Theorem seq3caopr 10439

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 6005	. 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 534	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → 𝑐 ∈ 𝑆)
5		simprlr 533	. . . . . . 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 6008	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆)) → (𝑐 + 𝑏) = (𝑏 + 𝑐))
8	3, 4, 5, 7	syl12anc 1231	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → (𝑐 + 𝑏) = (𝑏 + 𝑐))
9	8	oveq1d 5868	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑐 + 𝑏) + 𝑑) = ((𝑏 + 𝑐) + 𝑑))
10		simprrr 535	. . . . . 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 6011	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆)) → ((𝑐 + 𝑏) + 𝑑) = (𝑐 + (𝑏 + 𝑑)))
13	3, 4, 5, 10, 12	syl13anc 1235	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑐 + 𝑏) + 𝑑) = (𝑐 + (𝑏 + 𝑑)))
14	11	caovassg 6011	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑏 ∈ 𝑆 ∧ 𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆)) → ((𝑏 + 𝑐) + 𝑑) = (𝑏 + (𝑐 + 𝑑)))
15	3, 5, 4, 10, 14	syl13anc 1235	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑏 + 𝑐) + 𝑑) = (𝑏 + (𝑐 + 𝑑)))
16	9, 13, 15	3eqtr3d 2211	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → (𝑐 + (𝑏 + 𝑑)) = (𝑏 + (𝑐 + 𝑑)))
17	16	oveq2d 5869	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → (𝑎 + (𝑐 + (𝑏 + 𝑑))) = (𝑎 + (𝑏 + (𝑐 + 𝑑))))
18		simprll 532	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → 𝑎 ∈ 𝑆)
19	1	caovclg 6005	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑏 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆)) → (𝑏 + 𝑑) ∈ 𝑆)
20	3, 5, 10, 19	syl12anc 1231	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → (𝑏 + 𝑑) ∈ 𝑆)
21	11	caovassg 6011	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑐 ∈ 𝑆 ∧ (𝑏 + 𝑑) ∈ 𝑆)) → ((𝑎 + 𝑐) + (𝑏 + 𝑑)) = (𝑎 + (𝑐 + (𝑏 + 𝑑))))
22	3, 18, 4, 20, 21	syl13anc 1235	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑎 + 𝑐) + (𝑏 + 𝑑)) = (𝑎 + (𝑐 + (𝑏 + 𝑑))))
23	1	caovclg 6005	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆)) → (𝑐 + 𝑑) ∈ 𝑆)
24	23	adantrl 475	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → (𝑐 + 𝑑) ∈ 𝑆)
25	11	caovassg 6011	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆 ∧ (𝑐 + 𝑑) ∈ 𝑆)) → ((𝑎 + 𝑏) + (𝑐 + 𝑑)) = (𝑎 + (𝑏 + (𝑐 + 𝑑))))
26	3, 18, 5, 24, 25	syl13anc 1235	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ ((𝑎 ∈ 𝑆 ∧ 𝑏 ∈ 𝑆) ∧ (𝑐 ∈ 𝑆 ∧ 𝑑 ∈ 𝑆))) → ((𝑎 + 𝑏) + (𝑐 + 𝑑)) = (𝑎 + (𝑏 + (𝑐 + 𝑑))))
27	17, 22, 26	3eqtr4d 2213	. 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 10438	1 ⊢ (𝜑 → (seq𝑀( + , 𝐻)‘𝑁) = ((seq𝑀( + , 𝐹)‘𝑁) + (seq𝑀( + , 𝐺)‘𝑁)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 103   ∧ w3a 973   = wceq 1348   ∈ wcel 2141  ‘cfv 5198  (class class class)co 5853  ℤ_≥cuz 9487  seqcseq 10401

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 609  ax-in2 610  ax-io 704  ax-5 1440  ax-7 1441  ax-gen 1442  ax-ie1 1486  ax-ie2 1487  ax-8 1497  ax-10 1498  ax-11 1499  ax-i12 1500  ax-bndl 1502  ax-4 1503  ax-17 1519  ax-i9 1523  ax-ial 1527  ax-i5r 1528  ax-13 2143  ax-14 2144  ax-ext 2152  ax-coll 4104  ax-sep 4107  ax-nul 4115  ax-pow 4160  ax-pr 4194  ax-un 4418  ax-setind 4521  ax-iinf 4572  ax-cnex 7865  ax-resscn 7866  ax-1cn 7867  ax-1re 7868  ax-icn 7869  ax-addcl 7870  ax-addrcl 7871  ax-mulcl 7872  ax-addcom 7874  ax-addass 7876  ax-distr 7878  ax-i2m1 7879  ax-0lt1 7880  ax-0id 7882  ax-rnegex 7883  ax-cnre 7885  ax-pre-ltirr 7886  ax-pre-ltwlin 7887  ax-pre-lttrn 7888  ax-pre-ltadd 7890

This theorem depends on definitions:  df-bi 116  df-3or 974  df-3an 975  df-tru 1351  df-fal 1354  df-nf 1454  df-sb 1756  df-eu 2022  df-mo 2023  df-clab 2157  df-cleq 2163  df-clel 2166  df-nfc 2301  df-ne 2341  df-nel 2436  df-ral 2453  df-rex 2454  df-reu 2455  df-rab 2457  df-v 2732  df-sbc 2956  df-csb 3050  df-dif 3123  df-un 3125  df-in 3127  df-ss 3134  df-nul 3415  df-pw 3568  df-sn 3589  df-pr 3590  df-op 3592  df-uni 3797  df-int 3832  df-iun 3875  df-br 3990  df-opab 4051  df-mpt 4052  df-tr 4088  df-id 4278  df-iord 4351  df-on 4353  df-ilim 4354  df-suc 4356  df-iom 4575  df-xp 4617  df-rel 4618  df-cnv 4619  df-co 4620  df-dm 4621  df-rn 4622  df-res 4623  df-ima 4624  df-iota 5160  df-fun 5200  df-fn 5201  df-f 5202  df-f1 5203  df-fo 5204  df-f1o 5205  df-fv 5206  df-riota 5809  df-ov 5856  df-oprab 5857  df-mpo 5858  df-1st 6119  df-2nd 6120  df-recs 6284  df-frec 6370  df-pnf 7956  df-mnf 7957  df-xr 7958  df-ltxr 7959  df-le 7960  df-sub 8092  df-neg 8093  df-inn 8879  df-n0 9136  df-z 9213  df-uz 9488  df-fz 9966  df-fzo 10099  df-seqfrec 10402

This theorem is referenced by:  ser3add  10461  prod3fmul  11504