Theorem gsumfzmhm 13416

Description: Apply a monoid homomorphism to a group sum. (Contributed by Mario Carneiro, 15-Dec-2014.) (Revised by AV, 6-Jun-2019.) (Revised by Jim Kingdon, 8-Sep-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
gsummhm.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
gsummhm.z	⊢ 0 = (0g‘𝐺)
gsummhm.g	⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ CMnd)
gsummhm.h	⊢ (𝜑 → 𝐻 ∈ Mnd)
gsummhm.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
gsummhm.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
gsummhm.k	⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻))
gsummhm.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:(𝑀...𝑁)⟶𝐵)

Assertion

Ref	Expression
gsumfzmhm	⊢ (𝜑 → (𝐻 Σg (𝐾 ∘ 𝐹)) = (𝐾‘(𝐺 Σg 𝐹)))

Proof of Theorem gsumfzmhm

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		gsummhm.k	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐾 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻))
2		gsummhm.z	. . . . . 6 ⊢ 0 = (0g‘𝐺)
3		eqid 2193	. . . . . 6 ⊢ (0g‘𝐻) = (0g‘𝐻)
4	2, 3	mhm0 13043	. . . . 5 ⊢ (𝐾 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) → (𝐾‘ 0 ) = (0g‘𝐻))
5	1, 4	syl 14	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐾‘ 0 ) = (0g‘𝐻))
6	5	adantr 276	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐾‘ 0 ) = (0g‘𝐻))
7		gsummhm.b	. . . . . . 7 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
8		eqid 2193	. . . . . . 7 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
9		gsummhm.g	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ CMnd)
10		gsummhm.m	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
11		gsummhm.n	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
12		gsummhm.f	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹:(𝑀...𝑁)⟶𝐵)
13	7, 2, 8, 9, 10, 11, 12	gsumfzval 12977	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐺 Σg 𝐹) = if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)))
14	13	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg 𝐹) = if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)))
15		simpr 110	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → 𝑁 < 𝑀)
16	15	iftrued 3565	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)) = 0 )
17	14, 16	eqtrd 2226	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg 𝐹) = 0 )
18	17	fveq2d 5559	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐾‘(𝐺 Σg 𝐹)) = (𝐾‘ 0 ))
19		eqid 2193	. . . . . 6 ⊢ (Base‘𝐻) = (Base‘𝐻)
20		eqid 2193	. . . . . 6 ⊢ (+g‘𝐻) = (+g‘𝐻)
21		gsummhm.h	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐻 ∈ Mnd)
22	7, 19	mhmf 13040	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐾 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) → 𝐾:𝐵⟶(Base‘𝐻))
23	1, 22	syl 14	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐾:𝐵⟶(Base‘𝐻))
24		fco 5420	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐾:𝐵⟶(Base‘𝐻) ∧ 𝐹:(𝑀...𝑁)⟶𝐵) → (𝐾 ∘ 𝐹):(𝑀...𝑁)⟶(Base‘𝐻))
25	23, 12, 24	syl2anc 411	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐾 ∘ 𝐹):(𝑀...𝑁)⟶(Base‘𝐻))
26	19, 3, 20, 21, 10, 11, 25	gsumfzval 12977	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐻 Σg (𝐾 ∘ 𝐹)) = if(𝑁 < 𝑀, (0g‘𝐻), (seq𝑀((+g‘𝐻), (𝐾 ∘ 𝐹))‘𝑁)))
27	26	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐻 Σg (𝐾 ∘ 𝐹)) = if(𝑁 < 𝑀, (0g‘𝐻), (seq𝑀((+g‘𝐻), (𝐾 ∘ 𝐹))‘𝑁)))
28	15	iftrued 3565	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → if(𝑁 < 𝑀, (0g‘𝐻), (seq𝑀((+g‘𝐻), (𝐾 ∘ 𝐹))‘𝑁)) = (0g‘𝐻))
29	27, 28	eqtrd 2226	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐻 Σg (𝐾 ∘ 𝐹)) = (0g‘𝐻))
30	6, 18, 29	3eqtr4rd 2237	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐻 Σg (𝐾 ∘ 𝐹)) = (𝐾‘(𝐺 Σg 𝐹)))
31	9	cmnmndd 13381	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ Mnd)
32	31	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → 𝐺 ∈ Mnd)
33		simprl 529	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → 𝑥 ∈ 𝐵)
34		simprr 531	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → 𝑦 ∈ 𝐵)
35	7, 8	mndcl 13007	. . . . . 6 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐵)
36	32, 33, 34, 35	syl3anc 1249	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐵)
37	36	adantlr 477	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐵)
38	12	ffvelcdmda 5694	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁)) → (𝐹‘𝑥) ∈ 𝐵)
39	38	adantlr 477	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁)) → (𝐹‘𝑥) ∈ 𝐵)
40	10	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
41	11	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑁 ∈ ℤ)
42	40	zred 9442	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑀 ∈ ℝ)
43	41	zred 9442	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑁 ∈ ℝ)
44		simpr 110	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → ¬ 𝑁 < 𝑀)
45	42, 43, 44	nltled 8142	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑀 ≤ 𝑁)
46		eluz2 9601	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) ↔ (𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝑁))
47	40, 41, 45, 46	syl3anbrc 1183	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
48	1	ad2antrr 488	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → 𝐾 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻))
49		simprl 529	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → 𝑥 ∈ 𝐵)
50		simprr 531	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → 𝑦 ∈ 𝐵)
51	7, 8, 20	mhmlin 13042	. . . . 5 ⊢ ((𝐾 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (𝐾‘(𝑥(+g‘𝐺)𝑦)) = ((𝐾‘𝑥)(+g‘𝐻)(𝐾‘𝑦)))
52	48, 49, 50, 51	syl3anc 1249	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → (𝐾‘(𝑥(+g‘𝐺)𝑦)) = ((𝐾‘𝑥)(+g‘𝐻)(𝐾‘𝑦)))
53	12	ad2antrr 488	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁)) → 𝐹:(𝑀...𝑁)⟶𝐵)
54		simpr 110	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁)) → 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁))
55		fvco3 5629	. . . . . 6 ⊢ ((𝐹:(𝑀...𝑁)⟶𝐵 ∧ 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁)) → ((𝐾 ∘ 𝐹)‘𝑥) = (𝐾‘(𝐹‘𝑥)))
56	53, 54, 55	syl2anc 411	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁)) → ((𝐾 ∘ 𝐹)‘𝑥) = (𝐾‘(𝐹‘𝑥)))
57	56	eqcomd 2199	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁)) → (𝐾‘(𝐹‘𝑥)) = ((𝐾 ∘ 𝐹)‘𝑥))
58	10, 11	fzfigd 10505	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑀...𝑁) ∈ Fin)
59	12, 58	fexd 5789	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ V)
60	59	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝐹 ∈ V)
61		coexg 5211	. . . . . 6 ⊢ ((𝐾 ∈ (𝐺 MndHom 𝐻) ∧ 𝐹 ∈ V) → (𝐾 ∘ 𝐹) ∈ V)
62	1, 59, 61	syl2anc 411	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐾 ∘ 𝐹) ∈ V)
63	62	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐾 ∘ 𝐹) ∈ V)
64		plusgslid 12733	. . . . . . 7 ⊢ (+g = Slot (+g‘ndx) ∧ (+g‘ndx) ∈ ℕ)
65	64	slotex 12648	. . . . . 6 ⊢ (𝐺 ∈ CMnd → (+g‘𝐺) ∈ V)
66	9, 65	syl 14	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (+g‘𝐺) ∈ V)
67	66	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (+g‘𝐺) ∈ V)
68	64	slotex 12648	. . . . . 6 ⊢ (𝐻 ∈ Mnd → (+g‘𝐻) ∈ V)
69	21, 68	syl 14	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (+g‘𝐻) ∈ V)
70	69	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (+g‘𝐻) ∈ V)
71	37, 39, 47, 52, 57, 60, 63, 67, 70	seqhomog 10604	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐾‘(seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)) = (seq𝑀((+g‘𝐻), (𝐾 ∘ 𝐹))‘𝑁))
72	13	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg 𝐹) = if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)))
73	44	iffalsed 3568	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)) = (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁))
74	72, 73	eqtrd 2226	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg 𝐹) = (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁))
75	74	fveq2d 5559	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐾‘(𝐺 Σg 𝐹)) = (𝐾‘(seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)))
76	26	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐻 Σg (𝐾 ∘ 𝐹)) = if(𝑁 < 𝑀, (0g‘𝐻), (seq𝑀((+g‘𝐻), (𝐾 ∘ 𝐹))‘𝑁)))
77	44	iffalsed 3568	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → if(𝑁 < 𝑀, (0g‘𝐻), (seq𝑀((+g‘𝐻), (𝐾 ∘ 𝐹))‘𝑁)) = (seq𝑀((+g‘𝐻), (𝐾 ∘ 𝐹))‘𝑁))
78	76, 77	eqtrd 2226	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐻 Σg (𝐾 ∘ 𝐹)) = (seq𝑀((+g‘𝐻), (𝐾 ∘ 𝐹))‘𝑁))
79	71, 75, 78	3eqtr4rd 2237	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐻 Σg (𝐾 ∘ 𝐹)) = (𝐾‘(𝐺 Σg 𝐹)))
80		zdclt 9397	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → DECID 𝑁 < 𝑀)
81	11, 10, 80	syl2anc 411	. . 3 ⊢ (𝜑 → DECID 𝑁 < 𝑀)
82		exmiddc 837	. . 3 ⊢ (DECID 𝑁 < 𝑀 → (𝑁 < 𝑀 ∨ ¬ 𝑁 < 𝑀))
83	81, 82	syl 14	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑁 < 𝑀 ∨ ¬ 𝑁 < 𝑀))
84	30, 79, 83	mpjaodan 799	1 ⊢ (𝜑 → (𝐻 Σg (𝐾 ∘ 𝐹)) = (𝐾‘(𝐺 Σg 𝐹)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ∨ wo 709  DECID wdc 835   = wceq 1364   ∈ wcel 2164  Vcvv 2760  ifcif 3558   class class class wbr 4030   ∘ ccom 4664  ⟶wf 5251  ‘cfv 5255  (class class class)co 5919  Fincfn 6796   < clt 8056   ≤ cle 8057  ℤcz 9320  ℤ_≥cuz 9595  ...cfz 10077  seqcseq 10521  Basecbs 12621  +_gcplusg 12698  0_gc0g 12870   Σ_g cgsu 12871  Mndcmnd 13000   MndHom cmhm 13032  CMndccmn 13357

