Theorem fperiodmullem 43527

Description: A function with period 𝑇 is also periodic with period nonnegative multiple of 𝑇. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019.)

Hypotheses

Ref	Expression
fperiodmullem.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:ℝ⟶ℂ)
fperiodmullem.t	⊢ (𝜑 → 𝑇 ∈ ℝ)
fperiodmullem.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
fperiodmullem.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ ℝ)
fperiodmullem.per	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝐹‘(𝑥 + 𝑇)) = (𝐹‘𝑥))

Assertion

Ref	Expression
fperiodmullem	⊢ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑁 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐹   𝑥,𝑇   𝑥,𝑋   𝜑,𝑥

Allowed substitution hint:   𝑁(𝑥)

Proof of Theorem fperiodmullem

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fperiodmullem.n	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
2		oveq1 7364	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 0 → (𝑛 · 𝑇) = (0 · 𝑇))
3	2	oveq2d 7373	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 0 → (𝑋 + (𝑛 · 𝑇)) = (𝑋 + (0 · 𝑇)))
4	3	fveqeq2d 6850	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 0 → ((𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋) ↔ (𝐹‘(𝑋 + (0 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)))
5	4	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑛 = 0 → ((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (0 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))))
6		oveq1 7364	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑛 · 𝑇) = (𝑚 · 𝑇))
7	6	oveq2d 7373	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑋 + (𝑛 · 𝑇)) = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)))
8	7	fveqeq2d 6850	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → ((𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋) ↔ (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)))
9	8	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → ((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))))
10		oveq1 7364	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑛 · 𝑇) = ((𝑚 + 1) · 𝑇))
11	10	oveq2d 7373	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑋 + (𝑛 · 𝑇)) = (𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇)))
12	11	fveqeq2d 6850	. . . 4 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → ((𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋) ↔ (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)))
13	12	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → ((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))))
14		oveq1 7364	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 · 𝑇) = (𝑁 · 𝑇))
15	14	oveq2d 7373	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑋 + (𝑛 · 𝑇)) = (𝑋 + (𝑁 · 𝑇)))
16	15	fveqeq2d 6850	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → ((𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋) ↔ (𝐹‘(𝑋 + (𝑁 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)))
17	16	imbi2d 340	. . 3 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → ((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑁 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))))
18		fperiodmullem.t	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑇 ∈ ℝ)
19	18	recnd 11183	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑇 ∈ ℂ)
20	19	mul02d 11353	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (0 · 𝑇) = 0)
21	20	oveq2d 7373	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑋 + (0 · 𝑇)) = (𝑋 + 0))
22		fperiodmullem.x	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ ℝ)
23	22	recnd 11183	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ ℂ)
24	23	addid1d 11355	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑋 + 0) = 𝑋)
25	21, 24	eqtrd 2776	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑋 + (0 · 𝑇)) = 𝑋)
26	25	fveq2d 6846	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (0 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
27		simp3 1138	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → 𝜑)
28		simp1 1136	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → 𝑚 ∈ ℕ0)
29		simpr 485	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → 𝜑)
30		simpl 483	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)))
31	29, 30	mpd 15	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
32	31	3adant1 1130	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
33		nn0cn 12423	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → 𝑚 ∈ ℂ)
34	33	adantl 482	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑚 ∈ ℂ)
35		1cnd 11150	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 1 ∈ ℂ)
36	19	adantr 481	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑇 ∈ ℂ)
37	34, 35, 36	adddird 11180	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((𝑚 + 1) · 𝑇) = ((𝑚 · 𝑇) + (1 · 𝑇)))
38	37	oveq2d 7373	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇)) = (𝑋 + ((𝑚 · 𝑇) + (1 · 𝑇))))
39	23	adantr 481	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑋 ∈ ℂ)
40	34, 36	mulcld 11175	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑚 · 𝑇) ∈ ℂ)
41	35, 36	mulcld 11175	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (1 · 𝑇) ∈ ℂ)
