Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  fsumsermpt Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem fsumsermpt 45029
Description: A finite sum expressed in terms of a partial sum of an infinite series. (Contributed by Glauco Siliprandi, 3-Mar-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
fsumsermpt.m (πœ‘ β†’ 𝑀 ∈ β„€)
fsumsermpt.z 𝑍 = (β„€β‰₯β€˜π‘€)
fsumsermpt.a ((πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍) β†’ 𝐴 ∈ β„‚)
fsumsermpt.f 𝐹 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...𝑛)𝐴)
fsumsermpt.g 𝐺 = seq𝑀( + , (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))
Assertion
Ref Expression
fsumsermpt (πœ‘ β†’ 𝐹 = 𝐺)
Distinct variable groups:   𝐴,𝑛   π‘˜,𝑀,𝑛   π‘˜,𝑍,𝑛   πœ‘,π‘˜
Allowed substitution hints:   πœ‘(𝑛)   𝐴(π‘˜)   𝐹(π‘˜,𝑛)   𝐺(π‘˜,𝑛)

Proof of Theorem fsumsermpt
Dummy variables 𝑗 π‘š π‘₯ are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fzfid 13968 . . . . . 6 (πœ‘ β†’ (𝑀...π‘š) ∈ Fin)
2 simpl 481 . . . . . . 7 ((πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)) β†’ πœ‘)
3 elfzuz 13527 . . . . . . . . 9 (π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š) β†’ π‘˜ ∈ (β„€β‰₯β€˜π‘€))
4 fsumsermpt.z . . . . . . . . 9 𝑍 = (β„€β‰₯β€˜π‘€)
53, 4eleqtrrdi 2836 . . . . . . . 8 (π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š) β†’ π‘˜ ∈ 𝑍)
65adantl 480 . . . . . . 7 ((πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)) β†’ π‘˜ ∈ 𝑍)
7 fsumsermpt.a . . . . . . 7 ((πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍) β†’ 𝐴 ∈ β„‚)
82, 6, 7syl2anc 582 . . . . . 6 ((πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)) β†’ 𝐴 ∈ β„‚)
91, 8fsumcl 15709 . . . . 5 (πœ‘ β†’ Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴 ∈ β„‚)
109adantr 479 . . . 4 ((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) β†’ Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴 ∈ β„‚)
1110ralrimiva 3136 . . 3 (πœ‘ β†’ βˆ€π‘š ∈ 𝑍 Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴 ∈ β„‚)
12 fsumsermpt.f . . . . 5 𝐹 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...𝑛)𝐴)
13 oveq2 7423 . . . . . . 7 (𝑛 = π‘š β†’ (𝑀...𝑛) = (𝑀...π‘š))
1413sumeq1d 15677 . . . . . 6 (𝑛 = π‘š β†’ Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...𝑛)𝐴 = Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴)
1514cbvmptv 5256 . . . . 5 (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...𝑛)𝐴) = (π‘š ∈ 𝑍 ↦ Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴)
1612, 15eqtri 2753 . . . 4 𝐹 = (π‘š ∈ 𝑍 ↦ Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴)
1716fnmpt 6689 . . 3 (βˆ€π‘š ∈ 𝑍 Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴 ∈ β„‚ β†’ 𝐹 Fn 𝑍)
1811, 17syl 17 . 2 (πœ‘ β†’ 𝐹 Fn 𝑍)
19 fsumsermpt.m . . . . 5 (πœ‘ β†’ 𝑀 ∈ β„€)
20 simpr 483 . . . . . . 7 ((πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) β†’ 𝑗 ∈ 𝑍)
21 nfv 1909 . . . . . . . . 9 β„²π‘˜(πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍)
22 nfcv 2892 . . . . . . . . . . 11 β„²π‘˜π‘—
2322nfcsb1 3909 . . . . . . . . . 10 β„²π‘˜β¦‹π‘— / π‘˜β¦Œπ΄
2423nfel1 2909 . . . . . . . . 9 β„²π‘˜β¦‹π‘— / π‘˜β¦Œπ΄ ∈ β„‚
2521, 24nfim 1891 . . . . . . . 8 β„²π‘˜((πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) β†’ ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄ ∈ β„‚)
26 eleq1w 2808 . . . . . . . . . 10 (π‘˜ = 𝑗 β†’ (π‘˜ ∈ 𝑍 ↔ 𝑗 ∈ 𝑍))
2726anbi2d 628 . . . . . . . . 9 (π‘˜ = 𝑗 β†’ ((πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍) ↔ (πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍)))
28 csbeq1a 3899 . . . . . . . . . 10 (π‘˜ = 𝑗 β†’ 𝐴 = ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄)
2928eleq1d 2810 . . . . . . . . 9 (π‘˜ = 𝑗 β†’ (𝐴 ∈ β„‚ ↔ ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄ ∈ β„‚))
