MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  bitsinvp1 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem bitsinvp1 16599
Description: Recursive definition of the inverse of the bits function. (Contributed by Mario Carneiro, 8-Sep-2016.)
Hypothesis
Ref Expression
bitsinv.k 𝐾 = ◡(bits ↾ ℕ0)
Assertion
Ref Expression
bitsinvp1 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐾‘(𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) = ((𝐾‘(𝐴 ∩ (0..^𝑁))) + if(𝑁 ∈ 𝐴, (2↑𝑁), 0)))

Proof of Theorem bitsinvp1
Dummy variable 𝑘 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fzonel 13788 . . . . . . 7 ¬ 𝑁 ∈ (0..^𝑁)
21a1i 11 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ¬ 𝑁 ∈ (0..^𝑁))
3 disjsn 4672 . . . . . 6 (((0..^𝑁) ∩ {𝑁}) = ∅ ↔ ¬ 𝑁 ∈ (0..^𝑁))
42, 3sylibr 237 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ((0..^𝑁) ∩ {𝑁}) = ∅)
54ineq2d 4166 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∩ {𝑁})) = (𝐴 ∩ ∅))
6 inindi 4180 . . . 4 (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∩ {𝑁})) = ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∩ (𝐴 ∩ {𝑁}))
7 in0 4345 . . . 4 (𝐴 ∩ ∅) = ∅
85, 6, 73eqtr3g 2819 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∩ (𝐴 ∩ {𝑁})) = ∅)
9 simpr 490 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℕ0)
10 nn0uz 12984 . . . . . . 7 ℕ0 = (ℤ≥‘0)
119, 10eleqtrdi 2871 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘0))
12 fzosplitsn 13891 . . . . . 6 (𝑁 ∈ (ℤ≥‘0) → (0..^(𝑁 + 1)) = ((0..^𝑁) ∪ {𝑁}))
1311, 12syl 18 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (0..^(𝑁 + 1)) = ((0..^𝑁) ∪ {𝑁}))
1413ineq2d 4166 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) = (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∪ {𝑁})))
15 indi 4230 . . . 4 (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∪ {𝑁})) = ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∪ (𝐴 ∩ {𝑁}))
1614, 15eqtrdi 2812 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) = ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∪ (𝐴 ∩ {𝑁})))
17 fzofi 14097 . . . . 5 (0..^(𝑁 + 1)) ∈ Fin
1817a1i 11 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (0..^(𝑁 + 1)) ∈ Fin)
19 inss2 4183 . . . 4 (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ (0..^(𝑁 + 1))
20 ssfi 9172 . . . 4 (((0..^(𝑁 + 1)) ∈ Fin ∧ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ (0..^(𝑁 + 1))) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ∈ Fin)
2118, 19, 20sylancl 598 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ∈ Fin)
22 2nn 12397 . . . . . 6 2 ∈ ℕ
2322a1i 11 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → 2 ∈ ℕ)
24 inss1 4182 . . . . . . 7 (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ 𝐴
25 simpl 488 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝐴 ⊆ ℕ0)
2624, 25sstrid 3942 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ ℕ0)
2726sselda 3931 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
2823, 27nnexpcld 14369 . . . 4 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → (2↑𝑘) ∈ ℕ)
2928nncnd 12332 . . 3 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → (2↑𝑘) ∈ ℂ)
308, 16, 21, 29fsumsplit 15887 . 2 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))(2↑𝑘) = (Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^𝑁))(2↑𝑘) + Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘)))
31 elfpw 9327 . . . 4 ((𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ∈ (𝒫 ℕ0 ∩ Fin) ↔ ((𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ ℕ0 ∧ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ∈ Fin))
3226, 21, 31sylanbrc 595 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ∈ (𝒫 ℕ0 ∩ Fin))
33 bitsinv.k . . . 4 𝐾 = ◡(bits ↾ ℕ0)
3433bitsinv 16598 . . 3 ((𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ∈ (𝒫 ℕ0 ∩ Fin) → (𝐾‘(𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))(2↑𝑘))
3532, 34syl 18 . 2 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐾‘(𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))(2↑𝑘))
36 inss1 4182 . . . . . 6 (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ 𝐴
3736, 25sstrid 3942 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ ℕ0)
38 fzofi 14097 . . . . . . 7 (0..^𝑁) ∈ Fin
3938a1i 11 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (0..^𝑁) ∈ Fin)
40 inss2 4183 . . . . . 6 (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ (0..^𝑁)
41 ssfi 9172 . . . . . 6 (((0..^𝑁) ∈ Fin ∧ (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ (0..^𝑁)) → (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∈ Fin)
4239, 40, 41sylancl 598 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∈ Fin)
43 elfpw 9327 . . . . 5 ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∈ (𝒫 ℕ0 ∩ Fin) ↔ ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ ℕ0 ∧ (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∈ Fin))
