Theorem 3dvds 16311

Description: A rule for divisibility by 3 of a number written in base 10. This is Metamath 100 proof #85. (Contributed by Mario Carneiro, 14-Jul-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 17-Jan-2015.) (Revised by AV, 8-Sep-2021.)

Assertion

Ref	Expression
3dvds	⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) → (3 ∥ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) ↔ 3 ∥ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝐹‘𝑘)))

Distinct variable groups:   𝑘,𝐹   𝑘,𝑁

Proof of Theorem 3dvds

Dummy variable 𝑗 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		3z 12628	. . 3 ⊢ 3 ∈ ℤ
2	1	a1i 11	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) → 3 ∈ ℤ)
3		fzfid 13974	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) → (0...𝑁) ∈ Fin)
4		ffvelcdm 7090	. . . . 5 ⊢ ((𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℤ)
5	4	adantll 712	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℤ)
6		10nn 12726	. . . . . 6 ⊢ ;10 ∈ ℕ
7	6	nnzi 12619	. . . . 5 ⊢ ;10 ∈ ℤ
8		elfznn0 13629	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ (0...𝑁) → 𝑘 ∈ ℕ0)
9	8	adantl 480	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
10		zexpcl 14077	. . . . 5 ⊢ ((;10 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (;10↑𝑘) ∈ ℤ)
11	7, 9, 10	sylancr 585	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (;10↑𝑘) ∈ ℤ)
12	5, 11	zmulcld 12705	. . 3 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) ∈ ℤ)
13	3, 12	fsumzcl 15717	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) ∈ ℤ)
14	3, 5	fsumzcl 15717	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝐹‘𝑘) ∈ ℤ)
15	12, 5	zsubcld 12704	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) − (𝐹‘𝑘)) ∈ ℤ)
16		ax-1cn 11198	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 1 ∈ ℂ
17	6	nncni 12255	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ;10 ∈ ℂ
18	16, 17	negsubdi2i 11578	. . . . . . . . . . 11 ⊢ -(1 − ;10) = (;10 − 1)
19		9p1e10 12712	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (9 + 1) = ;10
20	19	eqcomi 2734	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ;10 = (9 + 1)
21	20	oveq1i 7429	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (;10 − 1) = ((9 + 1) − 1)
22		9cn 12345	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 9 ∈ ℂ
23	22, 16	pncan3oi 11508	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((9 + 1) − 1) = 9
24	18, 21, 23	3eqtri 2757	. . . . . . . . . 10 ⊢ -(1 − ;10) = 9
25		3t3e9 12412	. . . . . . . . . 10 ⊢ (3 · 3) = 9
26	24, 25	eqtr4i 2756	. . . . . . . . 9 ⊢ -(1 − ;10) = (3 · 3)
27	17	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ;10 ∈ ℂ)
28		1re 11246	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ 1 ∈ ℝ
29		1lt10 12849	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ 1 < ;10
30	28, 29	gtneii 11358	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ;10 ≠ 1
31	30	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ;10 ≠ 1)
32		id 22	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → 𝑘 ∈ ℕ0)
33	27, 31, 32	geoser 15849	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → Σ𝑗 ∈ (0...(𝑘 − 1))(;10↑𝑗) = ((1 − (;10↑𝑘)) / (1 − ;10)))
34		fzfid 13974	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (0...(𝑘 − 1)) ∈ Fin)
35		elfznn0 13629	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝑗 ∈ (0...(𝑘 − 1)) → 𝑗 ∈ ℕ0)
36	35	adantl 480	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ 𝑗 ∈ (0...(𝑘 − 1))) → 𝑗 ∈ ℕ0)
37		zexpcl 14077	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((;10 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ∈ ℕ0) → (;10↑𝑗) ∈ ℤ)
38	7, 36, 37	sylancr 585	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ0 ∧ 𝑗 ∈ (0...(𝑘 − 1))) → (;10↑𝑗) ∈ ℤ)
39	34, 38	fsumzcl 15717	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → Σ𝑗 ∈ (0...(𝑘 − 1))(;10↑𝑗) ∈ ℤ)
40	33, 39	eqeltrrd 2826	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ((1 − (;10↑𝑘)) / (1 − ;10)) ∈ ℤ)
41		1z 12625	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ 1 ∈ ℤ
42		zsubcl 12637	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((1 ∈ ℤ ∧ ;10 ∈ ℤ) → (1 − ;10) ∈ ℤ)
43	41, 7, 42	mp2an 690	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (1 − ;10) ∈ ℤ
44	28, 29	ltneii 11359	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ 1 ≠ ;10
45	16, 17	subeq0i 11572	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((1 − ;10) = 0 ↔ 1 = ;10)
46	45	necon3bii 2982	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((1 − ;10) ≠ 0 ↔ 1 ≠ ;10)
47	44, 46	mpbir 230	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (1 − ;10) ≠ 0
48	7, 32, 10	sylancr 585	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (;10↑𝑘) ∈ ℤ)
49		zsubcl 12637	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((1 ∈ ℤ ∧ (;10↑𝑘) ∈ ℤ) → (1 − (;10↑𝑘)) ∈ ℤ)
50	41, 48, 49	sylancr 585	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (1 − (;10↑𝑘)) ∈ ℤ)
51		dvdsval2 16237	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (((1 − ;10) ∈ ℤ ∧ (1 − ;10) ≠ 0 ∧ (1 − (;10↑𝑘)) ∈ ℤ) → ((1 − ;10) ∥ (1 − (;10↑𝑘)) ↔ ((1 − (;10↑𝑘)) / (1 − ;10)) ∈ ℤ))
