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

Theorem bpolysum 15993
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 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) = (๐‘‹โ†‘๐‘))
Distinct variable groups:   ๐‘˜,๐‘   ๐‘˜,๐‘‹

Proof of Theorem bpolysum
StepHypRef Expression
1 simpl 483 . . . 4 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„•0)
2 nn0uz 12860 . . . 4 โ„•0 = (โ„คโ‰ฅโ€˜0)
31, 2eleqtrdi 2843 . . 3 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ๐‘ โˆˆ (โ„คโ‰ฅโ€˜0))
4 elfzelz 13497 . . . . . 6 (๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„ค)
5 bccl 14278 . . . . . 6 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„ค) โ†’ (๐‘C๐‘˜) โˆˆ โ„•0)
61, 4, 5syl2an 596 . . . . 5 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)) โ†’ (๐‘C๐‘˜) โˆˆ โ„•0)
76nn0cnd 12530 . . . 4 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)) โ†’ (๐‘C๐‘˜) โˆˆ โ„‚)
8 elfznn0 13590 . . . . . 6 (๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0)
9 simpr 485 . . . . . 6 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„‚)
10 bpolycl 15992 . . . . . 6 ((๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) โˆˆ โ„‚)
118, 9, 10syl2anr 597 . . . . 5 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)) โ†’ (๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) โˆˆ โ„‚)
12 fznn0sub 13529 . . . . . . . 8 (๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘) โ†’ (๐‘ โˆ’ ๐‘˜) โˆˆ โ„•0)
1312adantl 482 . . . . . . 7 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)) โ†’ (๐‘ โˆ’ ๐‘˜) โˆˆ โ„•0)
14 nn0p1nn 12507 . . . . . . 7 ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) โˆˆ โ„•0 โ†’ ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1) โˆˆ โ„•)
1513, 14syl 17 . . . . . 6 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)) โ†’ ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1) โˆˆ โ„•)
1615nncnd 12224 . . . . 5 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)) โ†’ ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1) โˆˆ โ„‚)
1715nnne0d 12258 . . . . 5 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)) โ†’ ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1) โ‰  0)
1811, 16, 17divcld 11986 . . . 4 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)) โ†’ ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1)) โˆˆ โ„‚)
197, 18mulcld 11230 . . 3 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)) โ†’ ((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) โˆˆ โ„‚)
20 oveq2 7413 . . . 4 (๐‘˜ = ๐‘ โ†’ (๐‘C๐‘˜) = (๐‘C๐‘))
21 oveq1 7412 . . . . 5 (๐‘˜ = ๐‘ โ†’ (๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) = (๐‘ BernPoly ๐‘‹))
22 oveq2 7413 . . . . . 6 (๐‘˜ = ๐‘ โ†’ (๐‘ โˆ’ ๐‘˜) = (๐‘ โˆ’ ๐‘))
2322oveq1d 7420 . . . . 5 (๐‘˜ = ๐‘ โ†’ ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1) = ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1))
2421, 23oveq12d 7423 . . . 4 (๐‘˜ = ๐‘ โ†’ ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1)) = ((๐‘ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1)))
2520, 24oveq12d 7423 . . 3 (๐‘˜ = ๐‘ โ†’ ((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) = ((๐‘C๐‘) ยท ((๐‘ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1))))
263, 19, 25fsumm1 15693 . 2 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) = (ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) + ((๐‘C๐‘) ยท ((๐‘ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1)))))
27 bcnn 14268 . . . . . 6 (๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†’ (๐‘C๐‘) = 1)
2827adantr 481 . . . . 5 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐‘C๐‘) = 1)
29 nn0cn 12478 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ โˆˆ โ„•0 โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚)
3029adantr 481 . . . . . . . . . 10 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„‚)
3130subidd 11555 . . . . . . . . 9 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐‘ โˆ’ ๐‘) = 0)
3231oveq1d 7420 . . . . . . . 8 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1) = (0 + 1))
33 0p1e1 12330 . . . . . . . 8 (0 + 1) = 1
3432, 33eqtrdi 2788 . . . . . . 7 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1) = 1)
3534oveq2d 7421 . . . . . 6 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1)) = ((๐‘ BernPoly ๐‘‹) / 1))
36 bpolycl 15992 . . . . . . 7 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐‘ BernPoly ๐‘‹) โˆˆ โ„‚)
3736div1d 11978 . . . . . 6 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘ BernPoly ๐‘‹) / 1) = (๐‘ BernPoly ๐‘‹))
3835, 37eqtrd 2772 . . . . 5 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1)) = (๐‘ BernPoly ๐‘‹))
3928, 38oveq12d 7423 . . . 4 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘C๐‘) ยท ((๐‘ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1))) = (1 ยท (๐‘ BernPoly ๐‘‹)))
4036mullidd 11228 . . . 4 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (1 ยท (๐‘ BernPoly ๐‘‹)) = (๐‘ BernPoly ๐‘‹))
