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

Theorem bpolysum 15401
 Description: A sum for Bernoulli polynomials. (Contributed by Scott Fenton, 16-May-2014.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 22-May-2014.)
Assertion
Ref Expression
bpolysum ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) = (𝑋𝑁))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑁   𝑘,𝑋

Proof of Theorem bpolysum
StepHypRef Expression
1 simpl 485 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → 𝑁 ∈ ℕ0)
2 nn0uz 12274 . . . 4 0 = (ℤ‘0)
31, 2eleqtrdi 2923 . . 3 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → 𝑁 ∈ (ℤ‘0))
4 elfzelz 12902 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (0...𝑁) → 𝑘 ∈ ℤ)
5 bccl 13676 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑘 ∈ ℤ) → (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0)
61, 4, 5syl2an 597 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑁C𝑘) ∈ ℕ0)
76nn0cnd 11951 . . . 4 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑁C𝑘) ∈ ℂ)
8 elfznn0 12994 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (0...𝑁) → 𝑘 ∈ ℕ0)
9 simpr 487 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → 𝑋 ∈ ℂ)
10 bpolycl 15400 . . . . . 6 ((𝑘 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (𝑘 BernPoly 𝑋) ∈ ℂ)
118, 9, 10syl2anr 598 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑘 BernPoly 𝑋) ∈ ℂ)
12 fznn0sub 12933 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (0...𝑁) → (𝑁𝑘) ∈ ℕ0)
1312adantl 484 . . . . . . 7 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑁𝑘) ∈ ℕ0)
14 nn0p1nn 11930 . . . . . . 7 ((𝑁𝑘) ∈ ℕ0 → ((𝑁𝑘) + 1) ∈ ℕ)
1513, 14syl 17 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑁𝑘) + 1) ∈ ℕ)
1615nncnd 11648 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑁𝑘) + 1) ∈ ℂ)
1715nnne0d 11681 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑁𝑘) + 1) ≠ 0)
1811, 16, 17divcld 11410 . . . 4 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1)) ∈ ℂ)
197, 18mulcld 10655 . . 3 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → ((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) ∈ ℂ)
20 oveq2 7158 . . . 4 (𝑘 = 𝑁 → (𝑁C𝑘) = (𝑁C𝑁))
21 oveq1 7157 . . . . 5 (𝑘 = 𝑁 → (𝑘 BernPoly 𝑋) = (𝑁 BernPoly 𝑋))
22 oveq2 7158 . . . . . 6 (𝑘 = 𝑁 → (𝑁𝑘) = (𝑁𝑁))
2322oveq1d 7165 . . . . 5 (𝑘 = 𝑁 → ((𝑁𝑘) + 1) = ((𝑁𝑁) + 1))
2421, 23oveq12d 7168 . . . 4 (𝑘 = 𝑁 → ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1)) = ((𝑁 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑁) + 1)))
2520, 24oveq12d 7168 . . 3 (𝑘 = 𝑁 → ((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) = ((𝑁C𝑁) · ((𝑁 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑁) + 1))))
263, 19, 25fsumm1 15100 . 2 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) = (Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) + ((𝑁C𝑁) · ((𝑁 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑁) + 1)))))
27 bcnn 13666 . . . . . 6 (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝑁C𝑁) = 1)
2827adantr 483 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (𝑁C𝑁) = 1)
29 nn0cn 11901 . . . . . . . . . . 11 (𝑁 ∈ ℕ0𝑁 ∈ ℂ)
3029adantr 483 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → 𝑁 ∈ ℂ)
3130subidd 10979 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (𝑁𝑁) = 0)
3231oveq1d 7165 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁𝑁) + 1) = (0 + 1))
33 0p1e1 11753 . . . . . . . 8 (0 + 1) = 1
3432, 33syl6eq 2872 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁𝑁) + 1) = 1)
3534oveq2d 7166 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑁) + 1)) = ((𝑁 BernPoly 𝑋) / 1))
36 bpolycl 15400 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (𝑁 BernPoly 𝑋) ∈ ℂ)
3736div1d 11402 . . . . . 6 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁 BernPoly 𝑋) / 1) = (𝑁 BernPoly 𝑋))
3835, 37eqtrd 2856 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑁) + 1)) = (𝑁 BernPoly 𝑋))
3928, 38oveq12d 7168 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁C𝑁) · ((𝑁 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑁) + 1))) = (1 · (𝑁 BernPoly 𝑋)))
4036mulid2d 10653 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (1 · (𝑁 BernPoly 𝑋)) = (𝑁 BernPoly 𝑋))
4139, 40eqtrd 2856 . . 3 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁C𝑁) · ((𝑁 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑁) + 1))) = (𝑁 BernPoly 𝑋))
4241oveq2d 7166 . 2 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) + ((𝑁C𝑁) · ((𝑁 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑁) + 1)))) = (Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) + (𝑁 BernPoly 𝑋)))
