Theorem isummulc2 10820

Description: An infinite sum multiplied by a constant. (Contributed by NM, 12-Nov-2005.) (Revised by Mario Carneiro, 23-Apr-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
isumcl.1	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
isumcl.2	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
isumcl.3	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑘) = 𝐴)
isumcl.4	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
isumcl.5	⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
summulc.6	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)

Assertion

Ref	Expression
isummulc2	⊢ (𝜑 → (𝐵 · Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴) = Σ𝑘 ∈ 𝑍 (𝐵 · 𝐴))

Distinct variable groups:   𝐵,𝑘   𝑘,𝐹   𝜑,𝑘   𝑘,𝑍   𝑘,𝑀

Allowed substitution hint:   𝐴(𝑘)

Proof of Theorem isummulc2

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		isumcl.1	. . 3 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
2		isumcl.2	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
3		eqidd 2089	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚) = ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚))
4		summulc.6	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℂ)
5	4	adantr 270	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐵 ∈ ℂ)
6		isumcl.4	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
7	5, 6	mulcld 7508	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐵 · 𝐴) ∈ ℂ)
8	7	fmpttd 5453	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴)):𝑍⟶ℂ)
9	8	ffvelrnda 5434	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚) ∈ ℂ)
10	1	eleq2i 2154	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ 𝑍 ↔ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
11	10	biimpri 131	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀) → 𝑥 ∈ 𝑍)
12	11	adantl 271	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → 𝑥 ∈ 𝑍)
13	4	adantr 270	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → 𝐵 ∈ ℂ)
14	6	ralrimiva 2446	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ 𝑍 𝐴 ∈ ℂ)
15	14	adantr 270	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → ∀𝑘 ∈ 𝑍 𝐴 ∈ ℂ)
16		nfcsb1v 2963	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑘⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴
17	16	nfel1 2239	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑘⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ
18		csbeq1a 2941	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑥 → 𝐴 = ⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴)
19	18	eleq1d 2156	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑥 → (𝐴 ∈ ℂ ↔ ⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ))
20	17, 19	rspc 2716	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ 𝑍 → (∀𝑘 ∈ 𝑍 𝐴 ∈ ℂ → ⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ))
21	12, 15, 20	sylc 61	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → ⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)
22	13, 21	mulcld 7508	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝐵 · ⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴) ∈ ℂ)
23		nfcv 2228	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘𝑥
24		nfcv 2228	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑘𝐵
25		nfcv 2228	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑘 ·
26	24, 25, 16	nfov 5679	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘(𝐵 · ⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴)
27	18	oveq2d 5668	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑥 → (𝐵 · 𝐴) = (𝐵 · ⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴))
28		eqid 2088	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴)) = (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))
29	23, 26, 27, 28	fvmptf 5395	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝑍 ∧ (𝐵 · ⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴) ∈ ℂ) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑥) = (𝐵 · ⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴))
30	12, 22, 29	syl2anc 403	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑥) = (𝐵 · ⦋𝑥 / 𝑘⦌𝐴))
31	30, 22	eqeltrd 2164	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑥) ∈ ℂ)
32	2, 31	iseqseq3 9902	. . . 4 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴)), ℂ) = seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))))
33		fveq2 5305	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑥 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑥))
34	33	eleq1d 2156	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑥 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑥) ∈ ℂ))
35		isumcl.3	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑘) = 𝐴)
36	35, 6	eqeltrd 2164	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
37	36	ralrimiva 2446	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ 𝑍 (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
38	37	adantr 270	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → ∀𝑘 ∈ 𝑍 (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
39	34, 38, 12	rspcdva 2727	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝐹‘𝑥) ∈ ℂ)
40	2, 39	iseqseq3 9902	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹, ℂ) = seq𝑀( + , 𝐹))
41		isumcl.5	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
42	1, 2, 35, 6, 41	isumclim2 10816	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹) ⇝ Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴)
43	40, 42	eqbrtrd 3865	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹, ℂ) ⇝ Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴)
44		fveq2 5305	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑚))
45	44	eleq1d 2156	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → ((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ↔ (𝐹‘𝑚) ∈ ℂ))
46	37	adantr 270	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → ∀𝑘 ∈ 𝑍 (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
47		simpr 108	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ 𝑍)
48	45, 46, 47	rspcdva 2727	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑚) ∈ ℂ)
49		simpr 108	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝑘 ∈ 𝑍)
50	28	fvmpt2 5386	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑘 ∈ 𝑍 ∧ (𝐵 · 𝐴) ∈ ℂ) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑘) = (𝐵 · 𝐴))
51	49, 7, 50	syl2anc 403	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑘) = (𝐵 · 𝐴))
52	35	oveq2d 5668	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → (𝐵 · (𝐹‘𝑘)) = (𝐵 · 𝐴))
53	51, 52	eqtr4d 2123	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑘) = (𝐵 · (𝐹‘𝑘)))
54	53	ralrimiva 2446	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ 𝑍 ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑘) = (𝐵 · (𝐹‘𝑘)))
55		nffvmpt1 5316	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚)
56	55	nfeq1 2238	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑘((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚) = (𝐵 · (𝐹‘𝑚))
57		fveq2 5305	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑘) = ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚))
58	44	oveq2d 5668	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝐵 · (𝐹‘𝑘)) = (𝐵 · (𝐹‘𝑚)))
59	57, 58	eqeq12d 2102	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑘) = (𝐵 · (𝐹‘𝑘)) ↔ ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚) = (𝐵 · (𝐹‘𝑚))))
60	56, 59	rspc 2716	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 → (∀𝑘 ∈ 𝑍 ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑘) = (𝐵 · (𝐹‘𝑘)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚) = (𝐵 · (𝐹‘𝑚))))
61	54, 60	mpan9 275	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚) = (𝐵 · (𝐹‘𝑚)))
62	1, 2, 4, 43, 48, 61	iisermulc2 10728	. . . 4 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴)), ℂ) ⇝ (𝐵 · Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴))
63	32, 62	eqbrtrrd 3867	. . 3 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))) ⇝ (𝐵 · Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴))
64	1, 2, 3, 9, 63	isumclim 10815	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ𝑚 ∈ 𝑍 ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚) = (𝐵 · Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴))
65	7	ralrimiva 2446	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ 𝑍 (𝐵 · 𝐴) ∈ ℂ)
66		sumfct 10763	. . 3 ⊢ (∀𝑘 ∈ 𝑍 (𝐵 · 𝐴) ∈ ℂ → Σ𝑚 ∈ 𝑍 ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ 𝑍 (𝐵 · 𝐴))
67	65, 66	syl 14	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ𝑚 ∈ 𝑍 ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ (𝐵 · 𝐴))‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ 𝑍 (𝐵 · 𝐴))
68	64, 67	eqtr3d 2122	1 ⊢ (𝜑 → (𝐵 · Σ𝑘 ∈ 𝑍 𝐴) = Σ𝑘 ∈ 𝑍 (𝐵 · 𝐴))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 102   = wceq 1289   ∈ wcel 1438  ∀wral 2359  ⦋csb 2933   ↦ cmpt 3899  dom cdm 4438  ‘cfv 5015  (class class class)co 5652  ℂcc 7348   + caddc 7353   · cmul 7355  ℤcz 8750  ℤ_≥cuz 9019  seqcseq4 9851  seqcseq 9852   ⇝ cli 10666  Σcsu 10742

