ILE Home Intuitionistic Logic Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  ILE Home  >  Th. List  >  fsum3ser GIF version

Theorem fsum3ser 11407
Description: A finite sum expressed in terms of a partial sum of an infinite series. The recursive definition follows as fsum1 11422 and fsump1 11430, which should make our notation clear and from which, along with closure fsumcl 11410, we will derive the basic properties of finite sums. (Contributed by NM, 11-Dec-2005.) (Revised by Jim Kingdon, 1-Oct-2022.)
Hypotheses
Ref Expression
fsum3ser.1 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → (𝐹𝑘) = 𝐴)
fsum3ser.2 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ𝑀))
fsum3ser.3 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝐴 ∈ ℂ)
Assertion
Ref Expression
fsum3ser (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)𝐴 = (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑁))
Distinct variable groups:   𝑘,𝐹   𝑘,𝑀   𝑘,𝑁   𝜑,𝑘
Allowed substitution hint:   𝐴(𝑘)

Proof of Theorem fsum3ser
Dummy variables 𝑚 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 eqid 2177 . . . . 5 (𝑚 ∈ (ℤ𝑀) ↦ if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0)) = (𝑚 ∈ (ℤ𝑀) ↦ if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0))
2 eleq1w 2238 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑘 → (𝑚 ∈ (𝑀...𝑁) ↔ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)))
3 fveq2 5517 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑘 → (𝐹𝑚) = (𝐹𝑘))
42, 3ifbieq1d 3558 . . . . 5 (𝑚 = 𝑘 → if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0) = if(𝑘 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑘), 0))
5 simpr 110 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑀))
6 fsum3ser.1 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → (𝐹𝑘) = 𝐴)
7 fsum3ser.3 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝐴 ∈ ℂ)
86, 7eqeltrd 2254 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
98adantr 276 . . . . . 6 (((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → (𝐹𝑘) ∈ ℂ)
10 0cnd 7952 . . . . . 6 (((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) ∧ ¬ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → 0 ∈ ℂ)
11 eluzelz 9539 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑘 ∈ ℤ)
12 eluzel2 9535 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
13 fsum3ser.2 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑁 ∈ (ℤ𝑀))
14 eluzelz 9539 . . . . . . . . 9 (𝑁 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑁 ∈ ℤ)
1513, 14syl 14 . . . . . . . 8 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
1615adantr 276 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝑁 ∈ ℤ)
17 fzdcel 10042 . . . . . . 7 ((𝑘 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → DECID 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁))
1811, 12, 16, 17syl2an23an 1299 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → DECID 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁))
199, 10, 18ifcldadc 3565 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → if(𝑘 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑘), 0) ∈ ℂ)
201, 4, 5, 19fvmptd3 5611 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → ((𝑚 ∈ (ℤ𝑀) ↦ if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0))‘𝑘) = if(𝑘 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑘), 0))
216ifeq1d 3553 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → if(𝑘 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑘), 0) = if(𝑘 ∈ (𝑀...𝑁), 𝐴, 0))
