Theorem seq3caopr 10677

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
seq3caopr.1	|- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x .+ y ) e. S )
seq3caopr.2	|- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x .+ y ) = ( y .+ x ) )
seq3caopr.3	|- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S /\ z e. S ) ) -> ( ( x .+ y ) .+ z ) = ( x .+ ( y .+ z ) ) )
seq3caopr.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		seq3caopr.1	. . 3 |- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x .+ y ) e. S )
2	1	caovclg 6122	. 2 |- ( ( ph /\ ( a e. S /\ b e. S ) ) -> ( a .+ b ) e. S )
3		simpl 109	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ph )
4		simprrl 539	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> c e. S )
5		simprlr 538	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> b e. S )
6		seq3caopr.2	. . . . . . . 8 |- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S ) ) -> ( x .+ y ) = ( y .+ x ) )
7	6	caovcomg 6125	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( c e. S /\ b e. S ) ) -> ( c .+ b ) = ( b .+ c ) )
8	3, 4, 5, 7	syl12anc 1248	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( c .+ b ) = ( b .+ c ) )
9	8	oveq1d 5982	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( ( c .+ b ) .+ d ) = ( ( b .+ c ) .+ d ) )
10		simprrr 540	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> d e. S )
11		seq3caopr.3	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ ( x e. S /\ y e. S /\ z e. S ) ) -> ( ( x .+ y ) .+ z ) = ( x .+ ( y .+ z ) ) )
12	11	caovassg 6128	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( c e. S /\ b e. S /\ d e. S ) ) -> ( ( c .+ b ) .+ d ) = ( c .+ ( b .+ d ) ) )
13	3, 4, 5, 10, 12	syl13anc 1252	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( ( c .+ b ) .+ d ) = ( c .+ ( b .+ d ) ) )
14	11	caovassg 6128	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( b e. S /\ c e. S /\ d e. S ) ) -> ( ( b .+ c ) .+ d ) = ( b .+ ( c .+ d ) ) )
15	3, 5, 4, 10, 14	syl13anc 1252	. . . . 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 2248	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( c .+ ( b .+ d ) ) = ( b .+ ( c .+ d ) ) )
17	16	oveq2d 5983	. . 3 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( a .+ ( c .+ ( b .+ d ) ) ) = ( a .+ ( b .+ ( c .+ d ) ) ) )
18		simprll 537	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> a e. S )
19	1	caovclg 6122	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( b e. S /\ d e. S ) ) -> ( b .+ d ) e. S )
20	3, 5, 10, 19	syl12anc 1248	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( b .+ d ) e. S )
21	11	caovassg 6128	. . . 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 1252	. . 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 6122	. . . . 5 |- ( ( ph /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) -> ( c .+ d ) e. S )
24	23	adantrl 478	. . . 4 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( c .+ d ) e. S )
25	11	caovassg 6128	. . . 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 1252	. . 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 2250	. 2 |- ( ( ph /\ ( ( a e. S /\ b e. S ) /\ ( c e. S /\ d e. S ) ) ) -> ( ( a .+ c ) .+ ( b .+ d ) ) = ( ( a .+ b ) .+ ( c .+ d ) ) )
28		seq3caopr.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 10675	1 |- ( ph -> ( seq M ( .+ , H ) ` N ) = ( ( seq M ( .+ , F ) ` N ) .+ ( seq M ( .+ , G ) ` N ) ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   /\ w3a 981   = wceq 1373   e. wcel 2178   ` cfv 5290  (class class class)co 5967   ZZ>=cuz 9683   seqcseq 10629

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 1471  ax-7 1472  ax-gen 1473  ax-ie1 1517  ax-ie2 1518  ax-8 1528  ax-10 1529  ax-11 1530  ax-i12 1531  ax-bndl 1533  ax-4 1534  ax-17 1550  ax-i9 1554  ax-ial 1558  ax-i5r 1559  ax-13 2180  ax-14 2181  ax-ext 2189  ax-coll 4175  ax-sep 4178  ax-nul 4186  ax-pow 4234  ax-pr 4269  ax-un 4498  ax-setind 4603  ax-iinf 4654  ax-cnex 8051  ax-resscn 8052  ax-1cn 8053  ax-1re 8054  ax-icn 8055  ax-addcl 8056  ax-addrcl 8057  ax-mulcl 8058  ax-addcom 8060  ax-addass 8062  ax-distr 8064  ax-i2m1 8065  ax-0lt1 8066  ax-0id 8068  ax-rnegex 8069  ax-cnre 8071  ax-pre-ltirr 8072  ax-pre-ltwlin 8073  ax-pre-lttrn 8074  ax-pre-ltadd 8076

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2194  df-cleq 2200  df-clel 2203  df-nfc 2339  df-ne 2379  df-nel 2474  df-ral 2491  df-rex 2492  df-reu 2493  df-rab 2495  df-v 2778  df-sbc 3006  df-csb 3102  df-dif 3176  df-un 3178  df-in 3180  df-ss 3187  df-nul 3469  df-pw 3628  df-sn 3649  df-pr 3650  df-op 3652  df-uni 3865  df-int 3900  df-iun 3943  df-br 4060  df-opab 4122  df-mpt 4123  df-tr 4159  df-id 4358  df-iord 4431  df-on 4433  df-ilim 4434  df-suc 4436  df-iom 4657  df-xp 4699  df-rel 4700  df-cnv 4701  df-co 4702  df-dm 4703  df-rn 4704  df-res 4705  df-ima 4706  df-iota 5251  df-fun 5292  df-fn 5293  df-f 5294  df-f1 5295  df-fo 5296  df-f1o 5297  df-fv 5298  df-riota 5922  df-ov 5970  df-oprab 5971  df-mpo 5972  df-1st 6249  df-2nd 6250  df-recs 6414  df-frec 6500  df-pnf 8144  df-mnf 8145  df-xr 8146  df-ltxr 8147  df-le 8148  df-sub 8280  df-neg 8281  df-inn 9072  df-n0 9331  df-z 9408  df-uz 9684  df-fz 10166  df-fzo 10300  df-seqfrec 10630

This theorem is referenced by:  ser3add  10704  prod3fmul  11967