Theorem sgmppw 15715

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 1023	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝐴 ∈ ℂ)
2		simp2 1024	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑃 ∈ ℙ)
3		prmnn 12681	. . . . 5 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
4	2, 3	syl 14	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑃 ∈ ℕ)
5		simp3 1025	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℕ0)
6	4, 5	nnexpcld 10956	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑃↑𝑁) ∈ ℕ)
7		sgmval 15706	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑃↑𝑁) ∈ ℕ) → (𝐴 σ (𝑃↑𝑁)) = Σ𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)} (𝑛↑𝑐𝐴))
8	1, 6, 7	syl2anc 411	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 σ (𝑃↑𝑁)) = Σ𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)} (𝑛↑𝑐𝐴))
9		oveq1 6024	. . 3 ⊢ (𝑛 = (𝑃↑𝑘) → (𝑛↑𝑐𝐴) = ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
10		0zd 9490	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 0 ∈ ℤ)
11	5	nn0zd 9599	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℤ)
12	10, 11	fzfigd 10692	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (0...𝑁) ∈ Fin)
13		eqid 2231	. . . . 5 ⊢ (𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖)) = (𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖))
14	13	dvdsppwf1o 15712	. . . 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 411	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖)):(0...𝑁)–1-1-onto→{𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)})
16		oveq2 6025	. . . 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 10348	. . . . . 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 10956	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑘) ∈ ℕ)
22	13, 16, 17, 21	fvmptd3 5740	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖))‘𝑘) = (𝑃↑𝑘))
23		elrabi 2959	. . . . . 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 9928	. . . 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 15650	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)}) → (𝑛↑𝑐𝐴) ∈ ℂ)
28	9, 12, 15, 22, 27	fsumf1o 11950	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → Σ𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)} (𝑛↑𝑐𝐴) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
29	20	nn0cnd 9456	. . . . . 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 8200	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑘 · 𝐴) = (𝐴 · 𝑘))
32	31	oveq2d 6033	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝑘 · 𝐴)) = (𝑃↑𝑐(𝐴 · 𝑘)))
33	18	nnrpd 9928	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑃 ∈ ℝ+)
34	20	nn0red 9455	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑘 ∈ ℝ)
35	33, 34, 30	cxpmuld 15660	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝑘 · 𝐴)) = ((𝑃↑𝑐𝑘)↑𝑐𝐴))
36	20	nn0zd 9599	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑘 ∈ ℤ)
37		cxpexpnn 15619	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑃 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ ℤ) → (𝑃↑𝑐𝑘) = (𝑃↑𝑘))
38	18, 36, 37	syl2anc 411	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐𝑘) = (𝑃↑𝑘))
39	38	oveq1d 6032	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑃↑𝑐𝑘)↑𝑐𝐴) = ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
40	35, 39	eqtrd 2264	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝑘 · 𝐴)) = ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
41	33, 30, 20	rpcxpmul2d 15655	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝐴 · 𝑘)) = ((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))
42	32, 40, 41	3eqtr3d 2272	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴) = ((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))
43	42	sumeq2dv 11928	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))
44	8, 28, 43	3eqtrd 2268	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 σ (𝑃↑𝑁)) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ∧ w3a 1004   = wceq 1397   ∈ wcel 2202  {crab 2514   class class class wbr 4088   ↦ cmpt 4150  –1-1-onto→wf1o 5325  (class class class)co 6017  ℂcc 8029  0cc0 8031   · cmul 8036  ℕcn 9142  ℕ₀cn0 9401  ℤcz 9478  ...cfz 10242  ↑cexp 10799  Σcsu 11913   ∥ cdvds 12347  ℙcprime 12678  ↑_𝑐ccxp 15580   σ csgm 15704

