Theorem sgmppw 16303

Description: The value of the divisor function at a prime power. (Contributed by Mario Carneiro, 17-May-2016.)

Assertion

Ref	Expression
sgmppw	⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 σ (𝑃↑𝑁)) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝑁   𝑃,𝑘

Proof of Theorem sgmppw

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simp1 1028	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝐴 ∈ ℂ)
2		simp2 1029	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑃 ∈ ℙ)
3		prmnn 12912	. . . . 5 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
4	2, 3	syl 14	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑃 ∈ ℕ)
5		simp3 1030	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℕ0)
6	4, 5	nnexpcld 11153	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑃↑𝑁) ∈ ℕ)
7		sgmval 16269	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑃↑𝑁) ∈ ℕ) → (𝐴 σ (𝑃↑𝑁)) = Σ𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)} (𝑛↑𝑐𝐴))
8	1, 6, 7	syl2anc 415	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 σ (𝑃↑𝑁)) = Σ𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)} (𝑛↑𝑐𝐴))
9		oveq1 6095	. . 3 ⊢ (𝑛 = (𝑃↑𝑘) → (𝑛↑𝑐𝐴) = ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
10		0zd 9665	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 0 ∈ ℤ)
11	5	nn0zd 9776	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℤ)
12	10, 11	fzfigd 10888	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (0...𝑁) ∈ Fin)
13		eqid 2238	. . . . 5 ⊢ (𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖)) = (𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖))
14	13	dvdsppwf1o 16300	. . . 4 ⊢ ((𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖)):(0...𝑁)–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)})
15	2, 5, 14	syl2anc 415	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖)):(0...𝑁)–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)})
16		oveq2 6096	. . . 4 ⊢ (𝑖 = 𝑘 → (𝑃↑𝑖) = (𝑃↑𝑘))
17		simpr 110	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑘 ∈ (0...𝑁))
18	4	adantr 276	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑃 ∈ ℕ)
19		elfznn0 10537	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ (0...𝑁) → 𝑘 ∈ ℕ0)
20	19	adantl 277	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
21	18, 20	nnexpcld 11153	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑘) ∈ ℕ)
22	13, 16, 17, 21	fvmptd3 5802	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖))‘𝑘) = (𝑃↑𝑘))
23		elrabi 2979	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)} → 𝑛 ∈ ℕ)
24	23	adantl 277	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)}) → 𝑛 ∈ ℕ)
25	24	nnrpd 10111	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)}) → 𝑛 ∈ ℝ+)
26	1	adantr 276	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)}) → 𝐴 ∈ ℂ)
27	25, 26	rpcncxpcld 16179	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)}) → (𝑛↑𝑐𝐴) ∈ ℂ)
28	9, 12, 15, 22, 27	fsumf1o 12181	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → Σ𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)} (𝑛↑𝑐𝐴) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
29	20	nn0cnd 9631	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑘 ∈ ℂ)
30	1	adantr 276	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝐴 ∈ ℂ)
31	29, 30	mulcomd 8353	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑘 · 𝐴) = (𝐴 · 𝑘))
32	31	oveq2d 6104	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝑘 · 𝐴)) = (𝑃↑𝑐(𝐴 · 𝑘)))
33	18	nnrpd 10111	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑃 ∈ ℝ+)
34	20	nn0red 9630	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑘 ∈ ℝ)
35	33, 34, 30	cxpmuld 16189	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝑘 · 𝐴)) = ((𝑃↑𝑐𝑘)↑𝑐𝐴))
36	20	nn0zd 9776	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑘 ∈ ℤ)
37		cxpexpnn 16146	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑃 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑃↑𝑐𝑘) = (𝑃↑𝑘))
38	18, 36, 37	syl2anc 415	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐𝑘) = (𝑃↑𝑘))
39	38	oveq1d 6103	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑃↑𝑐𝑘)↑𝑐𝐴) = ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
40	35, 39	eqtrd 2271	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝑘 · 𝐴)) = ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
41	33, 30, 20	rpcxpmul2d 16184	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝐴 · 𝑘)) = ((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))
42	32, 40, 41	3eqtr3d 2279	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴) = ((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))
43	42	sumeq2dv 12158	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))
44	8, 28, 43	3eqtrd 2275	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 σ (𝑃↑𝑁)) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 104   ∧ w3a 1009   = wceq 1402   ∈ wcel 2209  {crab 2532   class class class wbr 4131   ↦ cmpt 4193  –1-1-onto→wf1o 5379  (class class class)co 6088  ℂcc 8183  0cc0 8185   · cmul 8190  ℕcn 9313  ℕ₀cn0 9574  ℤcz 9653  ...cfz 10427  ↑cexp 10995  Σcsu 12143   ∥ cdvds 12578  ℙcprime 12909  ↑_𝑐ccxp 16103   σ csgm 16252

