Theorem sgmppw 15660

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 1021	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝐴 ∈ ℂ)
2		simp2 1022	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑃 ∈ ℙ)
3		prmnn 12627	. . . . 5 ⊢ (𝑃 ∈ ℙ → 𝑃 ∈ ℕ)
4	2, 3	syl 14	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑃 ∈ ℕ)
5		simp3 1023	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℕ0)
6	4, 5	nnexpcld 10912	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑃↑𝑁) ∈ ℕ)
7		sgmval 15651	. . 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 6007	. . 3 ⊢ (𝑛 = (𝑃↑𝑘) → (𝑛↑𝑐𝐴) = ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
10		0zd 9454	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 0 ∈ ℤ)
11	5	nn0zd 9563	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℤ)
12	10, 11	fzfigd 10648	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (0...𝑁) ∈ Fin)
13		eqid 2229	. . . . 5 ⊢ (𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖)) = (𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖))
14	13	dvdsppwf1o 15657	. . . 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 6008	. . . 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 10306	. . . . . 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 10912	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑘) ∈ ℕ)
22	13, 16, 17, 21	fvmptd3 5727	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑖 ∈ (0...𝑁) ↦ (𝑃↑𝑖))‘𝑘) = (𝑃↑𝑘))
23		elrabi 2956	. . . . . 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 9886	. . . 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 15595	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)}) → (𝑛↑𝑐𝐴) ∈ ℂ)
28	9, 12, 15, 22, 27	fsumf1o 11896	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → Σ𝑛 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑃↑𝑁)} (𝑛↑𝑐𝐴) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
29	20	nn0cnd 9420	. . . . . 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 8164	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑘 · 𝐴) = (𝐴 · 𝑘))
32	31	oveq2d 6016	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝑘 · 𝐴)) = (𝑃↑𝑐(𝐴 · 𝑘)))
33	18	nnrpd 9886	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑃 ∈ ℝ+)
34	20	nn0red 9419	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑘 ∈ ℝ)
35	33, 34, 30	cxpmuld 15605	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝑘 · 𝐴)) = ((𝑃↑𝑐𝑘)↑𝑐𝐴))
36	20	nn0zd 9563	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑘 ∈ ℤ)
37		cxpexpnn 15564	. . . . . . 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 6015	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑃↑𝑐𝑘)↑𝑐𝐴) = ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
40	35, 39	eqtrd 2262	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝑘 · 𝐴)) = ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴))
41	33, 30, 20	rpcxpmul2d 15600	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑃↑𝑐(𝐴 · 𝑘)) = ((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))
42	32, 40, 41	3eqtr3d 2270	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴) = ((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))
43	42	sumeq2dv 11874	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑘)↑𝑐𝐴) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))
44	8, 28, 43	3eqtrd 2266	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑃 ∈ ℙ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 σ (𝑃↑𝑁)) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑃↑𝑐𝐴)↑𝑘))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 104   ∧ w3a 1002   = wceq 1395   ∈ wcel 2200  {crab 2512   class class class wbr 4082   ↦ cmpt 4144  –1-1-onto→wf1o 5316  (class class class)co 6000  ℂcc 7993  0cc0 7995   · cmul 8000  ℕcn 9106  ℕ₀cn0 9365  ℤcz 9442  ...cfz 10200  ↑cexp 10755  Σcsu 11859   ∥ cdvds 12293  ℙcprime 12624  ↑_𝑐ccxp 15525   σ csgm 15649