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 619  ax-in2 620  ax-io 716  ax-5 1495  ax-7 1496  ax-gen 1497  ax-ie1 1541  ax-ie2 1542  ax-8 1552  ax-10 1553  ax-11 1554  ax-i12 1555  ax-bndl 1557  ax-4 1558  ax-17 1574  ax-i9 1578  ax-ial 1582  ax-i5r 1583  ax-13 2204  ax-14 2205  ax-ext 2213  ax-coll 4204  ax-sep 4207  ax-nul 4215  ax-pow 4264  ax-pr 4299  ax-un 4530  ax-setind 4635  ax-iinf 4686  ax-cnex 8122  ax-resscn 8123  ax-1cn 8124  ax-1re 8125  ax-icn 8126  ax-addcl 8127  ax-addrcl 8128  ax-mulcl 8129  ax-mulrcl 8130  ax-addcom 8131  ax-mulcom 8132  ax-addass 8133  ax-mulass 8134  ax-distr 8135  ax-i2m1 8136  ax-0lt1 8137  ax-1rid 8138  ax-0id 8139  ax-rnegex 8140  ax-precex 8141  ax-cnre 8142  ax-pre-ltirr 8143  ax-pre-ltwlin 8144  ax-pre-lttrn 8145  ax-pre-apti 8146  ax-pre-ltadd 8147  ax-pre-mulgt0 8148  ax-pre-mulext 8149  ax-arch 8150  ax-caucvg 8151  ax-pre-suploc 8152  ax-addf 8153  ax-mulf 8154

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 838  df-dc 842  df-3or 1005  df-3an 1006  df-tru 1400  df-fal 1403  df-nf 1509  df-sb 1811  df-eu 2082  df-mo 2083  df-clab 2218  df-cleq 2224  df-clel 2227  df-nfc 2363  df-ne 2403  df-nel 2498  df-ral 2515  df-rex 2516  df-reu 2517  df-rmo 2518  df-rab 2519  df-v 2804  df-sbc 3032  df-csb 3128  df-dif 3202  df-un 3204  df-in 3206  df-ss 3213  df-nul 3495  df-if 3606  df-pw 3654  df-sn 3675  df-pr 3676  df-op 3678  df-uni 3894  df-int 3929  df-iun 3972  df-disj 4065  df-br 4089  df-opab 4151  df-mpt 4152  df-tr 4188  df-id 4390  df-po 4393  df-iso 4394  df-iord 4463  df-on 4465  df-ilim 4466  df-suc 4468  df-iom 4689  df-xp 4731  df-rel 4732  df-cnv 4733  df-co 4734  df-dm 4735  df-rn 4736  df-res 4737  df-ima 4738  df-iota 5286  df-fun 5328  df-fn 5329  df-f 5330  df-f1 5331  df-fo 5332  df-f1o 5333  df-fv 5334  df-isom 5335  df-riota 5970  df-ov 6020  df-oprab 6021  df-mpo 6022  df-of 6234  df-1st 6302  df-2nd 6303  df-recs 6470  df-irdg 6535  df-frec 6556  df-1o 6581  df-2o 6582  df-oadd 6585  df-er 6701  df-map 6818  df-pm 6819  df-en 6909  df-dom 6910  df-fin 6911  df-sup 7182  df-inf 7183  df-pnf 8215  df-mnf 8216  df-xr 8217  df-ltxr 8218  df-le 8219  df-sub 8351  df-neg 8352  df-reap 8754  df-ap 8761  df-div 8852  df-inn 9143  df-2 9201  df-3 9202  df-4 9203  df-n0 9402  df-xnn0 9465  df-z 9479  df-uz 9755  df-q 9853  df-rp 9888  df-xneg 10006  df-xadd 10007  df-ioo 10126  df-ico 10128  df-icc 10129  df-fz 10243  df-fzo 10377  df-fl 10529  df-mod 10584  df-seqfrec 10709  df-exp 10800  df-fac 10987  df-bc 11009  df-ihash 11037  df-shft 11375  df-cj 11402  df-re 11403  df-im 11404  df-rsqrt 11558  df-abs 11559  df-clim 11839  df-sumdc 11914  df-ef 12208  df-e 12209  df-dvds 12348  df-gcd 12524  df-prm 12679  df-pc 12857  df-rest 13323  df-topgen 13342  df-psmet 14556  df-xmet 14557  df-met 14558  df-bl 14559  df-mopn 14560  df-top 14721  df-topon 14734  df-bases 14766  df-ntr 14819  df-cn 14911  df-cnp 14912  df-tx 14976  df-cncf 15294  df-limced 15379  df-dvap 15380  df-relog 15581  df-rpcxp 15582  df-sgm 15705

This theorem is referenced by:  1sgmprm  15717  1sgm2ppw  15718