4437, 42, 43sylanbrc 595 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∈ (𝒫 ℕ0 ∩ Fin))
4533bitsinv 16598 . . . 4 ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∈ (𝒫 ℕ0 ∩ Fin) → (𝐾‘(𝐴 ∩ (0..^𝑁))) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^𝑁))(2↑𝑘))
4644, 45syl 18 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐾‘(𝐴 ∩ (0..^𝑁))) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^𝑁))(2↑𝑘))
47 snssi 4746 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ 𝐴 → {𝑁} ⊆ 𝐴)
4847adantl 487 . . . . . . 7 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → {𝑁} ⊆ 𝐴)
49 sseqin2 4169 . . . . . . 7 ({𝑁} ⊆ 𝐴 ↔ (𝐴 ∩ {𝑁}) = {𝑁})
5048, 49sylib 221 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → (𝐴 ∩ {𝑁}) = {𝑁})
5150sumeq1d 15847 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘) = Σ𝑘 ∈ {𝑁} (2↑𝑘))
52 simpr 490 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → 𝑁 ∈ 𝐴)
5322a1i 11 . . . . . . . 8 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → 2 ∈ ℕ)
54 simplr 781 . . . . . . . 8 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → 𝑁 ∈ ℕ0)
5553, 54nnexpcld 14369 . . . . . . 7 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → (2↑𝑁) ∈ ℕ)
5655nncnd 12332 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → (2↑𝑁) ∈ ℂ)
57 oveq2 7420 . . . . . . 7 (𝑘 = 𝑁 → (2↑𝑘) = (2↑𝑁))
5857sumsn 15892 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ 𝐴 ∧ (2↑𝑁) ∈ ℂ) → Σ𝑘 ∈ {𝑁} (2↑𝑘) = (2↑𝑁))
5952, 56, 58syl2anc 596 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → Σ𝑘 ∈ {𝑁} (2↑𝑘) = (2↑𝑁))
6051, 59eqtr2d 2797 . . . 4 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → (2↑𝑁) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘))
61 simpr 490 . . . . . . 7 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴) → ¬ 𝑁 ∈ 𝐴)
62 disjsn 4672 . . . . . . 7 ((𝐴 ∩ {𝑁}) = ∅ ↔ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴)
6361, 62sylibr 237 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴) → (𝐴 ∩ {𝑁}) = ∅)
6463sumeq1d 15847 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴) → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘) = Σ𝑘 ∈ ∅ (2↑𝑘))
65 sum0 15867 . . . . 5 Σ𝑘 ∈ ∅ (2↑𝑘) = 0
6664, 65eqtr2di 2813 . . . 4 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴) → 0 = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘))
6760, 66ifeqda 4519 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → if(𝑁 ∈ 𝐴, (2↑𝑁), 0) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘))
6846, 67oveq12d 7430 . 2 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ((𝐾‘(𝐴 ∩ (0..^𝑁))) + if(𝑁 ∈ 𝐴, (2↑𝑁), 0)) = (Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^𝑁))(2↑𝑘) + Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘)))
6930, 35, 683eqtr4d 2806 1 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐾‘(𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) = ((𝐾‘(𝐴 ∩ (0..^𝑁))) + if(𝑁 ∈ 𝐴, (2↑𝑁), 0)))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ∪ cun 3897   ∩ cin 3898   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279  ifcif 4482  𝒫 cpw 4557  {csn 4584  ◡ccnv 5650   ↾ cres 5653  ‘cfv 6531  (class class class)co 7412  Fincfn 8957  ℂcc 11179  0cc0 11181  1c1 11182   + caddc 11184  ℕcn 12316  2c2 12378  ℕ0cn0 12587  ℤ≥cuz 12946  ..^cfzo 13768  ↑cexp 14184  Σcsu 15833  bitscbits 16569
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7740  ax-inf2 9626  ax-cnex 11237  ax-resscn 11238  ax-1cn 11239  ax-icn 11240  ax-addcl 11241  ax-addrcl 11242  ax-mulcl 11243  ax-mulrcl 11244  ax-mulcom 11245  ax-addass 11246  ax-mulass 11247  ax-distr 11248  ax-i2m1 11249  ax-1ne0 11250  ax-1rid 11251  ax-rnegex 11252  ax-rrecex 11253  ax-cnre 11254  ax-pre-lttri 11255  ax-pre-lttrn 11256  ax-pre-ltadd 11257  ax-pre-mulgt0 11258  ax-pre-sup 11259
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-rmo 3366  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-disj 5071  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6297  df-ord 6358  df-on 6359  df-lim 6360  df-suc 6361  df-iota 6487  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-isom 6540  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-1o 8460  df-2o 8461  df-oadd 8464  df-er 8701  df-map 8833  df-pm 8834  df-en 8958  df-dom 8959  df-sdom 8960  df-fin 8961  df-sup 9418  df-inf 9419  df-oi 9488  df-dju 9963  df-card 10001  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11524  df-neg 11525  df-div 11955  df-nn 12317  df-2 12386  df-3 12387  df-n0 12588  df-xnn0 12661  df-z 12675  df-uz 12947  df-rp 13102  df-fz 13621  df-fzo 13769  df-fl 13912  df-mod 13990  df-seq 14125  df-exp 14185  df-hash 14455  df-cj 15246  df-re 15247  df-im 15248  df-sqrt 15382  df-abs 15383  df-clim 15635  df-sum 15834  df-dvds 16403  df-bits 16572
This theorem is used by:  sadcaddlem  16607  sadadd2lem  16609
  Copyright terms: Public domain W3C validator