Theorem gsumfzreidx 13407

Description: Re-index a finite group sum using a bijection. Corresponds to the first equation in [Lang] p. 5 with 𝑀 = 1. (Contributed by AV, 26-Dec-2023.)

Hypotheses

Ref	Expression
gsumreidx.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
gsumreidx.z	⊢ 0 = (0g‘𝐺)
gsumreidx.g	⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ CMnd)
gsumfzreidx.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
gsumfzreidx.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
gsumreidx.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:(𝑀...𝑁)⟶𝐵)
gsumreidx.h	⊢ (𝜑 → 𝐻:(𝑀...𝑁)–1-1-onto→(𝑀...𝑁))

Assertion

Ref	Expression
gsumfzreidx	⊢ (𝜑 → (𝐺 Σg 𝐹) = (𝐺 Σg (𝐹 ∘ 𝐻)))

Proof of Theorem gsumfzreidx

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpr 110	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → 𝑁 < 𝑀)
2	1	iftrued 3564	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)) = 0 )
3		gsumreidx.b	. . . . 5 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
4		gsumreidx.z	. . . . 5 ⊢ 0 = (0g‘𝐺)
5		eqid 2193	. . . . 5 ⊢ (+g‘𝐺) = (+g‘𝐺)
6		gsumreidx.g	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ CMnd)
7		gsumfzreidx.m	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
8		gsumfzreidx.n	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
9		gsumreidx.f	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹:(𝑀...𝑁)⟶𝐵)
10	3, 4, 5, 6, 7, 8, 9	gsumfzval 12974	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐺 Σg 𝐹) = if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)))
11	10	adantr 276	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg 𝐹) = if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)))
12		gsumreidx.h	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐻:(𝑀...𝑁)–1-1-onto→(𝑀...𝑁))
13		f1of 5500	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐻:(𝑀...𝑁)–1-1-onto→(𝑀...𝑁) → 𝐻:(𝑀...𝑁)⟶(𝑀...𝑁))
14	12, 13	syl 14	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐻:(𝑀...𝑁)⟶(𝑀...𝑁))
15		fco 5419	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐹:(𝑀...𝑁)⟶𝐵 ∧ 𝐻:(𝑀...𝑁)⟶(𝑀...𝑁)) → (𝐹 ∘ 𝐻):(𝑀...𝑁)⟶𝐵)
16	9, 14, 15	syl2anc 411	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∘ 𝐻):(𝑀...𝑁)⟶𝐵)
17	3, 4, 5, 6, 7, 8, 16	gsumfzval 12974	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐺 Σg (𝐹 ∘ 𝐻)) = if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), (𝐹 ∘ 𝐻))‘𝑁)))
18	17	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg (𝐹 ∘ 𝐻)) = if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), (𝐹 ∘ 𝐻))‘𝑁)))
19	1	iftrued 3564	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), (𝐹 ∘ 𝐻))‘𝑁)) = 0 )
20	18, 19	eqtrd 2226	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg (𝐹 ∘ 𝐻)) = 0 )
21	2, 11, 20	3eqtr4d 2236	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg 𝐹) = (𝐺 Σg (𝐹 ∘ 𝐻)))
22	6	cmnmndd 13378	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ Mnd)
23	22	ad2antrr 488	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → 𝐺 ∈ Mnd)
24		simprl 529	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → 𝑥 ∈ 𝐵)
25		simprr 531	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → 𝑦 ∈ 𝐵)
26	3, 5	mndcl 13004	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐵)
27	23, 24, 25, 26	syl3anc 1249	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) ∈ 𝐵)
28	6	ad2antrr 488	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → 𝐺 ∈ CMnd)
29	3, 5	cmncom 13372	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ CMnd ∧ 𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥))
30	28, 24, 25, 29	syl3anc 1249	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵)) → (𝑥(+g‘𝐺)𝑦) = (𝑦(+g‘𝐺)𝑥))
31	22	ad2antrr 488	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵)) → 𝐺 ∈ Mnd)
32	3, 5	mndass 13005	. . . . 5 ⊢ ((𝐺 ∈ Mnd ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵)) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦)(+g‘𝐺)𝑧) = (𝑥(+g‘𝐺)(𝑦(+g‘𝐺)𝑧)))
33	31, 32	sylancom 420	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ (𝑥 ∈ 𝐵 ∧ 𝑦 ∈ 𝐵 ∧ 𝑧 ∈ 𝐵)) → ((𝑥(+g‘𝐺)𝑦)(+g‘𝐺)𝑧) = (𝑥(+g‘𝐺)(𝑦(+g‘𝐺)𝑧)))
34	7	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
35	8	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑁 ∈ ℤ)
36	34	zred 9439	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑀 ∈ ℝ)
37	35	zred 9439	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑁 ∈ ℝ)
38		simpr 110	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → ¬ 𝑁 < 𝑀)