2220, 21eqtrd 2210 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ (ℤ𝑀)) → ((𝑚 ∈ (ℤ𝑀) ↦ if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0))‘𝑘) = if(𝑘 ∈ (𝑀...𝑁), 𝐴, 0))
23 elfzuz 10023 . . . 4 (𝑘 ∈ (𝑀...𝑁) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑀))
2423, 7sylan2 286 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → 𝐴 ∈ ℂ)
25 ssidd 3178 . . 3 (𝜑 → (𝑀...𝑁) ⊆ (𝑀...𝑁))
2622, 13, 24, 18, 25fsumsersdc 11405 . 2 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)𝐴 = (seq𝑀( + , (𝑚 ∈ (ℤ𝑀) ↦ if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0)))‘𝑁))
2723, 20sylan2 286 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → ((𝑚 ∈ (ℤ𝑀) ↦ if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0))‘𝑘) = if(𝑘 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑘), 0))
28 iftrue 3541 . . . . 5 (𝑘 ∈ (𝑀...𝑁) → if(𝑘 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑘), 0) = (𝐹𝑘))
2928adantl 277 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → if(𝑘 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑘), 0) = (𝐹𝑘))
3027, 29eqtrd 2210 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → ((𝑚 ∈ (ℤ𝑀) ↦ if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0))‘𝑘) = (𝐹𝑘))
31 eleq1w 2238 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑥 → (𝑚 ∈ (𝑀...𝑁) ↔ 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁)))
32 fveq2 5517 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑥 → (𝐹𝑚) = (𝐹𝑥))
3331, 32ifbieq1d 3558 . . . . 5 (𝑚 = 𝑥 → if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0) = if(𝑥 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑥), 0))
34 simpr 110 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝑥 ∈ (ℤ𝑀))
35 fveq2 5517 . . . . . . . 8 (𝑘 = 𝑥 → (𝐹𝑘) = (𝐹𝑥))
3635eleq1d 2246 . . . . . . 7 (𝑘 = 𝑥 → ((𝐹𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹𝑥) ∈ ℂ))
378ralrimiva 2550 . . . . . . . 8 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑀)(𝐹𝑘) ∈ ℂ)
3837adantr 276 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ (ℤ𝑀)) → ∀𝑘 ∈ (ℤ𝑀)(𝐹𝑘) ∈ ℂ)
3936, 38, 34rspcdva 2848 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (ℤ𝑀)) → (𝐹𝑥) ∈ ℂ)
40 0cnd 7952 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (ℤ𝑀)) → 0 ∈ ℂ)
41 eluzelz 9539 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑥 ∈ ℤ)
42 eluzel2 9535 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ (ℤ𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
4315adantr 276 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ (ℤ𝑀)) → 𝑁 ∈ ℤ)
44 fzdcel 10042 . . . . . . 7 ((𝑥 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → DECID 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁))
4541, 42, 43, 44syl2an23an 1299 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (ℤ𝑀)) → DECID 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁))
4639, 40, 45ifcldcd 3572 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (ℤ𝑀)) → if(𝑥 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑥), 0) ∈ ℂ)
471, 33, 34, 46fvmptd3 5611 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (ℤ𝑀)) → ((𝑚 ∈ (ℤ𝑀) ↦ if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0))‘𝑥) = if(𝑥 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑥), 0))
4847, 46eqeltrd 2254 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (ℤ𝑀)) → ((𝑚 ∈ (ℤ𝑀) ↦ if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0))‘𝑥) ∈ ℂ)
4936cbvralv 2705 . . . . 5 (∀𝑘 ∈ (ℤ𝑀)(𝐹𝑘) ∈ ℂ ↔ ∀𝑥 ∈ (ℤ𝑀)(𝐹𝑥) ∈ ℂ)
5037, 49sylib 122 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ (ℤ𝑀)(𝐹𝑥) ∈ ℂ)
