Theorem sgmmul 15204

Description: The divisor function for fixed parameter 𝐴 is a multiplicative function. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Jul-2015.)

Assertion

Ref	Expression
sgmmul	⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝐴 σ (𝑀 · 𝑁)) = ((𝐴 σ 𝑀) · (𝐴 σ 𝑁)))

Proof of Theorem sgmmul

Dummy variables 𝑖 𝑗 𝑘 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpr1 1005	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑀 ∈ ℕ)
2		simpr2 1006	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑁 ∈ ℕ)
3		simpr3 1007	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑀 gcd 𝑁) = 1)
4		eqid 2196	. . 3 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} = {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}
5		eqid 2196	. . 3 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} = {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}
6		eqid 2196	. . 3 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑀 · 𝑁)} = {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑀 · 𝑁)}
7		ssrab2 3268	. . . . . 6 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ⊆ ℕ
8		simpr 110	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}) → 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀})
9	7, 8	sselid 3181	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}) → 𝑗 ∈ ℕ)
10	9	nnrpd 9766	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}) → 𝑗 ∈ ℝ+)
11		simpll 527	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}) → 𝐴 ∈ ℂ)
12	10, 11	rpcncxpcld 15136	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}) → (𝑗↑𝑐𝐴) ∈ ℂ)
13		ssrab2 3268	. . . . . 6 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} ⊆ ℕ
14		simpr 110	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}) → 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})
15	13, 14	sselid 3181	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}) → 𝑘 ∈ ℕ)
16	15	nnrpd 9766	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}) → 𝑘 ∈ ℝ+)
17		simpll 527	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}) → 𝐴 ∈ ℂ)
18	16, 17	rpcncxpcld 15136	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}) → (𝑘↑𝑐𝐴) ∈ ℂ)
19	9	adantrr 479	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝑗 ∈ ℕ)
20	19	nnrpd 9766	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝑗 ∈ ℝ+)
21	15	adantrl 478	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝑘 ∈ ℕ)
22	21	nnrpd 9766	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝑘 ∈ ℝ+)
23		simpll 527	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝐴 ∈ ℂ)
24		rpmulcxp 15118	. . . . 5 ⊢ ((𝑗 ∈ ℝ+ ∧ 𝑘 ∈ ℝ+ ∧ 𝐴 ∈ ℂ) → ((𝑗 · 𝑘)↑𝑐𝐴) = ((𝑗↑𝑐𝐴) · (𝑘↑𝑐𝐴)))
25	20, 22, 23, 24	syl3anc 1249	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → ((𝑗 · 𝑘)↑𝑐𝐴) = ((𝑗↑𝑐𝐴) · (𝑘↑𝑐𝐴)))
26	25	eqcomd 2202	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → ((𝑗↑𝑐𝐴) · (𝑘↑𝑐𝐴)) = ((𝑗 · 𝑘)↑𝑐𝐴))
27		oveq1 5929	. . 3 ⊢ (𝑖 = (𝑗 · 𝑘) → (𝑖↑𝑐𝐴) = ((𝑗 · 𝑘)↑𝑐𝐴))
28	1, 2, 3, 4, 5, 6, 12, 18, 26, 27	fsumdvdsmul 15199	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} (𝑗↑𝑐𝐴) · Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} (𝑘↑𝑐𝐴)) = Σ𝑖 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑀 · 𝑁)} (𝑖↑𝑐𝐴))
29		sgmval 15191	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → (𝐴 σ 𝑀) = Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} (𝑗↑𝑐𝐴))
30	1, 29	syldan 282	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝐴 σ 𝑀) = Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} (𝑗↑𝑐𝐴))
31		sgmval 15191	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 σ 𝑁) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} (𝑘↑𝑐𝐴))
32	2, 31	syldan 282	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝐴 σ 𝑁) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} (𝑘↑𝑐𝐴))
33	30, 32	oveq12d 5940	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝐴 σ 𝑀) · (𝐴 σ 𝑁)) = (Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} (𝑗↑𝑐𝐴) · Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} (𝑘↑𝑐𝐴)))
34	1, 2	nnmulcld 9036	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑀 · 𝑁) ∈ ℕ)
35		sgmval 15191	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 · 𝑁) ∈ ℕ) → (𝐴 σ (𝑀 · 𝑁)) = Σ𝑖 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑀 · 𝑁)} (𝑖↑𝑐𝐴))
36	34, 35	syldan 282	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝐴 σ (𝑀 · 𝑁)) = Σ𝑖 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑀 · 𝑁)} (𝑖↑𝑐𝐴))
37	28, 33, 36	3eqtr4rd 2240	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝐴 σ (𝑀 · 𝑁)) = ((𝐴 σ 𝑀) · (𝐴 σ 𝑁)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ∧ w3a 980   = wceq 1364   ∈ wcel 2167  {crab 2479   class class class wbr 4033  (class class class)co 5922  ℂcc 7875  1c1 7878   · cmul 7882  ℕcn 8987  ℝ⁺crp 9725  Σcsu 11502   ∥ cdvds 11936   gcd cgcd 12085  ↑_𝑐ccxp 15066   σ csgm 15189

