Theorem fperiodmullem 41563

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 7157	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 0 → (𝑛 · 𝑇) = (0 · 𝑇))
3	2	oveq2d 7166	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 0 → (𝑋 + (𝑛 · 𝑇)) = (𝑋 + (0 · 𝑇)))
4	3	fveqeq2d 6672	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 0 → ((𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋) ↔ (𝐹‘(𝑋 + (0 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)))
5	4	imbi2d 343	. . 3 ⊢ (𝑛 = 0 → ((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (0 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))))
6		oveq1 7157	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑛 · 𝑇) = (𝑚 · 𝑇))
7	6	oveq2d 7166	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑋 + (𝑛 · 𝑇)) = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)))
8	7	fveqeq2d 6672	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → ((𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋) ↔ (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)))
9	8	imbi2d 343	. . 3 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → ((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))))
10		oveq1 7157	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑛 · 𝑇) = ((𝑚 + 1) · 𝑇))
11	10	oveq2d 7166	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → (𝑋 + (𝑛 · 𝑇)) = (𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇)))
12	11	fveqeq2d 6672	. . . 4 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → ((𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋) ↔ (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)))
13	12	imbi2d 343	. . 3 ⊢ (𝑛 = (𝑚 + 1) → ((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ↔ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))))
14		oveq1 7157	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 · 𝑇) = (𝑁 · 𝑇))
15	14	oveq2d 7166	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → (𝑋 + (𝑛 · 𝑇)) = (𝑋 + (𝑁 · 𝑇)))
16	15	fveqeq2d 6672	. . . 4 ⊢ (𝑛 = 𝑁 → ((𝐹‘(𝑋 + (𝑛 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋) ↔ (𝐹‘(𝑋 + (𝑁 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)))
17	16	imbi2d 343	. . 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 10663	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑇 ∈ ℂ)
20	19	mul02d 10832	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (0 · 𝑇) = 0)
21	20	oveq2d 7166	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑋 + (0 · 𝑇)) = (𝑋 + 0))
22		fperiodmullem.x	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ ℝ)
23	22	recnd 10663	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ ℂ)
24	23	addid1d 10834	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑋 + 0) = 𝑋)
25	21, 24	eqtrd 2856	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑋 + (0 · 𝑇)) = 𝑋)
26	25	fveq2d 6668	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (0 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
27		simp3 1134	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → 𝜑)
28		simp1 1132	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → 𝑚 ∈ ℕ0)
29		simpr 487	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → 𝜑)
30		simpl 485	. . . . . . 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 1126	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
33		nn0cn 11901	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → 𝑚 ∈ ℂ)
34	33	adantl 484	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑚 ∈ ℂ)
35		1cnd 10630	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 1 ∈ ℂ)
36	19	adantr 483	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑇 ∈ ℂ)
37	34, 35, 36	adddird 10660	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((𝑚 + 1) · 𝑇) = ((𝑚 · 𝑇) + (1 · 𝑇)))
38	37	oveq2d 7166	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇)) = (𝑋 + ((𝑚 · 𝑇) + (1 · 𝑇))))
39	23	adantr 483	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑋 ∈ ℂ)
40	34, 36	mulcld 10655	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑚 · 𝑇) ∈ ℂ)
41	35, 36	mulcld 10655	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (1 · 𝑇) ∈ ℂ)
42	39, 40, 41	addassd 10657	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + (1 · 𝑇)) = (𝑋 + ((𝑚 · 𝑇) + (1 · 𝑇))))
43	36	mulid2d 10653	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (1 · 𝑇) = 𝑇)
44	43	oveq2d 7166	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → ((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + (1 · 𝑇)) = ((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇))
45	38, 42, 44	3eqtr2d 2862	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇)) = ((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇))
46	45	fveq2d 6668	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)))
47	46	3adant3 1128	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)))
48	22	adantr 483	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑋 ∈ ℝ)
49		nn0re 11900	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ0 → 𝑚 ∈ ℝ)
50	49	adantl 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑚 ∈ ℝ)
51	18	adantr 483	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑇 ∈ ℝ)
52	50, 51	remulcld 10665	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑚 · 𝑇) ∈ ℝ)
53	48, 52	readdcld 10664	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ)
54	53	ex 415	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℕ0 → (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ))
55	54	imdistani 571	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝜑 ∧ (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ))
56		eleq1 2900	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → (𝑥 ∈ ℝ ↔ (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ))
57	56	anbi2d 630	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ↔ (𝜑 ∧ (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) ∈ ℝ)))
58		fvoveq1 7173	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → (𝐹‘(𝑥 + 𝑇)) = (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)))
59		fveq2 6664	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → (𝐹‘𝑥) = (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))))
60	58, 59	eqeq12d 2837	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑥 = (𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) → ((𝐹‘(𝑥 + 𝑇)) = (𝐹‘𝑥) ↔ (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)) = (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇)))))
61	57, 60	imbi12d 347	. . . . . . . . 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 3567	. . . . . . . 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 1128	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) → (𝐹‘((𝑋 + (𝑚 · 𝑇)) + 𝑇)) = (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))))
66		simp3 1134	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
67	47, 65, 66	3eqtrd 2860	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
68	27, 28, 32, 67	syl3anc 1367	. . . 4 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ0 ∧ (𝜑 → (𝐹‘(𝑋 + (𝑚 · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋)) ∧ 𝜑) → (𝐹‘(𝑋 + ((𝑚 + 1) · 𝑇))) = (𝐹‘𝑋))
69	68	3exp 1115	. . 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 12071	. 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 398   ∧ w3a 1083   = wceq 1533   ∈ wcel 2110  ⟶wf 6345  ‘cfv 6349  (class class class)co 7150  ℂcc 10529  ℝcr 10530  0cc0 10531  1c1 10532   + caddc 10534   · cmul 10536  ℕ₀cn0 11891

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-sep 5195  ax-nul 5202  ax-pow 5258  ax-pr 5321  ax-un 7455  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

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1536  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-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-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-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-riota 7108  df-ov 7153  df-oprab 7154  df-mpo 7155  df-om 7575  df-wrecs 7941  df-recs 8002  df-rdg 8040  df-er 8283  df-en 8504  df-dom 8505  df-sdom 8506  df-pnf 10671  df-mnf 10672  df-xr 10673  df-ltxr 10674  df-le 10675  df-sub 10866  df-neg 10867  df-nn 11633  df-n0 11892  df-z 11976

This theorem is referenced by:  fperiodmul  41564