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 710  ax-5 1458  ax-7 1459  ax-gen 1460  ax-ie1 1504  ax-ie2 1505  ax-8 1515  ax-10 1516  ax-11 1517  ax-i12 1518  ax-bndl 1520  ax-4 1521  ax-17 1537  ax-i9 1541  ax-ial 1545  ax-i5r 1546  ax-13 2166  ax-14 2167  ax-ext 2175  ax-coll 4145  ax-sep 4148  ax-nul 4156  ax-pow 4204  ax-pr 4239  ax-un 4465  ax-setind 4570  ax-iinf 4621  ax-cnex 7965  ax-resscn 7966  ax-1cn 7967  ax-1re 7968  ax-icn 7969  ax-addcl 7970  ax-addrcl 7971  ax-mulcl 7972  ax-addcom 7974  ax-addass 7976  ax-distr 7978  ax-i2m1 7979  ax-0lt1 7980  ax-0id 7982  ax-rnegex 7983  ax-cnre 7985  ax-pre-ltirr 7986  ax-pre-ltwlin 7987  ax-pre-lttrn 7988  ax-pre-apti 7989  ax-pre-ltadd 7990

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-dc 836  df-3or 981  df-3an 982  df-tru 1367  df-fal 1370  df-nf 1472  df-sb 1774  df-eu 2045  df-mo 2046  df-clab 2180  df-cleq 2186  df-clel 2189  df-nfc 2325  df-ne 2365  df-nel 2460  df-ral 2477  df-rex 2478  df-reu 2479  df-rab 2481  df-v 2762  df-sbc 2987  df-csb 3082  df-dif 3156  df-un 3158  df-in 3160  df-ss 3167  df-nul 3448  df-if 3559  df-pw 3604  df-sn 3625  df-pr 3626  df-op 3628  df-uni 3837  df-int 3872  df-iun 3915  df-br 4031  df-opab 4092  df-mpt 4093  df-tr 4129  df-id 4325  df-iord 4398  df-on 4400  df-ilim 4401  df-suc 4403  df-iom 4624  df-xp 4666  df-rel 4667  df-cnv 4668  df-co 4669  df-dm 4670  df-rn 4671  df-res 4672  df-ima 4673  df-iota 5216  df-fun 5257  df-fn 5258  df-f 5259  df-f1 5260  df-fo 5261  df-f1o 5262  df-fv 5263  df-riota 5874  df-ov 5922  df-oprab 5923  df-mpo 5924  df-1st 6195  df-2nd 6196  df-recs 6360  df-frec 6446  df-1o 6471  df-er 6589  df-map 6706  df-en 6797  df-fin 6799  df-pnf 8058  df-mnf 8059  df-xr 8060  df-ltxr 8061  df-le 8062  df-sub 8194  df-neg 8195  df-inn 8985  df-2 9043  df-n0 9244  df-z 9321  df-uz 9596  df-fz 10078  df-fzo 10212  df-seqfrec 10522  df-ndx 12624  df-slot 12625  df-base 12627  df-plusg 12711  df-0g 12872  df-igsum 12873  df-mgm 12942  df-sgrp 12988  df-mnd 13001  df-mhm 13034  df-cmn 13359

This theorem is referenced by:  gsumfzmhm2  13417