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 1461  ax-7 1462  ax-gen 1463  ax-ie1 1507  ax-ie2 1508  ax-8 1518  ax-10 1519  ax-11 1520  ax-i12 1521  ax-bndl 1523  ax-4 1524  ax-17 1540  ax-i9 1544  ax-ial 1548  ax-i5r 1549  ax-13 2169  ax-14 2170  ax-ext 2178  ax-coll 4148  ax-sep 4151  ax-nul 4159  ax-pow 4207  ax-pr 4242  ax-un 4468  ax-setind 4573  ax-iinf 4624  ax-cnex 7968  ax-resscn 7969  ax-1cn 7970  ax-1re 7971  ax-icn 7972  ax-addcl 7973  ax-addrcl 7974  ax-mulcl 7975  ax-mulrcl 7976  ax-addcom 7977  ax-mulcom 7978  ax-addass 7979  ax-mulass 7980  ax-distr 7981  ax-i2m1 7982  ax-0lt1 7983  ax-1rid 7984  ax-0id 7985  ax-rnegex 7986  ax-precex 7987  ax-cnre 7988  ax-pre-ltirr 7989  ax-pre-ltwlin 7990  ax-pre-lttrn 7991  ax-pre-apti 7992  ax-pre-ltadd 7993  ax-pre-mulgt0 7994  ax-pre-mulext 7995  ax-arch 7996  ax-caucvg 7997  ax-pre-suploc 7998  ax-addf 7999  ax-mulf 8000

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 1475  df-sb 1777  df-eu 2048  df-mo 2049  df-clab 2183  df-cleq 2189  df-clel 2192  df-nfc 2328  df-ne 2368  df-nel 2463  df-ral 2480  df-rex 2481  df-reu 2482  df-rmo 2483  df-rab 2484  df-v 2765  df-sbc 2990  df-csb 3085  df-dif 3159  df-un 3161  df-in 3163  df-ss 3170  df-nul 3451  df-if 3562  df-pw 3607  df-sn 3628  df-pr 3629  df-op 3631  df-uni 3840  df-int 3875  df-iun 3918  df-disj 4011  df-br 4034  df-opab 4095  df-mpt 4096  df-tr 4132  df-id 4328  df-po 4331  df-iso 4332  df-iord 4401  df-on 4403  df-ilim 4404  df-suc 4406  df-iom 4627  df-xp 4669  df-rel 4670  df-cnv 4671  df-co 4672  df-dm 4673  df-rn 4674  df-res 4675  df-ima 4676  df-iota 5219  df-fun 5260  df-fn 5261  df-f 5262  df-f1 5263  df-fo 5264  df-f1o 5265  df-fv 5266  df-isom 5267  df-riota 5877  df-ov 5925  df-oprab 5926  df-mpo 5927  df-of 6135  df-1st 6198  df-2nd 6199  df-recs 6363  df-irdg 6428  df-frec 6449  df-1o 6474  df-oadd 6478  df-er 6592  df-map 6709  df-pm 6710  df-en 6800  df-dom 6801  df-fin 6802  df-sup 7048  df-inf 7049  df-pnf 8061  df-mnf 8062  df-xr 8063  df-ltxr 8064  df-le 8065  df-sub 8197  df-neg 8198  df-reap 8599  df-ap 8606  df-div 8697  df-inn 8988  df-2 9046  df-3 9047  df-4 9048  df-n0 9247  df-z 9324  df-uz 9599  df-q 9691  df-rp 9726  df-xneg 9844  df-xadd 9845  df-ioo 9964  df-ico 9966  df-icc 9967  df-fz 10081  df-fzo 10215  df-fl 10345  df-mod 10400  df-seqfrec 10525  df-exp 10616  df-fac 10803  df-bc 10825  df-ihash 10853  df-shft 10965  df-cj 10992  df-re 10993  df-im 10994  df-rsqrt 11148  df-abs 11149  df-clim 11428  df-sumdc 11503  df-ef 11797  df-e 11798  df-dvds 11937  df-gcd 12086  df-rest 12888  df-topgen 12907  df-psmet 14075  df-xmet 14076  df-met 14077  df-bl 14078  df-mopn 14079  df-top 14210  df-topon 14223  df-bases 14255  df-ntr 14308  df-cn 14400  df-cnp 14401  df-tx 14465  df-cncf 14783  df-limced 14868  df-dvap 14869  df-relog 15067  df-rpcxp 15068  df-sgm 15190

This theorem is referenced by: (None)