Theorem seq3caopr 10418

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
seqcaopr.1	⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆)
seqcaopr.2	⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝑥 + 𝑦) = (𝑦 + 𝑥))
seqcaopr.3	⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆 ∧ 𝑧 ∈ 𝑆)) → ((𝑥 + 𝑦) + 𝑧) = (𝑥 + (𝑦 + 𝑧)))
seqcaopr.4	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
seq3caopr.5	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑆)
seq3caopr.6	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝐺‘𝑘) ∈ 𝑆)
seq3caopr.7	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝐻‘𝑘) = ((𝐹‘𝑘) + (𝐺‘𝑘)))

Assertion

Ref	Expression
seq3caopr	⊢ (𝜑 → (seq𝑀( + , 𝐻)‘𝑁) = ((seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑁) + (seq𝑀( + , 𝐺)‘𝑁)))

Distinct variable groups:   + ,𝑘,𝑥,𝑦,𝑧   𝑘,𝐹   𝑘,𝐺   𝑘,𝐻   𝑘,𝑀   𝑘,𝑁   𝑆,𝑘,𝑥,𝑦,𝑧   𝜑,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		seqcaopr.1	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝑥 + 𝑦) ∈ 𝑆)
2	1	caovclg 5994	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆)) → (𝑎 + 𝑏) ∈ 𝑆)
3		simpl 108	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → 𝜑)
4		simprrl 529	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → 𝑐 ∈ 𝑆)
5		simprlr 528	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → 𝑏 ∈ 𝑆)
6		seqcaopr.2	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆)) → (𝑥 + 𝑦) = (𝑦 + 𝑥))
7	6	caovcomg 5997	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆)) → (𝑐 + 𝑏) = (𝑏 + 𝑐))
8	3, 4, 5, 7	syl12anc 1226	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → (𝑐 + 𝑏) = (𝑏 + 𝑐))
9	8	oveq1d 5857	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑐 + 𝑏) + 𝑑) = ((𝑏 + 𝑐) + 𝑑))
10		simprrr 530	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → 𝑑 ∈ 𝑆)
11		seqcaopr.3	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝑆 ∧ 𝑦 ∈ 𝑆 ∧ 𝑧 ∈ 𝑆)) → ((𝑥 + 𝑦) + 𝑧) = (𝑥 + (𝑦 + 𝑧)))
12	11	caovassg 6000	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆)) → ((𝑐 + 𝑏) + 𝑑) = (𝑐 + (𝑏 + 𝑑)))
13	3, 4, 5, 10, 12	syl13anc 1230	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑐 + 𝑏) + 𝑑) = (𝑐 + (𝑏 + 𝑑)))
14	11	caovassg 6000	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑏 ∈ 𝑆 ∧ 𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆)) → ((𝑏 + 𝑐) + 𝑑) = (𝑏 + (𝑐 + 𝑑)))
15	3, 5, 4, 10, 14	syl13anc 1230	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑏 + 𝑐) + 𝑑) = (𝑏 + (𝑐 + 𝑑)))
16	9, 13, 15	3eqtr3d 2206	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → (𝑐 + (𝑏 + 𝑑)) = (𝑏 + (𝑐 + 𝑑)))
17	16	oveq2d 5858	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → (𝑎 + (𝑐 + (𝑏 + 𝑑))) = (𝑎 + (𝑏 + (𝑐 + 𝑑))))
18		simprll 527	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → 𝑎 ∈ 𝑆)
19	1	caovclg 5994	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑏 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆)) → (𝑏 + 𝑑) ∈ 𝑆)
20	3, 5, 10, 19	syl12anc 1226	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → (𝑏 + 𝑑) ∈ 𝑆)
21	11	caovassg 6000	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑐 ∈ 𝑆 ∧ (𝑏 + 𝑑) ∈ 𝑆)) → ((𝑎 + 𝑐) + (𝑏 + 𝑑)) = (𝑎 + (𝑐 + (𝑏 + 𝑑))))
22	3, 18, 4, 20, 21	syl13anc 1230	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑎 + 𝑐) + (𝑏 + 𝑑)) = (𝑎 + (𝑐 + (𝑏 + 𝑑))))
23	1	caovclg 5994	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆)) → (𝑐 + 𝑑) ∈ 𝑆)
24	23	adantrl 470	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → (𝑐 + 𝑑) ∈ 𝑆)
25	11	caovassg 6000	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆 ∧ (𝑐 + 𝑑) ∈ 𝑆)) → ((𝑎 + 𝑏) + (𝑐 + 𝑑)) = (𝑎 + (𝑏 + (𝑐 + 𝑑))))
26	3, 18, 5, 24, 25	syl13anc 1230	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑎 + 𝑏) + (𝑐 + 𝑑)) = (𝑎 + (𝑏 + (𝑐 + 𝑑))))
27	17, 22, 26	3eqtr4d 2208	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑎 + 𝑐) + (𝑏 + 𝑑)) = ((𝑎 + 𝑏) + (𝑐 + 𝑑)))
28		seqcaopr.4	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
29		seq3caopr.5	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝐹‘𝑘) ∈ 𝑆)
30		seq3caopr.6	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝐺‘𝑘) ∈ 𝑆)
31		seq3caopr.7	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀)) → (𝐻‘𝑘) = ((𝐹‘𝑘) + (𝐺‘𝑘)))
32	2, 2, 27, 28, 29, 30, 31	seq3caopr2 10417	1 ⊢ (𝜑 → (seq𝑀( + , 𝐻)‘𝑁) = ((seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑁) + (seq𝑀( + , 𝐺)‘𝑁)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ∧ w3a 968   = wceq 1343   ∈ wcel 2136  ‘cfv 5188  (class class class)co 5842  ℤ_≥cuz 9466  seqcseq 10380

