Theorem bpolydif 16005

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 7412	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) = (𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)))
2		oveq1 7412	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑛 BernPoly 𝑋) = (𝑘 BernPoly 𝑋))
3	1, 2	oveq12d 7423	. . . . 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 7412	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑛 − 1) = (𝑘 − 1))
6	5	oveq2d 7421	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑋↑(𝑛 − 1)) = (𝑋↑(𝑘 − 1)))
7	4, 6	oveq12d 7423	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑛 · (𝑋↑(𝑛 − 1))) = (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1))))
8	3, 7	eqeq12d 2742	. . . 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 7412	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 BernPoly (𝑋 + 1)) = (𝑁 BernPoly (𝑋 + 1)))
11		oveq1 7412	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 BernPoly 𝑋) = (𝑁 BernPoly 𝑋))
12	10, 11	oveq12d 7423	. . . . 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 7412	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 − 1) = (𝑁 − 1))
15	14	oveq2d 7421	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑋↑(𝑛 − 1)) = (𝑋↑(𝑁 − 1)))
16	13, 15	oveq12d 7423	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 · (𝑋↑(𝑛 − 1))) = (𝑁 · (𝑋↑(𝑁 − 1))))
17	12, 16	eqeq12d 2742	. . . 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 1133	. . . . 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 1135	. . . . 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 1190	. . . . . 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 7412	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑘 BernPoly (𝑋 + 1)) = (𝑚 BernPoly (𝑋 + 1)))
23		oveq1 7412	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑘 BernPoly 𝑋) = (𝑚 BernPoly 𝑋))
24	22, 23	oveq12d 7423	. . . . . . . . . 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 7412	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑘 − 1) = (𝑚 − 1))
27	26	oveq2d 7421	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑋↑(𝑘 − 1)) = (𝑋↑(𝑚 − 1)))
28	25, 27	oveq12d 7423	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝑘 · (𝑋↑(𝑘 − 1))) = (𝑚 · (𝑋↑(𝑚 − 1))))
29	24, 28	eqeq12d 2742	. . . . . . . . 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 3605	. . . . . . 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 1183	. . . . . 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 16004	. . . 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 1116	. . 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 13959	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → (𝑋 ∈ ℂ → ((𝑁 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑁 BernPoly 𝑋)) = (𝑁 · (𝑋↑(𝑁 − 1)))))
37	36	imp 406	1 ⊢ ((𝑁 ∈ ℕ ∧ 𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁 BernPoly (𝑋 + 1)) − (𝑁 BernPoly 𝑋)) = (𝑁 · (𝑋↑(𝑁 − 1))))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   ∧ w3a 1084   = wceq 1533   ∈ wcel 2098  ∀wral 3055  (class class class)co 7405  ℂcc 11110  1c1 11113   + caddc 11115   · cmul 11117   − cmin 11448  ℕcn 12216  ...cfz 13490  ↑cexp 14032   BernPoly cbp 15996

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 2163  ax-ext 2697  ax-rep 5278  ax-sep 5292  ax-nul 5299  ax-pow 5356  ax-pr 5420  ax-un 7722  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 396  df-or 845  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 2704  df-cleq 2718  df-clel 2804  df-nfc 2879  df-ne 2935  df-nel 3041  df-ral 3056  df-rex 3065  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3427  df-v 3470  df-sbc 3773  df-csb 3889  df-dif 3946  df-un 3948  df-in 3950  df-ss 3960  df-pss 3962  df-nul 4318  df-if 4524  df-pw 4599  df-sn 4624  df-pr 4626  df-op 4630  df-uni 4903  df-int 4944  df-iun 4992  df-br 5142  df-opab 5204  df-mpt 5225  df-tr 5259  df-id 5567  df-eprel 5573  df-po 5581  df-so 5582  df-fr 5624  df-se 5625  df-we 5626  df-xp 5675  df-rel 5676  df-cnv 5677  df-co 5678  df-dm 5679  df-rn 5680  df-res 5681  df-ima 5682  df-pred 6294  df-ord 6361  df-on 6362  df-lim 6363  df-suc 6364  df-iota 6489  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-isom 6546  df-riota 7361  df-ov 7408  df-oprab 7409  df-mpo 7410  df-om 7853  df-1st 7974  df-2nd 7975  df-frecs 8267  df-wrecs 8298  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-1o 8467  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 11254  df-mnf 11255  df-xr 11256  df-ltxr 11257  df-le 11258  df-sub 11450  df-neg 11451  df-div 11876  df-nn 12217  df-2 12279  df-3 12280  df-n0 12477  df-z 12563  df-uz 12827  df-rp 12981  df-fz 13491  df-fzo 13634  df-seq 13973  df-exp 14033  df-fac 14239  df-bc 14268  df-hash 14296  df-cj 15052  df-re 15053  df-im 15054  df-sqrt 15188  df-abs 15189  df-clim 15438  df-sum 15639  df-bpoly 15997

This theorem is referenced by:  fsumkthpow  16006