Theorem bpolydif 16001

Description: Calculate the difference between successive values of the Bernoulli polynomials. (Contributed by Scott Fenton, 16-May-2014.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 26-May-2014.)

Assertion

Ref	Expression
bpolydif	⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑁 BernPoly 𝑋)) = (𝑁 · (𝑋↑(𝑁 − 1))))

Proof of Theorem bpolydif

Dummy variables 𝑘 𝑚 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		oveq1 7418	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) = (𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)))
2		oveq1 7418	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑛 BernPoly 𝑋) = (𝑘 BernPoly 𝑋))
3	1, 2	oveq12d 7429	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → ((𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑛 BernPoly 𝑋)) = ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)))
4		id 22	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → 𝑛 = 𝑘)
5		oveq1 7418	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑛 − 1) = (𝑘 − 1))
6	5	oveq2d 7427	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑋↑(𝑛 − 1)) = (𝑋↑(𝑘 − 1)))
7	4, 6	oveq12d 7429	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑛 · (𝑋↑(𝑛 − 1))) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1))))
8	3, 7	eqeq12d 2748	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (((𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑛 BernPoly 𝑋)) = (𝑛 · (𝑋↑(𝑛 − 1))) ↔ ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1)))))
9	8	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → ((𝑋 ∈ ℂ → ((𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑛 BernPoly 𝑋)) = (𝑛 · (𝑋↑(𝑛 − 1)))) ↔ (𝑋 ∈ ℂ → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1))))))
10		oveq1 7418	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) = (𝑁 BernPoly (𝑋 + 1)))
11		oveq1 7418	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 BernPoly 𝑋) = (𝑁 BernPoly 𝑋))
12	10, 11	oveq12d 7429	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → ((𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑛 BernPoly 𝑋)) = ((𝑁 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑁 BernPoly 𝑋)))
13		id 22	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → 𝑛 = 𝑁)
14		oveq1 7418	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 − 1) = (𝑁 − 1))
15	14	oveq2d 7427	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑋↑(𝑛 − 1)) = (𝑋↑(𝑁 − 1)))
16	13, 15	oveq12d 7429	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 · (𝑋↑(𝑛 − 1))) = (𝑁 · (𝑋↑(𝑁 − 1))))
17	12, 16	eqeq12d 2748	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (((𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑛 BernPoly 𝑋)) = (𝑛 · (𝑋↑(𝑛 − 1))) ↔ ((𝑁 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑁 BernPoly 𝑋)) = (𝑁 · (𝑋↑(𝑁 − 1)))))
18	17	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → ((𝑋 ∈ ℂ → ((𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑛 BernPoly 𝑋)) = (𝑛 · (𝑋↑(𝑛 − 1)))) ↔ (𝑋 ∈ ℂ → ((𝑁 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑁 BernPoly 𝑋)) = (𝑁 · (𝑋↑(𝑁 − 1))))))
19		simp1 1136	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ ∀𝑘 ∈ (1...(𝑛 − 1))(𝑋 ∈ ℂ → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1)))) ∧ 𝑋 ∈ ℂ) → 𝑛 ∈ ℕ)
20		simp3 1138	. . . . 5 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ ∀𝑘 ∈ (1...(𝑛 − 1))(𝑋 ∈ ℂ → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1)))) ∧ 𝑋 ∈ ℂ) → 𝑋 ∈ ℂ)
21		simpl3 1193	. . . . . 6 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ ∧ ∀𝑘 ∈ (1...(𝑛 − 1))(𝑋 ∈ ℂ → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1)))) ∧ 𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑚 ∈ (1...(𝑛 − 1))) → 𝑋 ∈ ℂ)
22		oveq1 7418	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) = (𝑚 BernPoly (𝑋 + 1)))
23		oveq1 7418	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑘 BernPoly 𝑋) = (𝑚 BernPoly 𝑋))
24	22, 23	oveq12d 7429	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = ((𝑚 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑚 BernPoly 𝑋)))
25		id 22	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → 𝑘 = 𝑚)
26		oveq1 7418	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑘 − 1) = (𝑚 − 1))
27	26	oveq2d 7427	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑋↑(𝑘 − 1)) = (𝑋↑(𝑚 − 1)))
28	25, 27	oveq12d 7429	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1))) = (𝑚 · (𝑋↑(𝑚 − 1))))
29	24, 28	eqeq12d 2748	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1))) ↔ ((𝑚 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑚 BernPoly 𝑋)) = (𝑚 · (𝑋↑(𝑚 − 1)))))
30	29	imbi2d 340	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → ((𝑋 ∈ ℂ → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1)))) ↔ (𝑋 ∈ ℂ → ((𝑚 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑚 BernPoly 𝑋)) = (𝑚 · (𝑋↑(𝑚 − 1))))))
31	30	rspccva 3611	. . . . . . 7 ⊢ ((∀𝑘 ∈ (1...(𝑛 − 1))(𝑋 ∈ ℂ → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1)))) ∧ 𝑚 ∈ (1...(𝑛 − 1))) → (𝑋 ∈ ℂ → ((𝑚 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑚 BernPoly 𝑋)) = (𝑚 · (𝑋↑(𝑚 − 1)))))
32	31	3ad2antl2 1186	. . . . . 6 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ ∧ ∀𝑘 ∈ (1...(𝑛 − 1))(𝑋 ∈ ℂ → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1)))) ∧ 𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑚 ∈ (1...(𝑛 − 1))) → (𝑋 ∈ ℂ → ((𝑚 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑚 BernPoly 𝑋)) = (𝑚 · (𝑋↑(𝑚 − 1)))))
33	21, 32	mpd 15	. . . . 5 ⊢ (((𝑛 ∈ ℕ ∧ ∀𝑘 ∈ (1...(𝑛 − 1))(𝑋 ∈ ℂ → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1)))) ∧ 𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑚 ∈ (1...(𝑛 − 1))) → ((𝑚 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑚 BernPoly 𝑋)) = (𝑚 · (𝑋↑(𝑚 − 1))))
34	19, 20, 33	bpolydiflem 16000	. . . 4 ⊢ ((𝑛 ∈ ℕ ∧ ∀𝑘 ∈ (1...(𝑛 − 1))(𝑋 ∈ ℂ → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1)))) ∧ 𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑛 BernPoly 𝑋)) = (𝑛 · (𝑋↑(𝑛 − 1))))
35	34	3exp 1119	. . 3 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (∀𝑘 ∈ (1...(𝑛 − 1))(𝑋 ∈ ℂ → ((𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑘 BernPoly 𝑋)) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1)))) → (𝑋 ∈ ℂ → ((𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑛 BernPoly 𝑋)) = (𝑛 · (𝑋↑(𝑛 − 1))))))
36	9, 18, 35	nnsinds 13955	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝑋 ∈ ℂ → ((𝑁 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑁 BernPoly 𝑋)) = (𝑁 · (𝑋↑(𝑁 − 1)))))
37	36	imp 407	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑁 BernPoly 𝑋)) = (𝑁 · (𝑋↑(𝑁 − 1))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   ∧ w3a 1087   = wceq 1541   ∈ wcel 2106  ∀wral 3061  (class class class)co 7411  ℂcc 11110  1c1 11113   + caddc 11115   · cmul 11117   − cmin 11446  ℕcn 12214  ...cfz 13486  ↑cexp 14029   BernPoly cbp 15992