42	39, 40, 41	addassd 11177	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + (1 · 𝑇)) = (𝑋 + ((𝑚 · 𝑇) + (1 · 𝑇))))
43	36	mulid2d 11173	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (1 · 𝑇) = 𝑇)
44	43	oveq2d 7373	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + (1 · 𝑇)) = ((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇))
45	38, 42, 44	3eqtr2d 2782	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇)) = ((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇))
46	45	fveq2d 6846	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)))
47	46	3adant3 1132	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)))
48	22	adantr 481	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑋 ∈ ℝ)
49		nn0re 12422	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → 𝑚 ∈ ℝ)
50	49	adantl 482	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑚 ∈ ℝ)
51	18	adantr 481	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑇 ∈ ℝ)
52	50, 51	remulcld 11185	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑚 · 𝑇) ∈ ℝ)
53	48, 52	readdcld 11184	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ)
54	53	ex 413	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℕ0 → (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ))
55	54	imdistani 569	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝜑 ∧ (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ))
56		eleq1 2825	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → (𝑥 ∈ ℝ ↔ (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ))
57	56	anbi2d 629	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ↔ (𝜑 ∧ (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ)))
58		fvoveq1 7380	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → (𝐹‘(𝑥 + 𝑇)) = (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)))
59		fveq2 6842	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → (𝐹‘𝑥) = (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))))
60	58, 59	eqeq12d 2752	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → ((𝐹‘(𝑥 + 𝑇)) = (𝐹‘𝑥) ↔ (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)) = (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇)))))
61	57, 60	imbi12d 344	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝐹‘(𝑥 + 𝑇)) = (𝐹‘𝑥)) ↔ ((𝜑 ∧ (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ) → (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)) = (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))))))
62		fperiodmullem.per	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝐹‘(𝑥 + 𝑇)) = (𝐹‘𝑥))
63	61, 62	vtoclg 3525	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ → ((𝜑 ∧ (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ) → (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)) = (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇)))))
64	53, 55, 63	sylc 65	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)) = (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))))
65	64	3adant3 1132	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) → (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)) = (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))))
66		simp3 1138	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
67	47, 65, 66	3eqtrd 2780	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
68	27, 28, 32, 67	syl3anc 1371	. . . 4 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
69	68	3exp 1119	. . 3 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → ((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) → (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))))
70	5, 9, 13, 17, 26, 69	nn0ind 12598	. 2 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ0 → (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑁 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)))
71	1, 70	mpcom 38	1 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑁 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   ∧ w3a 1087   = wceq 1541   ∈ wcel 2106  ⟶wf 6492  ‘cfv 6496  (class class class)co 7357  ℂcc 11049  ℝcr 11050  0cc0 11051  1c1 11052   + caddc 11054   · cmul 11056  ℕ₀cn0 12413

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 2707  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7672  ax-resscn 11108  ax-1cn 11109  ax-icn 11110  ax-addcl 11111  ax-addrcl 11112  ax-mulcl 11113  ax-mulrcl 11114  ax-mulcom 11115  ax-addass 11116  ax-mulass 11117  ax-distr 11118  ax-i2m1 11119  ax-1ne0 11120  ax-1rid 11121  ax-rnegex 11122  ax-rrecex 11123  ax-cnre 11124  ax-pre-lttri 11125  ax-pre-lttrn 11126  ax-pre-ltadd 11127  ax-pre-mulgt0 11128

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 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3065  df-rex 3074  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-iun 4956  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-riota 7313  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7803  df-2nd 7922  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-rdg 8356  df-er 8648  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-pnf 11191  df-mnf 11192  df-xr 11193  df-ltxr 11194  df-le 11195  df-sub 11387  df-neg 11388  df-nn 12154  df-n0 12414  df-z 12500

This theorem is referenced by:  fperiodmul  43528