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 105  ax-ia2 106  ax-ia3 107  ax-in1 604  ax-in2 605  ax-io 699  ax-5 1435  ax-7 1436  ax-gen 1437  ax-ie1 1481  ax-ie2 1482  ax-8 1492  ax-10 1493  ax-11 1494  ax-i12 1495  ax-bndl 1497  ax-4 1498  ax-17 1514  ax-i9 1518  ax-ial 1522  ax-i5r 1523  ax-13 2138  ax-14 2139  ax-ext 2147  ax-coll 4097  ax-sep 4100  ax-nul 4108  ax-pow 4153  ax-pr 4187  ax-un 4411  ax-setind 4514  ax-iinf 4565  ax-cnex 7844  ax-resscn 7845  ax-1cn 7846  ax-1re 7847  ax-icn 7848  ax-addcl 7849  ax-addrcl 7850  ax-mulcl 7851  ax-addcom 7853  ax-addass 7855  ax-distr 7857  ax-i2m1 7858  ax-0lt1 7859  ax-0id 7861  ax-rnegex 7862  ax-cnre 7864  ax-pre-ltirr 7865  ax-pre-ltwlin 7866  ax-pre-lttrn 7867  ax-pre-ltadd 7869

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3or 969  df-3an 970  df-tru 1346  df-fal 1349  df-nf 1449  df-sb 1751  df-eu 2017  df-mo 2018  df-clab 2152  df-cleq 2158  df-clel 2161  df-nfc 2297  df-ne 2337  df-nel 2432  df-ral 2449  df-rex 2450  df-reu 2451  df-rab 2453  df-v 2728  df-sbc 2952  df-csb 3046  df-dif 3118  df-un 3120  df-in 3122  df-ss 3129  df-nul 3410  df-pw 3561  df-sn 3582  df-pr 3583  df-op 3585  df-uni 3790  df-int 3825  df-iun 3868  df-br 3983  df-opab 4044  df-mpt 4045  df-tr 4081  df-id 4271  df-iord 4344  df-on 4346  df-ilim 4347  df-suc 4349  df-iom 4568  df-xp 4610  df-rel 4611  df-cnv 4612  df-co 4613  df-dm 4614  df-rn 4615  df-res 4616  df-ima 4617  df-iota 5153  df-fun 5190  df-fn 5191  df-f 5192  df-f1 5193  df-fo 5194  df-f1o 5195  df-fv 5196  df-riota 5798  df-ov 5845  df-oprab 5846  df-mpo 5847  df-1st 6108  df-2nd 6109  df-recs 6273  df-frec 6359  df-pnf 7935  df-mnf 7936  df-xr 7937  df-ltxr 7938  df-le 7939  df-sub 8071  df-neg 8072  df-inn 8858  df-n0 9115  df-z 9192  df-uz 9467  df-fz 9945  df-fzo 10078  df-seqfrec 10381

This theorem is referenced by:  ser3add  10440  prod3fmul  11482