43 bpolyval 15397 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (𝑁 BernPoly 𝑋) = ((𝑋𝑁) − Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1)))))
4443eqcomd 2827 . . 3 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑋𝑁) − Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1)))) = (𝑁 BernPoly 𝑋))
45 expcl 13441 . . . . 5 ((𝑋 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ0) → (𝑋𝑁) ∈ ℂ)
4645ancoms 461 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (𝑋𝑁) ∈ ℂ)
47 fzfid 13335 . . . . 5 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (0...(𝑁 − 1)) ∈ Fin)
48 fzssp1 12944 . . . . . . . 8 (0...(𝑁 − 1)) ⊆ (0...((𝑁 − 1) + 1))
49 ax-1cn 10589 . . . . . . . . . 10 1 ∈ ℂ
50 npcan 10889 . . . . . . . . . 10 ((𝑁 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → ((𝑁 − 1) + 1) = 𝑁)
5130, 49, 50sylancl 588 . . . . . . . . 9 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → ((𝑁 − 1) + 1) = 𝑁)
5251oveq2d 7166 . . . . . . . 8 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (0...((𝑁 − 1) + 1)) = (0...𝑁))
5348, 52sseqtrid 4018 . . . . . . 7 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (0...(𝑁 − 1)) ⊆ (0...𝑁))
5453sselda 3966 . . . . . 6 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → 𝑘 ∈ (0...𝑁))
5554, 19syldan 593 . . . . 5 (((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))) → ((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) ∈ ℂ)
5647, 55fsumcl 15084 . . . 4 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) ∈ ℂ)
5746, 56, 36subaddd 11009 . . 3 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (((𝑋𝑁) − Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1)))) = (𝑁 BernPoly 𝑋) ↔ (Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) + (𝑁 BernPoly 𝑋)) = (𝑋𝑁)))
5844, 57mpbid 234 . 2 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → (Σ𝑘 ∈ (0...(𝑁 − 1))((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) + (𝑁 BernPoly 𝑋)) = (𝑋𝑁))
5926, 42, 583eqtrd 2860 1 ((𝑁 ∈ ℕ0𝑋 ∈ ℂ) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · ((𝑘 BernPoly 𝑋) / ((𝑁𝑘) + 1))) = (𝑋𝑁))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 398   = wceq 1533   ∈ wcel 2110  ‘cfv 6349  (class class class)co 7150  ℂcc 10529  0cc0 10531  1c1 10532   + caddc 10534   · cmul 10536   − cmin 10864   / cdiv 11291  ℕcn 11632  ℕ0cn0 11891  ℤcz 11975  ℤ≥cuz 12237  ...cfz 12886  ↑cexp 13423  Ccbc 13656  Σcsu 15036   BernPoly cbp 15394 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1907  ax-6 1966  ax-7 2011  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2157  ax-12 2173  ax-ext 2793  ax-rep 5182  ax-sep 5195  ax-nul 5202  ax-pow 5258  ax-pr 5321  ax-un 7455  ax-inf2 9098  ax-cnex 10587  ax-resscn 10588  ax-1cn 10589  ax-icn 10590  ax-addcl 10591  ax-addrcl 10592  ax-mulcl 10593  ax-mulrcl 10594  ax-mulcom 10595  ax-addass 10596  ax-mulass 10597  ax-distr 10598  ax-i2m1 10599  ax-1ne0 10600  ax-1rid 10601  ax-rnegex 10602  ax-rrecex 10603  ax-cnre 10604  ax-pre-lttri 10605  ax-pre-lttrn 10606  ax-pre-ltadd 10607  ax-pre-mulgt0 10608  ax-pre-sup 10609 This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2066  df-mo 2618  df-eu 2650  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3496  df-sbc 3772  df-csb 3883  df-dif 3938  df-un 3940  df-in 3942  df-ss 3951  df-pss 3953  df-nul 4291  df-if 4467  df-pw 4540  df-sn 4561  df-pr 4563  df-tp 4565  df-op 4567  df-uni 4832  df-int 4869  df-iun 4913  df-br 5059  df-opab 5121  df-mpt 5139  df-tr 5165  df-id 5454  df-eprel 5459  df-po 5468  df-so 5469  df-fr 5508  df-se 5509  df-we 5510  df-xp 5555  df-rel 5556  df-cnv 5557  df-co 5558  df-dm 5559  df-rn 5560  df-res 5561  df-ima 5562  df-pred 6142  df-ord 6188  df-on 6189  df-lim 6190  df-suc 6191  df-iota 6308  df-fun 6351  df-fn 6352  df-f 6353  df-f1 6354  df-fo 6355  df-f1o 6356  df-fv 6357  df-isom 6358  df-riota 7108  df-ov 7153  df-oprab 7154  df-mpo 7155  df-om 7575  df-1st 7683  df-2nd 7684  df-wrecs 7941  df-recs 8002  df-rdg 8040  df-1o 8096  df-oadd 8100  df-er 8283  df-en 8504  df-dom 8505  df-sdom 8506  df-fin 8507  df-sup 8900  df-oi 8968  df-card 9362  df-pnf 10671  df-mnf 10672  df-xr 10673  df-ltxr 10674  df-le 10675  df-sub 10866  df-neg 10867  df-div 11292  df-nn 11633  df-2 11694  df-3 11695  df-n0 11892  df-z 11976  df-uz 12238  df-rp 12384  df-fz 12887  df-fzo 13028  df-seq 13364  df-exp 13424  df-fac 13628  df-bc 13657  df-hash 13685  df-cj 14452  df-re 14453  df-im 14454  df-sqrt 14588  df-abs 14589  df-clim 14839  df-sum 15037  df-bpoly 15395 This theorem is referenced by: (None)
 Copyright terms: Public domain W3C validator