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 617  ax-in2 618  ax-io 714  ax-5 1493  ax-7 1494  ax-gen 1495  ax-ie1 1539  ax-ie2 1540  ax-8 1550  ax-10 1551  ax-11 1552  ax-i12 1553  ax-bndl 1555  ax-4 1556  ax-17 1572  ax-i9 1576  ax-ial 1580  ax-i5r 1581  ax-13 2202  ax-14 2203  ax-ext 2211  ax-coll 4198  ax-sep 4201  ax-nul 4209  ax-pow 4257  ax-pr 4292  ax-un 4523  ax-setind 4628  ax-iinf 4679  ax-cnex 8086  ax-resscn 8087  ax-1cn 8088  ax-1re 8089  ax-icn 8090  ax-addcl 8091  ax-addrcl 8092  ax-mulcl 8093  ax-mulrcl 8094  ax-addcom 8095  ax-mulcom 8096  ax-addass 8097  ax-mulass 8098  ax-distr 8099  ax-i2m1 8100  ax-0lt1 8101  ax-1rid 8102  ax-0id 8103  ax-rnegex 8104  ax-precex 8105  ax-cnre 8106  ax-pre-ltirr 8107  ax-pre-ltwlin 8108  ax-pre-lttrn 8109  ax-pre-apti 8110  ax-pre-ltadd 8111  ax-pre-mulgt0 8112  ax-pre-mulext 8113  ax-arch 8114  ax-caucvg 8115  ax-pre-suploc 8116  ax-addf 8117  ax-mulf 8118

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-stab 836  df-dc 840  df-3or 1003  df-3an 1004  df-tru 1398  df-fal 1401  df-nf 1507  df-sb 1809  df-eu 2080  df-mo 2081  df-clab 2216  df-cleq 2222  df-clel 2225  df-nfc 2361  df-ne 2401  df-nel 2496  df-ral 2513  df-rex 2514  df-reu 2515  df-rmo 2516  df-rab 2517  df-v 2801  df-sbc 3029  df-csb 3125  df-dif 3199  df-un 3201  df-in 3203  df-ss 3210  df-nul 3492  df-if 3603  df-pw 3651  df-sn 3672  df-pr 3673  df-op 3675  df-uni 3888  df-int 3923  df-iun 3966  df-disj 4059  df-br 4083  df-opab 4145  df-mpt 4146  df-tr 4182  df-id 4383  df-po 4386  df-iso 4387  df-iord 4456  df-on 4458  df-ilim 4459  df-suc 4461  df-iom 4682  df-xp 4724  df-rel 4725  df-cnv 4726  df-co 4727  df-dm 4728  df-rn 4729  df-res 4730  df-ima 4731  df-iota 5277  df-fun 5319  df-fn 5320  df-f 5321  df-f1 5322  df-fo 5323  df-f1o 5324  df-fv 5325  df-isom 5326  df-riota 5953  df-ov 6003  df-oprab 6004  df-mpo 6005  df-of 6216  df-1st 6284  df-2nd 6285  df-recs 6449  df-irdg 6514  df-frec 6535  df-1o 6560  df-2o 6561  df-oadd 6564  df-er 6678  df-map 6795  df-pm 6796  df-en 6886  df-dom 6887  df-fin 6888  df-sup 7147  df-inf 7148  df-pnf 8179  df-mnf 8180  df-xr 8181  df-ltxr 8182  df-le 8183  df-sub 8315  df-neg 8316  df-reap 8718  df-ap 8725  df-div 8816  df-inn 9107  df-2 9165  df-3 9166  df-4 9167  df-n0 9366  df-xnn0 9429  df-z 9443  df-uz 9719  df-q 9811  df-rp 9846  df-xneg 9964  df-xadd 9965  df-ioo 10084  df-ico 10086  df-icc 10087  df-fz 10201  df-fzo 10335  df-fl 10485  df-mod 10540  df-seqfrec 10665  df-exp 10756  df-fac 10943  df-bc 10965  df-ihash 10993  df-shft 11321  df-cj 11348  df-re 11349  df-im 11350  df-rsqrt 11504  df-abs 11505  df-clim 11785  df-sumdc 11860  df-ef 12154  df-e 12155  df-dvds 12294  df-gcd 12470  df-prm 12625  df-pc 12803  df-rest 13269  df-topgen 13288  df-psmet 14501  df-xmet 14502  df-met 14503  df-bl 14504  df-mopn 14505  df-top 14666  df-topon 14679  df-bases 14711  df-ntr 14764  df-cn 14856  df-cnp 14857  df-tx 14921  df-cncf 15239  df-limced 15324  df-dvap 15325  df-relog 15526  df-rpcxp 15527  df-sgm 15650

This theorem is referenced by:  1sgmprm  15662  1sgm2ppw  15663