This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-mp 7  ax-ia1 104  ax-ia2 105  ax-ia3 106  ax-in1 579  ax-in2 580  ax-io 665  ax-5 1381  ax-7 1382  ax-gen 1383  ax-ie1 1427  ax-ie2 1428  ax-8 1440  ax-10 1441  ax-11 1442  ax-i12 1443  ax-bndl 1444  ax-4 1445  ax-13 1449  ax-14 1450  ax-17 1464  ax-i9 1468  ax-ial 1472  ax-i5r 1473  ax-ext 2070  ax-coll 3954  ax-sep 3957  ax-nul 3965  ax-pow 4009  ax-pr 4036  ax-un 4260  ax-setind 4353  ax-iinf 4403  ax-cnex 7436  ax-resscn 7437  ax-1cn 7438  ax-1re 7439  ax-icn 7440  ax-addcl 7441  ax-addrcl 7442  ax-mulcl 7443  ax-mulrcl 7444  ax-addcom 7445  ax-mulcom 7446  ax-addass 7447  ax-mulass 7448  ax-distr 7449  ax-i2m1 7450  ax-0lt1 7451  ax-1rid 7452  ax-0id 7453  ax-rnegex 7454  ax-precex 7455  ax-cnre 7456  ax-pre-ltirr 7457  ax-pre-ltwlin 7458  ax-pre-lttrn 7459  ax-pre-apti 7460  ax-pre-ltadd 7461  ax-pre-mulgt0 7462  ax-pre-mulext 7463  ax-arch 7464  ax-caucvg 7465

This theorem depends on definitions:  df-bi 115  df-dc 781  df-3or 925  df-3an 926  df-tru 1292  df-fal 1295  df-nf 1395  df-sb 1693  df-eu 1951  df-mo 1952  df-clab 2075  df-cleq 2081  df-clel 2084  df-nfc 2217  df-ne 2256  df-nel 2351  df-ral 2364  df-rex 2365  df-reu 2366  df-rmo 2367  df-rab 2368  df-v 2621  df-sbc 2841  df-csb 2934  df-dif 3001  df-un 3003  df-in 3005  df-ss 3012  df-nul 3287  df-if 3394  df-pw 3431  df-sn 3452  df-pr 3453  df-op 3455  df-uni 3654  df-int 3689  df-iun 3732  df-br 3846  df-opab 3900  df-mpt 3901  df-tr 3937  df-id 4120  df-po 4123  df-iso 4124  df-iord 4193  df-on 4195  df-ilim 4196  df-suc 4198  df-iom 4406  df-xp 4444  df-rel 4445  df-cnv 4446  df-co 4447  df-dm 4448  df-rn 4449  df-res 4450  df-ima 4451  df-iota 4980  df-fun 5017  df-fn 5018  df-f 5019  df-f1 5020  df-fo 5021  df-f1o 5022  df-fv 5023  df-isom 5024  df-riota 5608  df-ov 5655  df-oprab 5656  df-mpt2 5657  df-1st 5911  df-2nd 5912  df-recs 6070  df-irdg 6135  df-frec 6156  df-1o 6181  df-oadd 6185  df-er 6292  df-en 6458  df-dom 6459  df-fin 6460  df-pnf 7524  df-mnf 7525  df-xr 7526  df-ltxr 7527  df-le 7528  df-sub 7655  df-neg 7656  df-reap 8052  df-ap 8059  df-div 8140  df-inn 8423  df-2 8481  df-3 8482  df-4 8483  df-n0 8674  df-z 8751  df-uz 9020  df-q 9105  df-rp 9135  df-fz 9425  df-fzo 9554  df-iseq 9853  df-seq3 9854  df-exp 9955  df-ihash 10184  df-cj 10276  df-re 10277  df-im 10278  df-rsqrt 10431  df-abs 10432  df-clim 10667  df-isum 10743

This theorem is referenced by:  isummulc1  10821  trirecip  10895  geoisum1c  10914