3027, 29imbi12d 343 . . . . . . . 8 (π‘˜ = 𝑗 β†’ (((πœ‘ ∧ π‘˜ ∈ 𝑍) β†’ 𝐴 ∈ β„‚) ↔ ((πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) β†’ ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄ ∈ β„‚)))
3125, 30, 7chvarfv 2228 . . . . . . 7 ((πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) β†’ ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄ ∈ β„‚)
32 eqid 2725 . . . . . . . 8 (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) = (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)
3322, 23, 28, 32fvmptf 7020 . . . . . . 7 ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄ ∈ β„‚) β†’ ((π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)β€˜π‘—) = ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄)
3420, 31, 33syl2anc 582 . . . . . 6 ((πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) β†’ ((π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)β€˜π‘—) = ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄)
3534, 31eqeltrd 2825 . . . . 5 ((πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) β†’ ((π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)β€˜π‘—) ∈ β„‚)
36 addcl 11218 . . . . . 6 ((𝑗 ∈ β„‚ ∧ π‘₯ ∈ β„‚) β†’ (𝑗 + π‘₯) ∈ β„‚)
3736adantl 480 . . . . 5 ((πœ‘ ∧ (𝑗 ∈ β„‚ ∧ π‘₯ ∈ β„‚)) β†’ (𝑗 + π‘₯) ∈ β„‚)
384, 19, 35, 37seqf 14018 . . . 4 (πœ‘ β†’ seq𝑀( + , (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)):π‘βŸΆβ„‚)
3938ffnd 6717 . . 3 (πœ‘ β†’ seq𝑀( + , (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) Fn 𝑍)
40 fsumsermpt.g . . . . 5 𝐺 = seq𝑀( + , (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))
4140a1i 11 . . . 4 (πœ‘ β†’ 𝐺 = seq𝑀( + , (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)))
4241fneq1d 6641 . . 3 (πœ‘ β†’ (𝐺 Fn 𝑍 ↔ seq𝑀( + , (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) Fn 𝑍))
4339, 42mpbird 256 . 2 (πœ‘ β†’ 𝐺 Fn 𝑍)
44 simpr 483 . . . . 5 ((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) β†’ π‘š ∈ 𝑍)
4516fvmpt2 7010 . . . . 5 ((π‘š ∈ 𝑍 ∧ Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴 ∈ β„‚) β†’ (πΉβ€˜π‘š) = Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴)
4644, 10, 45syl2anc 582 . . . 4 ((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) β†’ (πΉβ€˜π‘š) = Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴)
47 nfcv 2892 . . . . . 6 Ⅎ𝑗(𝑀...π‘š)
48 nfcv 2892 . . . . . 6 β„²π‘˜(𝑀...π‘š)
49 nfcv 2892 . . . . . 6 Ⅎ𝑗𝐴
5028, 47, 48, 49, 23cbvsum 15671 . . . . 5 Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴 = Σ𝑗 ∈ (𝑀...π‘š)⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄
5150a1i 11 . . . 4 ((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) β†’ Ξ£π‘˜ ∈ (𝑀...π‘š)𝐴 = Σ𝑗 ∈ (𝑀...π‘š)⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄)
5246, 51eqtrd 2765 . . 3 ((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) β†’ (πΉβ€˜π‘š) = Σ𝑗 ∈ (𝑀...π‘š)⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄)
53 simpl 481 . . . . . 6 ((πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...π‘š)) β†’ πœ‘)
54 elfzuz 13527 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (𝑀...π‘š) β†’ 𝑗 ∈ (β„€β‰₯β€˜π‘€))
5554, 4eleqtrrdi 2836 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ (𝑀...π‘š) β†’ 𝑗 ∈ 𝑍)
5655adantl 480 . . . . . 6 ((πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...π‘š)) β†’ 𝑗 ∈ 𝑍)
5753, 56, 34syl2anc 582 . . . . 5 ((πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...π‘š)) β†’ ((π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)β€˜π‘—) = ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄)
5857adantlr 713 . . . 4 (((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...π‘š)) β†’ ((π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)β€˜π‘—) = ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄)