39	36, 37, 38	nltled 8140	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑀 ≤ 𝑁)
40		eluz2 9598	. . . . 5 ⊢ (𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀) ↔ (𝑀 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ≤ 𝑁))
41	34, 35, 39, 40	syl3anbrc 1183	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
42		ssidd 3200	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝐵 ⊆ 𝐵)
43		plusgslid 12730	. . . . . . 7 ⊢ (+g = Slot (+g‘ndx) ∧ (+g‘ndx) ∈ ℕ)
44	43	slotex 12645	. . . . . 6 ⊢ (𝐺 ∈ CMnd → (+g‘𝐺) ∈ V)
45	6, 44	syl 14	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (+g‘𝐺) ∈ V)
46	45	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (+g‘𝐺) ∈ V)
47	12	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝐻:(𝑀...𝑁)–1-1-onto→(𝑀...𝑁))
48		f1ocnv 5513	. . . . 5 ⊢ (𝐻:(𝑀...𝑁)–1-1-onto→(𝑀...𝑁) → ◡𝐻:(𝑀...𝑁)–1-1-onto→(𝑀...𝑁))
49	47, 48	syl 14	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → ◡𝐻:(𝑀...𝑁)–1-1-onto→(𝑀...𝑁))
50	16	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐹 ∘ 𝐻):(𝑀...𝑁)⟶𝐵)
51	50	ffvelcdmda 5693	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑥 ∈ (𝑀...𝑁)) → ((𝐹 ∘ 𝐻)‘𝑥) ∈ 𝐵)
52	14	ad2antrr 488	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → 𝐻:(𝑀...𝑁)⟶(𝑀...𝑁))
53	12, 48	syl 14	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ◡𝐻:(𝑀...𝑁)–1-1-onto→(𝑀...𝑁))
54		f1of 5500	. . . . . . . . 9 ⊢ (◡𝐻:(𝑀...𝑁)–1-1-onto→(𝑀...𝑁) → ◡𝐻:(𝑀...𝑁)⟶(𝑀...𝑁))
55	53, 54	syl 14	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ◡𝐻:(𝑀...𝑁)⟶(𝑀...𝑁))
56	55	adantr 276	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → ◡𝐻:(𝑀...𝑁)⟶(𝑀...𝑁))
57	56	ffvelcdmda 5693	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → (◡𝐻‘𝑘) ∈ (𝑀...𝑁))
58		fvco3 5628	. . . . . 6 ⊢ ((𝐻:(𝑀...𝑁)⟶(𝑀...𝑁) ∧ (◡𝐻‘𝑘) ∈ (𝑀...𝑁)) → ((𝐹 ∘ 𝐻)‘(◡𝐻‘𝑘)) = (𝐹‘(𝐻‘(◡𝐻‘𝑘))))
59	52, 57, 58	syl2anc 411	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → ((𝐹 ∘ 𝐻)‘(◡𝐻‘𝑘)) = (𝐹‘(𝐻‘(◡𝐻‘𝑘))))
60		f1ocnvfv2 5821	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐻:(𝑀...𝑁)–1-1-onto→(𝑀...𝑁) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → (𝐻‘(◡𝐻‘𝑘)) = 𝑘)
61	47, 60	sylan 283	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → (𝐻‘(◡𝐻‘𝑘)) = 𝑘)
62	61	fveq2d 5558	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → (𝐹‘(𝐻‘(◡𝐻‘𝑘))) = (𝐹‘𝑘))
63	59, 62	eqtr2d 2227	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑁)) → (𝐹‘𝑘) = ((𝐹 ∘ 𝐻)‘(◡𝐻‘𝑘)))
64	7, 8	fzfigd 10502	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (𝑀...𝑁) ∈ Fin)
65	9, 64	fexd 5788	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ V)
66	14, 64	fexd 5788	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐻 ∈ V)
67		coexg 5210	. . . . . 6 ⊢ ((𝐹 ∈ V ∧ 𝐻 ∈ V) → (𝐹 ∘ 𝐻) ∈ V)
68	65, 66, 67	syl2anc 411	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∘ 𝐻) ∈ V)
69	68	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐹 ∘ 𝐻) ∈ V)
70	9	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝐹:(𝑀...𝑁)⟶𝐵)
71	64	adantr 276	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝑀...𝑁) ∈ Fin)
72	70, 71	fexd 5788	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → 𝐹 ∈ V)
73	27, 30, 33, 41, 42, 46, 49, 51, 63, 69, 72	seqf1og 10592	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁) = (seq𝑀((+g‘𝐺), (𝐹 ∘ 𝐻))‘𝑁))
74	10	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg 𝐹) = if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)))
75	38	iffalsed 3567	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁)) = (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁))
76	74, 75	eqtrd 2226	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg 𝐹) = (seq𝑀((+g‘𝐺), 𝐹)‘𝑁))
77	17	adantr 276	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg (𝐹 ∘ 𝐻)) = if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), (𝐹 ∘ 𝐻))‘𝑁)))
78	38	iffalsed 3567	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → if(𝑁 < 𝑀, 0 , (seq𝑀((+g‘𝐺), (𝐹 ∘ 𝐻))‘𝑁)) = (seq𝑀((+g‘𝐺), (𝐹 ∘ 𝐻))‘𝑁))
79	77, 78	eqtrd 2226	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg (𝐹 ∘ 𝐻)) = (seq𝑀((+g‘𝐺), (𝐹 ∘ 𝐻))‘𝑁))
80	73, 76, 79	3eqtr4d 2236	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ ¬ 𝑁 < 𝑀) → (𝐺 Σg 𝐹) = (𝐺 Σg (𝐹 ∘ 𝐻)))
81		zdclt 9394	. . . 4 ⊢ ((𝑁 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → DECID 𝑁 < 𝑀)
82	8, 7, 81	syl2anc 411	. . 3 ⊢ (𝜑 → DECID 𝑁 < 𝑀)
83		exmiddc 837	. . 3 ⊢ (DECID 𝑁 < 𝑀 → (𝑁 < 𝑀 ∨ ¬ 𝑁 < 𝑀))
84	82, 83	syl 14	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑁 < 𝑀 ∨ ¬ 𝑁 < 𝑀))
85	21, 80, 84	mpjaodan 799	1 ⊢ (𝜑 → (𝐺 Σg 𝐹) = (𝐺 Σg (𝐹 ∘ 𝐻)))

Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 104   ∨ wo 709  DECID wdc 835   ∧ w3a 980   = wceq 1364   ∈ wcel 2164  Vcvv 2760  ifcif 3557   class class class wbr 4029  ^◡ccnv 4658   ∘ ccom 4663  ⟶wf 5250  –1-1-onto→wf1o 5253  ‘cfv 5254  (class class class)co 5918  Fincfn 6794   < clt 8054   ≤ cle 8055  ℤcz 9317  ℤ_≥cuz 9592  ...cfz 10074  seqcseq 10518  Basecbs 12618  +_gcplusg 12695  0_gc0g 12867   Σ_g cgsu 12868  Mndcmnd 12997  CMndccmn 13354

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 4144  ax-sep 4147  ax-nul 4155  ax-pow 4203  ax-pr 4238  ax-un 4464  ax-setind 4569  ax-iinf 4620  ax-cnex 7963  ax-resscn 7964  ax-1cn 7965  ax-1re 7966  ax-icn 7967  ax-addcl 7968  ax-addrcl 7969  ax-mulcl 7970  ax-mulrcl 7971  ax-addcom 7972  ax-mulcom 7973  ax-addass 7974  ax-mulass 7975  ax-distr 7976  ax-i2m1 7977  ax-0lt1 7978  ax-1rid 7979  ax-0id 7980  ax-rnegex 7981  ax-precex 7982  ax-cnre 7983  ax-pre-ltirr 7984  ax-pre-ltwlin 7985  ax-pre-lttrn 7986  ax-pre-apti 7987  ax-pre-ltadd 7988  ax-pre-mulgt0 7989

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 832  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 2986  df-csb 3081  df-dif 3155  df-un 3157  df-in 3159  df-ss 3166  df-nul 3447  df-if 3558  df-pw 3603  df-sn 3624  df-pr 3625  df-op 3627  df-uni 3836  df-int 3871  df-iun 3914  df-br 4030  df-opab 4091  df-mpt 4092  df-tr 4128  df-id 4324  df-iord 4397  df-on 4399  df-ilim 4400  df-suc 4402  df-iom 4623  df-xp 4665  df-rel 4666  df-cnv 4667  df-co 4668  df-dm 4669  df-rn 4670  df-res 4671  df-ima 4672  df-iota 5215  df-fun 5256  df-fn 5257  df-f 5258  df-f1 5259  df-fo 5260  df-f1o 5261  df-fv 5262  df-riota 5873  df-ov 5921  df-oprab 5922  df-mpo 5923  df-1st 6193  df-2nd 6194  df-recs 6358  df-frec 6444  df-1o 6469  df-er 6587  df-en 6795  df-fin 6797  df-pnf 8056  df-mnf 8057  df-xr 8058  df-ltxr 8059  df-le 8060  df-sub 8192  df-neg 8193  df-reap 8594  df-ap 8601  df-inn 8983  df-2 9041  df-n0 9241  df-z 9318  df-uz 9593  df-fz 10075  df-fzo 10209  df-seqfrec 10519  df-ndx 12621  df-slot 12622  df-base 12624  df-plusg 12708  df-0g 12869  df-igsum 12870  df-mgm 12939  df-sgrp 12985  df-mnd 12998  df-cmn 13356

This theorem is referenced by:  lgseisenlem3  15188