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2703  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5363  ax-pr 5427  ax-un 7727  ax-inf2 9638  ax-cnex 11168  ax-resscn 11169  ax-1cn 11170  ax-icn 11171  ax-addcl 11172  ax-addrcl 11173  ax-mulcl 11174  ax-mulrcl 11175  ax-mulcom 11176  ax-addass 11177  ax-mulass 11178  ax-distr 11179  ax-i2m1 11180  ax-1ne0 11181  ax-1rid 11182  ax-rnegex 11183  ax-rrecex 11184  ax-cnre 11185  ax-pre-lttri 11186  ax-pre-lttrn 11187  ax-pre-ltadd 11188  ax-pre-mulgt0 11189  ax-pre-sup 11190

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2710  df-cleq 2724  df-clel 2810  df-nfc 2885  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3433  df-v 3476  df-sbc 3778  df-csb 3894  df-dif 3951  df-un 3953  df-in 3955  df-ss 3965  df-pss 3967  df-nul 4323  df-if 4529  df-pw 4604  df-sn 4629  df-pr 4631  df-op 4635  df-uni 4909  df-int 4951  df-iun 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5574  df-eprel 5580  df-po 5588  df-so 5589  df-fr 5631  df-se 5632  df-we 5633  df-xp 5682  df-rel 5683  df-cnv 5684  df-co 5685  df-dm 5686  df-rn 5687  df-res 5688  df-ima 5689  df-pred 6300  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6495  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-isom 6552  df-riota 7367  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-om 7858  df-1st 7977  df-2nd 7978  df-frecs 8268  df-wrecs 8299  df-recs 8373  df-rdg 8412  df-1o 8468  df-er 8705  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-fin 8945  df-sup 9439  df-oi 9507  df-card 9936  df-pnf 11252  df-mnf 11253  df-xr 11254  df-ltxr 11255  df-le 11256  df-sub 11448  df-neg 11449  df-div 11874  df-nn 12215  df-2 12277  df-3 12278  df-n0 12475  df-z 12561  df-uz 12825  df-rp 12977  df-fz 13487  df-fzo 13630  df-seq 13969  df-exp 14030  df-fac 14236  df-bc 14265  df-hash 14293  df-cj 15048  df-re 15049  df-im 15050  df-sqrt 15184  df-abs 15185  df-clim 15434  df-sum 15635  df-bpoly 15993

This theorem is referenced by:  fsumkthpow  16002