52	43, 47, 50, 51	mp3an12i 1461	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ((1 − ;10) ∥ (1 − (;10↑𝑘)) ↔ ((1 − (;10↑𝑘)) / (1 − ;10)) ∈ ℤ))
53	40, 52	mpbird 256	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (1 − ;10) ∥ (1 − (;10↑𝑘)))
54	48	zcnd 12700	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (;10↑𝑘) ∈ ℂ)
55		negsubdi2 11551	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((;10↑𝑘) ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → -((;10↑𝑘) − 1) = (1 − (;10↑𝑘)))
56	54, 16, 55	sylancl 584	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → -((;10↑𝑘) − 1) = (1 − (;10↑𝑘)))
57	53, 56	breqtrrd 5177	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (1 − ;10) ∥ -((;10↑𝑘) − 1))
58		peano2zm 12638	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((;10↑𝑘) ∈ ℤ → ((;10↑𝑘) − 1) ∈ ℤ)
59	48, 58	syl 17	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ((;10↑𝑘) − 1) ∈ ℤ)
60		dvdsnegb 16254	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((1 − ;10) ∈ ℤ ∧ ((;10↑𝑘) − 1) ∈ ℤ) → ((1 − ;10) ∥ ((;10↑𝑘) − 1) ↔ (1 − ;10) ∥ -((;10↑𝑘) − 1)))
61	43, 59, 60	sylancr 585	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ((1 − ;10) ∥ ((;10↑𝑘) − 1) ↔ (1 − ;10) ∥ -((;10↑𝑘) − 1)))
62	57, 61	mpbird 256	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (1 − ;10) ∥ ((;10↑𝑘) − 1))
63		negdvdsb 16253	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((1 − ;10) ∈ ℤ ∧ ((;10↑𝑘) − 1) ∈ ℤ) → ((1 − ;10) ∥ ((;10↑𝑘) − 1) ↔ -(1 − ;10) ∥ ((;10↑𝑘) − 1)))
64	43, 59, 63	sylancr 585	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ((1 − ;10) ∥ ((;10↑𝑘) − 1) ↔ -(1 − ;10) ∥ ((;10↑𝑘) − 1)))
65	62, 64	mpbid 231	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → -(1 − ;10) ∥ ((;10↑𝑘) − 1))
66	26, 65	eqbrtrrid 5185	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → (3 · 3) ∥ ((;10↑𝑘) − 1))
67		muldvds1 16261	. . . . . . . . 9 ⊢ ((3 ∈ ℤ ∧ 3 ∈ ℤ ∧ ((;10↑𝑘) − 1) ∈ ℤ) → ((3 · 3) ∥ ((;10↑𝑘) − 1) → 3 ∥ ((;10↑𝑘) − 1)))
68	1, 1, 59, 67	mp3an12i 1461	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → ((3 · 3) ∥ ((;10↑𝑘) − 1) → 3 ∥ ((;10↑𝑘) − 1)))
69	66, 68	mpd 15	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ0 → 3 ∥ ((;10↑𝑘) − 1))
70	9, 69	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 3 ∥ ((;10↑𝑘) − 1))
71	11, 58	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((;10↑𝑘) − 1) ∈ ℤ)
72		dvdsmultr2 16278	. . . . . . 7 ⊢ ((3 ∈ ℤ ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ ℤ ∧ ((;10↑𝑘) − 1) ∈ ℤ) → (3 ∥ ((;10↑𝑘) − 1) → 3 ∥ ((𝐹‘𝑘) · ((;10↑𝑘) − 1))))
73	1, 5, 71, 72	mp3an2i 1462	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (3 ∥ ((;10↑𝑘) − 1) → 3 ∥ ((𝐹‘𝑘) · ((;10↑𝑘) − 1))))
74	70, 73	mpd 15	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 3 ∥ ((𝐹‘𝑘) · ((;10↑𝑘) − 1)))
75	5	zcnd 12700	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
76	11	zcnd 12700	. . . . . 6 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (;10↑𝑘) ∈ ℂ)
77	75, 76	muls1d 11706	. . . . 5 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝐹‘𝑘) · ((;10↑𝑘) − 1)) = (((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) − (𝐹‘𝑘)))
78	74, 77	breqtrd 5175	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → 3 ∥ (((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) − (𝐹‘𝑘)))
79	3, 2, 15, 78	fsumdvds 16288	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) → 3 ∥ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) − (𝐹‘𝑘)))
80	12	zcnd 12700	. . . 4 ⊢ (((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) ∈ ℂ)
81	3, 80, 75	fsumsub 15770	. . 3 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) − (𝐹‘𝑘)) = (Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) − Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝐹‘𝑘)))
82	79, 81	breqtrd 5175	. 2 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) → 3 ∥ (Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) − Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝐹‘𝑘)))
83		dvdssub2 16281	. 2 ⊢ (((3 ∈ ℤ ∧ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) ∈ ℤ ∧ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝐹‘𝑘) ∈ ℤ) ∧ 3 ∥ (Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) − Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝐹‘𝑘))) → (3 ∥ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) ↔ 3 ∥ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝐹‘𝑘)))
84	2, 13, 14, 82, 83	syl31anc 1370	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ0 ∧ 𝐹:(0...𝑁)⟶ℤ) → (3 ∥ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝐹‘𝑘) · (;10↑𝑘)) ↔ 3 ∥ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝐹‘𝑘)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 394   = wceq 1533   ∈ wcel 2098   ≠ wne 2929   class class class wbr 5149  ⟶wf 6545  ‘cfv 6549  (class class class)co 7419  ℂcc 11138  0cc0 11140  1c1 11141   + caddc 11143   · cmul 11145   − cmin 11476  -cneg 11477   / cdiv 11903  3c3 12301  9c9 12307  ℕ₀cn0 12505  ℤcz 12591  ;cdc 12710  ...cfz 13519  ↑cexp 14062  Σcsu 15668   ∥ cdvds 16234