4139, 40eqtrd 2772 . . 3 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘C๐‘) ยท ((๐‘ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1))) = (๐‘ BernPoly ๐‘‹))
4241oveq2d 7421 . 2 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) + ((๐‘C๐‘) ยท ((๐‘ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘) + 1)))) = (ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) + (๐‘ BernPoly ๐‘‹)))
43 bpolyval 15989 . . . 4 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐‘ BernPoly ๐‘‹) = ((๐‘‹โ†‘๐‘) โˆ’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1)))))
4443eqcomd 2738 . . 3 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘‹โ†‘๐‘) โˆ’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1)))) = (๐‘ BernPoly ๐‘‹))
45 expcl 14041 . . . . 5 ((๐‘‹ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘ โˆˆ โ„•0) โ†’ (๐‘‹โ†‘๐‘) โˆˆ โ„‚)
4645ancoms 459 . . . 4 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (๐‘‹โ†‘๐‘) โˆˆ โ„‚)
47 fzfid 13934 . . . . 5 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (0...(๐‘ โˆ’ 1)) โˆˆ Fin)
48 fzssp1 13540 . . . . . . . 8 (0...(๐‘ โˆ’ 1)) โŠ† (0...((๐‘ โˆ’ 1) + 1))
49 ax-1cn 11164 . . . . . . . . . 10 1 โˆˆ โ„‚
50 npcan 11465 . . . . . . . . . 10 ((๐‘ โˆˆ โ„‚ โˆง 1 โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘ โˆ’ 1) + 1) = ๐‘)
5130, 49, 50sylancl 586 . . . . . . . . 9 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ((๐‘ โˆ’ 1) + 1) = ๐‘)
5251oveq2d 7421 . . . . . . . 8 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (0...((๐‘ โˆ’ 1) + 1)) = (0...๐‘))
5348, 52sseqtrid 4033 . . . . . . 7 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (0...(๐‘ โˆ’ 1)) โŠ† (0...๐‘))
5453sselda 3981 . . . . . 6 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘))
5554, 19syldan 591 . . . . 5 (((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โˆง ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))) โ†’ ((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) โˆˆ โ„‚)
5647, 55fsumcl 15675 . . . 4 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) โˆˆ โ„‚)
5746, 56, 36subaddd 11585 . . 3 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (((๐‘‹โ†‘๐‘) โˆ’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1)))) = (๐‘ BernPoly ๐‘‹) โ†” (ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) + (๐‘ BernPoly ๐‘‹)) = (๐‘‹โ†‘๐‘)))
5844, 57mpbid 231 . 2 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ (ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...(๐‘ โˆ’ 1))((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) + (๐‘ BernPoly ๐‘‹)) = (๐‘‹โ†‘๐‘))
5926, 42, 583eqtrd 2776 1 ((๐‘ โˆˆ โ„•0 โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚) โ†’ ฮฃ๐‘˜ โˆˆ (0...๐‘)((๐‘C๐‘˜) ยท ((๐‘˜ BernPoly ๐‘‹) / ((๐‘ โˆ’ ๐‘˜) + 1))) = (๐‘‹โ†‘๐‘))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โˆง wa 396   = wceq 1541   โˆˆ wcel 2106  โ€˜cfv 6540  (class class class)co 7405  โ„‚cc 11104  0cc0 11106  1c1 11107   + caddc 11109   ยท cmul 11111   โˆ’ cmin 11440   / cdiv 11867  โ„•cn 12208  โ„•0cn0 12468  โ„คcz 12554  โ„คโ‰ฅcuz 12818  ...cfz 13480  โ†‘cexp 14023  Ccbc 14258  ฮฃcsu 15628   BernPoly cbp 15986
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 5284  ax-sep 5298  ax-nul 5305  ax-pow 5362  ax-pr 5426  ax-un 7721  ax-inf2 9632  ax-cnex 11162  ax-resscn 11163  ax-1cn 11164  ax-icn 11165  ax-addcl 11166  ax-addrcl 11167  ax-mulcl 11168  ax-mulrcl 11169  ax-mulcom 11170  ax-addass 11171  ax-mulass 11172  ax-distr 11173  ax-i2m1 11174  ax-1ne0 11175  ax-1rid 11176  ax-rnegex 11177  ax-rrecex 11178  ax-cnre 11179  ax-pre-lttri 11180  ax-pre-lttrn 11181  ax-pre-ltadd 11182  ax-pre-mulgt0 11183  ax-pre-sup 11184
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 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3966  df-nul 4322  df-if 4528  df-pw 4603  df-sn 4628  df-pr 4630  df-op 4634  df-uni 4908  df-int 4950  df-iun 4998  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-tr 5265  df-id 5573  df-eprel 5579  df-po 5587  df-so 5588  df-fr 5630  df-se 5631  df-we 5632  df-xp 5681  df-rel 5682  df-cnv 5683  df-co 5684  df-dm 5685  df-rn 5686  df-res 5687  df-ima 5688  df-pred 6297  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6492  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-isom 6549  df-riota 7361  df-ov 7408  df-oprab 7409  df-mpo 7410  df-om 7852  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-frecs 8262  df-wrecs 8293  df-recs 8367  df-rdg 8406  df-1o 8462  df-er 8699  df-en 8936  df-dom 8937  df-sdom 8938  df-fin 8939  df-sup 9433  df-oi 9501  df-card 9930  df-pnf 11246  df-mnf 11247  df-xr 11248  df-ltxr 11249  df-le 11250  df-sub 11442  df-neg 11443  df-div 11868  df-nn 12209  df-2 12271  df-3 12272  df-n0 12469  df-z 12555  df-uz 12819  df-rp 12971  df-fz 13481  df-fzo 13624  df-seq 13963  df-exp 14024  df-fac 14230  df-bc 14259  df-hash 14287  df-cj 15042  df-re 15043  df-im 15044  df-sqrt 15178  df-abs 15179  df-clim 15428  df-sum 15629  df-bpoly 15987
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator