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

Theorem bitsinvp1 16624
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 13811 . . . . . . 7 ¬ 𝑁 ∈ (0..^𝑁)
21a1i 11 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ¬ 𝑁 ∈ (0..^𝑁))
3 disjsn 4668 . . . . . 6 (((0..^𝑁) ∩ {𝑁}) = ∅ ↔ ¬ 𝑁 ∈ (0..^𝑁))
42, 3sylibr 237 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ((0..^𝑁) ∩ {𝑁}) = ∅)
54ineq2d 4117 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∩ {𝑁})) = (𝐴 ∩ ∅))
6 inindi 4131 . . . 4 (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∩ {𝑁})) = ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∩ (𝐴 ∩ {𝑁}))
7 in0 4344 . . . 4 (𝐴 ∩ ∅) = ∅
85, 6, 73eqtr3g 2818 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∩ (𝐴 ∩ {𝑁})) = ∅)
9 simpr 490 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℕ0)
10 nn0uz 13006 . . . . . . 7 ℕ0 = (ℤ≥‘0)
119, 10eleqtrdi 2870 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘0))
12 fzosplitsn 13914 . . . . . 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 4117 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) = (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∪ {𝑁})))
15 indi 4229 . . . 4 (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∪ {𝑁})) = ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∪ (𝐴 ∩ {𝑁}))
1614, 15eqtrdi 2811 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) = ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∪ (𝐴 ∩ {𝑁})))
17 fzofi 14120 . . . . 5 (0..^(𝑁 + 1)) ∈ Fin
1817a1i 11 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (0..^(𝑁 + 1)) ∈ Fin)
19 inss2 4134 . . . 4 (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ (0..^(𝑁 + 1))
20 ssfi 9191 . . . 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 12419 . . . . . 6 2 ∈ ℕ
2322a1i 11 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → 2 ∈ ℕ)
24 inss1 4133 . . . . . . 7 (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ 𝐴
25 simpl 488 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝐴 ⊆ ℕ0)
2624, 25sstrid 3919 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ ℕ0)
2726sselda 3908 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
2823, 27nnexpcld 14392 . . . 4 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → (2↑𝑘) ∈ ℕ)
2928nncnd 12354 . . 3 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → (2↑𝑘) ∈ ℂ)
308, 16, 21, 29fsumsplit 15912 . 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 9346 . . . 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 16623 . . 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 4133 . . . . . 6 (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ 𝐴
3736, 25sstrid 3919 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ ℕ0)
38 fzofi 14120 . . . . . . 7 (0..^𝑁) ∈ Fin
3938a1i 11 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (0..^𝑁) ∈ Fin)
40 inss2 4134 . . . . . 6 (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ (0..^𝑁)
41 ssfi 9191 . . . . . 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 9346 . . . . 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 16623 . . . 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 4742 . . . . . . . 8 (𝑁 ∈ 𝐴 → {𝑁} ⊆ 𝐴)
4847adantl 487 . . . . . . 7 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → {𝑁} ⊆ 𝐴)
49 sseqin2 4120 . . . . . . 7 ({𝑁} ⊆ 𝐴 ↔ (𝐴 ∩ {𝑁}) = {𝑁})
5048, 49sylib 221 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → (𝐴 ∩ {𝑁}) = {𝑁})
5150sumeq1d 15872 . . . . 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 14392 . . . . . . 7 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → (2↑𝑁) ∈ ℕ)
5655nncnd 12354 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → (2↑𝑁) ∈ ℂ)
57 oveq2 7428 . . . . . . 7 (𝑘 = 𝑁 → (2↑𝑘) = (2↑𝑁))
5857sumsn 15917 . . . . . 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 2796 . . . 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 4668 . . . . . . 7 ((𝐴 ∩ {𝑁}) = ∅ ↔ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴)
6361, 62sylibr 237 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴) → (𝐴 ∩ {𝑁}) = ∅)
6463sumeq1d 15872 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴) → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘) = Σ𝑘 ∈ ∅ (2↑𝑘))
65 sum0 15892 . . . . 5 Σ𝑘 ∈ ∅ (2↑𝑘) = 0
6664, 65eqtr2di 2812 . . . 4 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴) → 0 = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘))
6760, 66ifeqda 4518 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → if(𝑁 ∈ 𝐴, (2↑𝑁), 0) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘))
6846, 67oveq12d 7438 . 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 2805 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 1569   ∈ wcel 2144   ⊆ wss 3895   ∩ cin 4089   ∪ cun 4149  ∅c0 4278  ifcif 4481  𝒫 cpw 4556  {csn 4584  ◡ccnv 5649   ↾ cres 5652  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  Fincfn 8976  ℂcc 11201  0cc0 11203  1c1 11204   + caddc 11206  ℕcn 12338  2c2 12400  ℕ0cn0 12609  ℤ≥cuz 12968  ..^cfzo 13791  ↑cexp 14207  Σcsu 15858  bitscbits 16594
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-inf2 9645  ax-cnex 11259  ax-resscn 11260  ax-1cn 11261  ax-icn 11262  ax-addcl 11263  ax-addrcl 11264  ax-mulcl 11265  ax-mulrcl 11266  ax-mulcom 11267  ax-addass 11268  ax-mulass 11269  ax-distr 11270  ax-i2m1 11271  ax-1ne0 11272  ax-1rid 11273  ax-rnegex 11274  ax-rrecex 11275  ax-cnre 11276  ax-pre-lttri 11277  ax-pre-lttrn 11278  ax-pre-ltadd 11279  ax-pre-mulgt0 11280  ax-pre-sup 11281
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-disj 5070  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-se 5604  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-isom 6547  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-frecs 8302  df-wrecs 8333  df-recs 8382  df-rdg 8421  df-1o 8479  df-2o 8480  df-oadd 8483  df-er 8720  df-map 8852  df-pm 8853  df-en 8977  df-dom 8978  df-sdom 8979  df-fin 8980  df-sup 9437  df-inf 9438  df-oi 9507  df-dju 9985  df-card 10023  df-pnf 11348  df-mnf 11349  df-xr 11350  df-ltxr 11351  df-le 11352  df-sub 11546  df-neg 11547  df-div 11977  df-nn 12339  df-2 12408  df-3 12409  df-n0 12610  df-xnn0 12683  df-z 12697  df-uz 12969  df-rp 13124  df-fz 13643  df-fzo 13792  df-fl 13935  df-mod 14013  df-seq 14148  df-exp 14208  df-hash 14478  df-cj 15271  df-re 15272  df-im 15273  df-sqrt 15407  df-abs 15408  df-clim 15660  df-sum 15859  df-dvds 16428  df-bits 16597
This theorem is used by:  sadcaddlem  16632  sadadd2lem  16634
  Copyright terms: Public domain W3C validator