59 id 22 . . . . . 6 (π‘š ∈ 𝑍 β†’ π‘š ∈ 𝑍)
6059, 4eleqtrdi 2835 . . . . 5 (π‘š ∈ 𝑍 β†’ π‘š ∈ (β„€β‰₯β€˜π‘€))
6160adantl 480 . . . 4 ((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) β†’ π‘š ∈ (β„€β‰₯β€˜π‘€))
6253, 56, 31syl2anc 582 . . . . 5 ((πœ‘ ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...π‘š)) β†’ ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄ ∈ β„‚)
6362adantlr 713 . . . 4 (((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...π‘š)) β†’ ⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄ ∈ β„‚)
6458, 61, 63fsumser 15706 . . 3 ((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) β†’ Σ𝑗 ∈ (𝑀...π‘š)⦋𝑗 / π‘˜β¦Œπ΄ = (seq𝑀( + , (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))β€˜π‘š))
6540fveq1i 6892 . . . . 5 (πΊβ€˜π‘š) = (seq𝑀( + , (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))β€˜π‘š)
6665eqcomi 2734 . . . 4 (seq𝑀( + , (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))β€˜π‘š) = (πΊβ€˜π‘š)
6766a1i 11 . . 3 ((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) β†’ (seq𝑀( + , (π‘˜ ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))β€˜π‘š) = (πΊβ€˜π‘š))
6852, 64, 673eqtrd 2769 . 2 ((πœ‘ ∧ π‘š ∈ 𝑍) β†’ (πΉβ€˜π‘š) = (πΊβ€˜π‘š))
6918, 43, 68eqfnfvd 7037 1 (πœ‘ β†’ 𝐹 = 𝐺)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ∧ wa 394   = wceq 1533   ∈ wcel 2098  βˆ€wral 3051  β¦‹csb 3885   ↦ cmpt 5226   Fn wfn 6537  β€˜cfv 6542  (class class class)co 7415  β„‚cc 11134   + caddc 11139  β„€cz 12586  β„€β‰₯cuz 12850  ...cfz 13514  seqcseq 13996  Ξ£csu 15662
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 2166  ax-ext 2696  ax-rep 5280  ax-sep 5294  ax-nul 5301  ax-pow 5359  ax-pr 5423  ax-un 7737  ax-inf2 9662  ax-cnex 11192  ax-resscn 11193  ax-1cn 11194  ax-icn 11195  ax-addcl 11196  ax-addrcl 11197  ax-mulcl 11198  ax-mulrcl 11199  ax-mulcom 11200  ax-addass 11201  ax-mulass 11202  ax-distr 11203  ax-i2m1 11204  ax-1ne0 11205  ax-1rid 11206  ax-rnegex 11207  ax-rrecex 11208  ax-cnre 11209  ax-pre-lttri 11210  ax-pre-lttrn 11211  ax-pre-ltadd 11212  ax-pre-mulgt0 11213  ax-pre-sup 11214
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 846  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 2703  df-cleq 2717  df-clel 2802  df-nfc 2877  df-ne 2931  df-nel 3037  df-ral 3052  df-rex 3061  df-rmo 3364  df-reu 3365  df-rab 3420  df-v 3465  df-sbc 3770  df-csb 3886  df-dif 3943  df-un 3945  df-in 3947  df-ss 3957  df-pss 3960  df-nul 4319  df-if 4525  df-pw 4600  df-sn 4625  df-pr 4627  df-op 4631  df-uni 4904  df-int 4945  df-iun 4993  df-br 5144  df-opab 5206  df-mpt 5227  df-tr 5261  df-id 5570  df-eprel 5576  df-po 5584  df-so 5585  df-fr 5627  df-se 5628  df-we 5629  df-xp 5678  df-rel 5679  df-cnv 5680  df-co 5681  df-dm 5682  df-rn 5683  df-res 5684  df-ima 5685  df-pred 6300  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6494  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-isom 6551  df-riota 7371  df-ov 7418  df-oprab 7419  df-mpo 7420  df-om 7868  df-1st 7989  df-2nd 7990  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8388  df-rdg 8427  df-1o 8483  df-er 8721  df-en 8961  df-dom 8962  df-sdom 8963  df-fin 8964  df-sup 9463  df-oi 9531  df-card 9960  df-pnf 11278  df-mnf 11279  df-xr 11280  df-ltxr 11281  df-le 11282  df-sub 11474  df-neg 11475  df-div 11900  df-nn 12241  df-2 12303  df-3 12304  df-n0 12501  df-z 12587  df-uz 12851  df-rp 13005  df-fz 13515  df-fzo 13658  df-seq 13997  df-exp 14057  df-hash 14320  df-cj 15076  df-re 15077  df-im 15078  df-sqrt 15212  df-abs 15213  df-clim 15462  df-sum 15663
This theorem is referenced by:  ovolval2lem  46093
  Copyright terms: Public domain W3C validator