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 623  ax-in2 624  ax-io 721  ax-5 1500  ax-7 1501  ax-gen 1502  ax-ie1 1546  ax-ie2 1547  ax-8 1557  ax-10 1558  ax-11 1559  ax-i12 1560  ax-bndl 1562  ax-4 1563  ax-17 1579  ax-i9 1583  ax-ial 1587  ax-i5r 1588  ax-14 2212  ax-ext 2220  ax-coll 4248  ax-sep 4251  ax-nul 4261  ax-pow 4313  ax-pr 4348  ax-un 4580  ax-setind 4686  ax-iinf 4737  ax-cnex 8276  ax-resscn 8277  ax-1cn 8278  ax-1re 8279  ax-icn 8280  ax-addcl 8281  ax-addrcl 8282  ax-mulcl 8283  ax-mulrcl 8284  ax-addcom 8285  ax-mulcom 8286  ax-addass 8287  ax-mulass 8288  ax-distr 8289  ax-i2m1 8290  ax-0lt1 8291  ax-1rid 8292  ax-0id 8293  ax-rnegex 8294  ax-precex 8295  ax-cnre 8296  ax-pre-ltirr 8297  ax-pre-ltwlin 8298  ax-pre-lttrn 8299  ax-pre-apti 8300  ax-pre-ltadd 8301  ax-pre-mulgt0 8302  ax-pre-mulext 8303  ax-arch 8304  ax-caucvg 8305  ax-pre-suploc 8306  ax-addf 8307  ax-mulf 8308

This proof depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 843  df-dc 847  df-3or 1010  df-3an 1011  df-tru 1405  df-fal 1408  df-nf 1514  df-sb 1816  df-eu 2089  df-mo 2090  df-clab 2225  df-cleq 2231  df-clel 2234  df-nfc 2381  df-ne 2421  df-nel 2516  df-ral 2533  df-rex 2534  df-reu 2535  df-rmo 2536  df-rab 2537  df-v 2823  df-sbc 3052  df-csb 3148  df-dif 3222  df-un 3224  df-in 3226  df-ss 3233  df-nul 3521  df-if 3639  df-pw 3690  df-sn 3715  df-pr 3716  df-op 3718  df-uni 3936  df-int 3971  df-iun 4014  df-disj 4107  df-br 4132  df-opab 4194  df-mpt 4195  df-tr 4232  df-id 4440  df-po 4443  df-iso 4444  df-iord 4513  df-on 4515  df-ilim 4516  df-suc 4518  df-iom 4740  df-xp 4782  df-rel 4783  df-cnv 4784  df-co 4785  df-dm 4786  df-rn 4787  df-res 4788  df-ima 4789  df-iota 5340  df-fun 5382  df-fn 5383  df-f 5384  df-f1 5385  df-fo 5386  df-f1o 5387  df-fv 5388  df-isom 5389  df-riota 6041  df-ov 6091  df-oprab 6092  df-mpo 6093  df-of 6305  df-1st 6378  df-2nd 6379  df-recs 6581  df-irdg 6646  df-frec 6667  df-1o 6692  df-2o 6693  df-oadd 6696  df-er 6812  df-map 6929  df-pm 6930  df-en 7029  df-dom 7030  df-fin 7031  df-sup 7330  df-inf 7331  df-pnf 8368  df-mnf 8369  df-xr 8370  df-ltxr 8371  df-le 8372  df-sub 8506  df-neg 8507  df-reap 8911  df-ap 8918  df-div 9011  df-inn 9314  df-2 9372  df-3 9373  df-4 9374  df-n0 9575  df-xnn0 9640  df-z 9654  df-uz 9937  df-q 10035  df-rp 10071  df-xneg 10190  df-xadd 10191  df-ioo 10310  df-ico 10312  df-icc 10313  df-fz 10428  df-fzo 10566  df-fl 10721  df-mod 10780  df-seqfrec 10905  df-exp 10996  df-fac 11185  df-bc 11207  df-ihash 11236  df-shft 11601  df-cj 11628  df-re 11629  df-im 11630  df-rsqrt 11785  df-abs 11786  df-clim 12069  df-sumdc 12144  df-ef 12439  df-e 12440  df-dvds 12579  df-gcd 12755  df-prm 12910  df-pc 13092  df-rest 13653  df-topgen 13672  df-psmet 14988  df-xmet 14989  df-met 14990  df-bl 14991  df-mopn 14992  df-top 15241  df-topon 15254  df-bases 15286  df-ntr 15339  df-cn 15431  df-cnp 15432  df-tx 15496  df-cncf 15814  df-limced 15899  df-dvap 15900  df-relog 16104  df-rpcxp 16105  df-sgm 16255

This theorem is used by:  1sgmprm  16305  1sgm2ppw  16306