 1235	. . 3 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( ( a .+ b ) .+ ( c .+ d ) ) = ( a .+ ( b .+ ( c .+ d ) ) ) )
27	17, 22, 26	3eqtr4d 2213	. 2 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( ( a .+ c ) .+ ( b .+ d ) ) = ( ( a .+ b ) .+ ( c .+ d ) ) )
28		seqcaopr.4	. 2 |- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
29		seq3caopr.5	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) e. S )
30		seq3caopr.6	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( G ` k ) e. S )
31		seq3caopr.7	. 2 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( H ` k ) = ( ( F ` k ) .+ ( G ` k ) ) )
32	2, 2, 27, 28, 29, 30, 31	seq3caopr2 10438	1 |- ( ph -> ( seq M ( .+ , H ) ` N ) = ( ( seq M ( .+ , F ) ` N ) .+ ( seq M ( .+ , G ) ` N ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 103   /\ w3a 973   = wceq 1348   e. wcel 2141   ` cfv 5198  (class class class)co 5853   ZZ>=cuz 9487   seqcseq 10401

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 609  ax-in2 610  ax-io 704  ax-5 1440  ax-7 1441  ax-gen 1442  ax-ie1 1486  ax-ie2 1487  ax-8 1497  ax-10 1498  ax-11 1499  ax-i12 1500  ax-bndl 1502  ax-4 1503  ax-17 1519  ax-i9 1523  ax-ial 1527  ax-i5r 1528  ax-13 2143  ax-14 2144  ax-ext 2152  ax-coll 4104  ax-sep 4107  ax-nul 4115  ax-pow 4160  ax-pr 4194  ax-un 4418  ax-setind 4521  ax-iinf 4572  ax-cnex 7865  ax-resscn 7866  ax-1cn 7867  ax-1re 7868  ax-icn 7869  ax-addcl 7870  ax-addrcl 7871  ax-mulcl 7872  ax-addcom 7874  ax-addass 7876  ax-distr 7878  ax-i2m1 7879  ax-0lt1 7880  ax-0id 7882  ax-rnegex 7883  ax-cnre 7885  ax-pre-ltirr 7886  ax-pre-ltwlin 7887  ax-pre-lttrn 7888  ax-pre-ltadd 7890

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1351  df-fal 1354  df-nf 1454  df-sb 1756  df-eu 2022  df-mo 2023  df-clab 2157  df-cleq 2163  df-clel 2166  df-nfc 2301  df-ne 2341  df-nel 2436  df-ral 2453  df-rex 2454  df-reu 2455  df-rab 2457  df-v 2732  df-sbc 2956  df-csb 3050  df-dif 3123  df-un 3125  df-in 3127  df-ss 3134  df-nul 3415  df-pw 3568  df-sn 3589  df-pr 3590  df-op 3592  df-uni 3797  df-int 3832  df-iun 3875  df-br 3990  df-opab 4051  df-mpt 4052  df-tr 4088  df-id 4278  df-iord 4351  df-on 4353  df-ilim 4354  df-suc 4356  df-iom 4575  df-xp 4617  df-rel 4618  df-cnv 4619  df-co 4620  df-dm 4621  df-rn 4622  df-res 4623  df-ima 4624  df-iota 5160  df-fun 5200  df-fn 5201  df-f 5202  df-f1 5203  df-fo 5204  df-f1o 5205  df-fv 5206  df-riota 5809  df-ov 5856  df-oprab 5857  df-mpo 5858  df-1st 6119  df-2nd 6120  df-recs 6284  df-frec 6370  df-pnf 7956  df-mnf 7957  df-xr 7958  df-ltxr 7959  df-le 7960  df-sub 8092  df-neg 8093  df-inn 8879  df-n0 9136  df-z 9213  df-uz 9488  df-fz 9966  df-fzo 10099  df-seqfrec 10402

This theorem is referenced by:  ser3add  10461  prod3fmul  11504