5150r19.21bi 2565 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (ℤ𝑀)) → (𝐹𝑥) ∈ ℂ)
52 addcl 7938 . . . 4 ((𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℂ) → (𝑥 + 𝑦) ∈ ℂ)
5352adantl 277 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℂ ∧ 𝑦 ∈ ℂ)) → (𝑥 + 𝑦) ∈ ℂ)
5413, 30, 48, 51, 53seq3fveq 10473 . 2 (𝜑 → (seq𝑀( + , (𝑚 ∈ (ℤ𝑀) ↦ if(𝑚 ∈ (𝑀...𝑁), (𝐹𝑚), 0)))‘𝑁) = (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑁))
5526, 54eqtrd 2210 1 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)𝐴 = (seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑁))
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:  ¬ wn 3  wi 4  wa 104  DECID wdc 834   = wceq 1353  wcel 2148  wral 2455  ifcif 3536  cmpt 4066  cfv 5218  (class class class)co 5877  cc 7811  0cc0 7813   + caddc 7816  cz 9255  cuz 9530  ...cfz 10010  seqcseq 10447  Σcsu 11363
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 614  ax-in2 615  ax-io 709  ax-5 1447  ax-7 1448  ax-gen 1449  ax-ie1 1493  ax-ie2 1494  ax-8 1504  ax-10 1505  ax-11 1506  ax-i12 1507  ax-bndl 1509  ax-4 1510  ax-17 1526  ax-i9 1530  ax-ial 1534  ax-i5r 1535  ax-13 2150  ax-14 2151  ax-ext 2159  ax-coll 4120  ax-sep 4123  ax-nul 4131  ax-pow 4176  ax-pr 4211  ax-un 4435  ax-setind 4538  ax-iinf 4589  ax-cnex 7904  ax-resscn 7905  ax-1cn 7906  ax-1re 7907  ax-icn 7908  ax-addcl 7909  ax-addrcl 7910  ax-mulcl 7911  ax-mulrcl 7912  ax-addcom 7913  ax-mulcom 7914  ax-addass 7915  ax-mulass 7916  ax-distr 7917  ax-i2m1 7918  ax-0lt1 7919  ax-1rid 7920  ax-0id 7921  ax-rnegex 7922  ax-precex 7923  ax-cnre 7924  ax-pre-ltirr 7925  ax-pre-ltwlin 7926  ax-pre-lttrn 7927  ax-pre-apti 7928  ax-pre-ltadd 7929  ax-pre-mulgt0 7930  ax-pre-mulext 7931  ax-arch 7932  ax-caucvg 7933
This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 835  df-3or 979  df-3an 980  df-tru 1356  df-fal 1359  df-nf 1461  df-sb 1763  df-eu 2029  df-mo 2030  df-clab 2164  df-cleq 2170  df-clel 2173  df-nfc 2308  df-ne 2348  df-nel 2443  df-ral 2460  df-rex 2461  df-reu 2462  df-rmo 2463  df-rab 2464  df-v 2741  df-sbc 2965  df-csb 3060  df-dif 3133  df-un 3135  df-in 3137  df-ss 3144  df-nul 3425  df-if 3537  df-pw 3579  df-sn 3600  df-pr 3601  df-op 3603  df-uni 3812  df-int 3847  df-iun 3890  df-br 4006  df-opab 4067  df-mpt 4068  df-tr 4104  df-id 4295  df-po 4298  df-iso 4299  df-iord 4368  df-on 4370  df-ilim 4371  df-suc 4373  df-iom 4592  df-xp 4634  df-rel 4635  df-cnv 4636  df-co 4637  df-dm 4638  df-rn 4639  df-res 4640  df-ima 4641  df-iota 5180  df-fun 5220  df-fn 5221  df-f 5222  df-f1 5223  df-fo 5224  df-f1o 5225  df-fv 5226  df-isom 5227  df-riota 5833  df-ov 5880  df-oprab 5881  df-mpo 5882  df-1st 6143  df-2nd 6144  df-recs 6308  df-irdg 6373  df-frec 6394  df-1o 6419  df-oadd 6423  df-er 6537  df-en 6743  df-dom 6744  df-fin 6745  df-pnf 7996  df-mnf 7997  df-xr 7998  df-ltxr 7999  df-le 8000  df-sub 8132  df-neg 8133  df-reap 8534  df-ap 8541  df-div 8632  df-inn 8922  df-2 8980  df-3 8981  df-4 8982  df-n0 9179  df-z 9256  df-uz 9531  df-q 9622  df-rp 9656  df-fz 10011  df-fzo 10145  df-seqfrec 10448  df-exp 10522  df-ihash 10758  df-cj 10853  df-re 10854  df-im 10855  df-rsqrt 11009  df-abs 11010  df-clim 11289  df-sumdc 11364
This theorem is referenced by:  isumclim3  11433  iserabs  11485  isumsplit  11501  trireciplem  11510  geolim  11521  geo2lim  11526  cvgratnnlemseq  11536  mertenslem2  11546  mertensabs  11547  efcvgfsum  11677  effsumlt  11702  cvgcmp2nlemabs  14865
  Copyright terms: Public domain W3C validator