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1789  ax-4 1803  ax-5 1905  ax-6 1963  ax-7 2003  ax-8 2100  ax-9 2108  ax-10 2129  ax-11 2146  ax-12 2166  ax-ext 2696  ax-rep 5286  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pow 5365  ax-pr 5429  ax-un 7741  ax-inf2 9666  ax-cnex 11196  ax-resscn 11197  ax-1cn 11198  ax-icn 11199  ax-addcl 11200  ax-addrcl 11201  ax-mulcl 11202  ax-mulrcl 11203  ax-mulcom 11204  ax-addass 11205  ax-mulass 11206  ax-distr 11207  ax-i2m1 11208  ax-1ne0 11209  ax-1rid 11210  ax-rnegex 11211  ax-rrecex 11212  ax-cnre 11213  ax-pre-lttri 11214  ax-pre-lttrn 11215  ax-pre-ltadd 11216  ax-pre-mulgt0 11217  ax-pre-sup 11218

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1774  df-nf 1778  df-sb 2060  df-mo 2528  df-eu 2557  df-clab 2703  df-cleq 2717  df-clel 2802  df-nfc 2877  df-ne 2930  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3363  df-reu 3364  df-rab 3419  df-v 3463  df-sbc 3774  df-csb 3890  df-dif 3947  df-un 3949  df-in 3951  df-ss 3961  df-pss 3964  df-nul 4323  df-if 4531  df-pw 4606  df-sn 4631  df-pr 4633  df-op 4637  df-uni 4910  df-int 4951  df-iun 4999  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-tr 5267  df-id 5576  df-eprel 5582  df-po 5590  df-so 5591  df-fr 5633  df-se 5634  df-we 5635  df-xp 5684  df-rel 5685  df-cnv 5686  df-co 5687  df-dm 5688  df-rn 5689  df-res 5690  df-ima 5691  df-pred 6307  df-ord 6374  df-on 6375  df-lim 6376  df-suc 6377  df-iota 6501  df-fun 6551  df-fn 6552  df-f 6553  df-f1 6554  df-fo 6555  df-f1o 6556  df-fv 6557  df-isom 6558  df-riota 7375  df-ov 7422  df-oprab 7423  df-mpo 7424  df-om 7872  df-1st 7994  df-2nd 7995  df-frecs 8287  df-wrecs 8318  df-recs 8392  df-rdg 8431  df-1o 8487  df-er 8725  df-en 8965  df-dom 8966  df-sdom 8967  df-fin 8968  df-sup 9467  df-oi 9535  df-card 9964  df-pnf 11282  df-mnf 11283  df-xr 11284  df-ltxr 11285  df-le 11286  df-sub 11478  df-neg 11479  df-div 11904  df-nn 12246  df-2 12308  df-3 12309  df-4 12310  df-5 12311  df-6 12312  df-7 12313  df-8 12314  df-9 12315  df-n0 12506  df-z 12592  df-dec 12711  df-uz 12856  df-rp 13010  df-fz 13520  df-fzo 13663  df-seq 14003  df-exp 14063  df-hash 14326  df-cj 15082  df-re 15083  df-im 15084  df-sqrt 15218  df-abs 15219  df-clim 15468  df-sum 15669  df-dvds 16235

This theorem is referenced by: (None)