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

Theorem bitsinvp1 16651
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 13838 . . . . . . 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 4120 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∩ {𝑁})) = (𝐴 ∩ ∅))
6 inindi 4134 . . . 4 (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∩ {𝑁})) = ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∩ (𝐴 ∩ {𝑁}))
7 in0 4348 . . . 4 (𝐴 ∩ ∅) = ∅
85, 6, 73eqtr3g 2821 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∩ (𝐴 ∩ {𝑁})) = ∅)
9 simpr 490 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ ℕ0)
10 nn0uz 13033 . . . . . . 7 ℕ0 = (ℤ≥‘0)
119, 10eleqtrdi 2874 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝑁 ∈ (ℤ≥‘0))
12 fzosplitsn 13941 . . . . . 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 4120 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) = (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∪ {𝑁})))
15 indi 4232 . . . 4 (𝐴 ∩ ((0..^𝑁) ∪ {𝑁})) = ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∪ (𝐴 ∩ {𝑁}))
1614, 15eqtrdi 2814 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) = ((𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ∪ (𝐴 ∩ {𝑁})))
17 fzofi 14147 . . . . 5 (0..^(𝑁 + 1)) ∈ Fin
1817a1i 11 . . . 4 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (0..^(𝑁 + 1)) ∈ Fin)
19 inss2 4137 . . . 4 (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ (0..^(𝑁 + 1))
20 ssfi 9219 . . . 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 12446 . . . . . 6 2 ∈ ℕ
2322a1i 11 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → 2 ∈ ℕ)
24 inss1 4136 . . . . . . 7 (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ 𝐴
25 simpl 488 . . . . . . 7 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → 𝐴 ⊆ ℕ0)
2624, 25sstrid 3924 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1))) ⊆ ℕ0)
2726sselda 3913 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
2823, 27nnexpcld 14419 . . . 4 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → (2↑𝑘) ∈ ℕ)
2928nncnd 12381 . . 3 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ (0..^(𝑁 + 1)))) → (2↑𝑘) ∈ ℂ)
308, 16, 21, 29fsumsplit 15939 . 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 9374 . . . 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 16650 . . 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 4136 . . . . . 6 (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ 𝐴
3736, 25sstrid 3924 . . . . 5 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ ℕ0)
38 fzofi 14147 . . . . . . 7 (0..^𝑁) ∈ Fin
3938a1i 11 . . . . . 6 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (0..^𝑁) ∈ Fin)
40 inss2 4137 . . . . . 6 (𝐴 ∩ (0..^𝑁)) ⊆ (0..^𝑁)
41 ssfi 9219 . . . . . 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 9374 . . . . 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 16650 . . . 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 4123 . . . . . . 7 ({𝑁} ⊆ 𝐴 ↔ (𝐴 ∩ {𝑁}) = {𝑁})
5048, 49sylib 221 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → (𝐴 ∩ {𝑁}) = {𝑁})
5150sumeq1d 15899 . . . . 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 14419 . . . . . . 7 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → (2↑𝑁) ∈ ℕ)
5655nncnd 12381 . . . . . 6 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ 𝑁 ∈ 𝐴) → (2↑𝑁) ∈ ℂ)
57 oveq2 7454 . . . . . . 7 (𝑘 = 𝑁 → (2↑𝑘) = (2↑𝑁))
5857sumsn 15944 . . . . . 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 2799 . . . 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 15899 . . . . 5 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴) → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘) = Σ𝑘 ∈ ∅ (2↑𝑘))
65 sum0 15919 . . . . 5 Σ𝑘 ∈ ∅ (2↑𝑘) = 0
6664, 65eqtr2di 2815 . . . 4 (((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) ∧ ¬ 𝑁 ∈ 𝐴) → 0 = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘))
6760, 66ifeqda 4522 . . 3 ((𝐴 ⊆ ℕ0 ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → if(𝑁 ∈ 𝐴, (2↑𝑁), 0) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ {𝑁})(2↑𝑘))
6846, 67oveq12d 7464 . 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 2808 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 2147   ⊆ wss 3900   ∩ cin 4092   ∪ cun 4152  ∅c0 4281  ifcif 4485  𝒫 cpw 4560  {csn 4588  ◡ccnv 5655   ↾ cres 5658  ‘cfv 6561  (class class class)co 7446  Fincfn 9004  ℂcc 11228  0cc0 11230  1c1 11231   + caddc 11233  ℕcn 12365  2c2 12427  ℕ0cn0 12636  ℤ≥cuz 12995  ..^cfzo 13818  ↑cexp 14234  Σcsu 15885  bitscbits 16621
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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5236  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7778  ax-inf2 9672  ax-cnex 11286  ax-resscn 11287  ax-1cn 11288  ax-icn 11289  ax-addcl 11290  ax-addrcl 11291  ax-mulcl 11292  ax-mulrcl 11293  ax-mulcom 11294  ax-addass 11295  ax-mulass 11296  ax-distr 11297  ax-i2m1 11298  ax-1ne0 11299  ax-1rid 11300  ax-rnegex 11301  ax-rrecex 11302  ax-cnre 11303  ax-pre-lttri 11304  ax-pre-lttrn 11305  ax-pre-ltadd 11306  ax-pre-mulgt0 11307  ax-pre-sup 11308
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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-disj 5074  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5551  df-eprel 5556  df-po 5564  df-so 5565  df-fr 5609  df-se 5610  df-we 5611  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-pred 6325  df-ord 6386  df-on 6387  df-lim 6388  df-suc 6389  df-iota 6515  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-isom 6570  df-riota 7403  df-ov 7449  df-oprab 7450  df-mpo 7451  df-om 7905  df-1st 8028  df-2nd 8029  df-frecs 8330  df-wrecs 8361  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8507  df-2o 8508  df-oadd 8511  df-er 8748  df-map 8880  df-pm 8881  df-en 9005  df-dom 9006  df-sdom 9007  df-fin 9008  df-sup 9464  df-inf 9465  df-oi 9534  df-dju 10012  df-card 10050  df-pnf 11375  df-mnf 11376  df-xr 11377  df-ltxr 11378  df-le 11379  df-sub 11573  df-neg 11574  df-div 12004  df-nn 12366  df-2 12435  df-3 12436  df-n0 12637  df-xnn0 12710  df-z 12724  df-uz 12996  df-rp 13151  df-fz 13670  df-fzo 13819  df-fl 13962  df-mod 14040  df-seq 14175  df-exp 14235  df-hash 14505  df-cj 15298  df-re 15299  df-im 15300  df-sqrt 15434  df-abs 15435  df-clim 15687  df-sum 15886  df-dvds 16455  df-bits 16624
This theorem is used by:  sadcaddlem  16659  sadadd2lem  16661
  Copyright terms: Public domain W3C validator