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 40550
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 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
fsumsermpt.z 𝑍 = (ℤ𝑀)
fsumsermpt.a ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
fsumsermpt.f 𝐹 = (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴)
fsumsermpt.g 𝐺 = seq𝑀( + , (𝑘𝑍𝐴))
Assertion
Ref Expression
fsumsermpt (𝜑𝐹 = 𝐺)
Distinct variable groups:   𝐴,𝑛   𝑘,𝑀,𝑛   𝑘,𝑍,𝑛   𝜑,𝑘
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑛)   𝐴(𝑘)   𝐹(𝑘,𝑛)   𝐺(𝑘,𝑛)

Proof of Theorem fsumsermpt
Dummy variables 𝑗 𝑚 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 fzfid 13026 . . . . . 6 (𝜑 → (𝑀...𝑚) ∈ Fin)
2 simpl 475 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝜑)
3 elfzuz 12591 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑀))
4 fsumsermpt.z . . . . . . . . 9 𝑍 = (ℤ𝑀)
53, 4syl6eleqr 2890 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑘𝑍)
65adantl 474 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝑘𝑍)
7 fsumsermpt.a . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
82, 6, 7syl2anc 580 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝐴 ∈ ℂ)
91, 8fsumcl 14804 . . . . 5 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ)
109adantr 473 . . . 4 ((𝜑𝑚𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ)
1110ralrimiva 3148 . . 3 (𝜑 → ∀𝑚𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ)
12 fsumsermpt.f . . . . 5 𝐹 = (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴)
13 oveq2 6887 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → (𝑀...𝑛) = (𝑀...𝑚))
1413sumeq1d 14771 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑚 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
1514cbvmptv 4944 . . . . 5 (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴) = (𝑚𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
1612, 15eqtri 2822 . . . 4 𝐹 = (𝑚𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
1716fnmpt 6232 . . 3 (∀𝑚𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ → 𝐹 Fn 𝑍)
1811, 17syl 17 . 2 (𝜑𝐹 Fn 𝑍)
19 fsumsermpt.m . . . . 5 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
20 simpr 478 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗𝑍) → 𝑗𝑍)
21 nfv 2010 . . . . . . . . 9 𝑘(𝜑𝑗𝑍)
22 nfcv 2942 . . . . . . . . . . 11 𝑘𝑗
2322nfcsb1 3744 . . . . . . . . . 10 𝑘𝑗 / 𝑘𝐴
2423nfel1 2957 . . . . . . . . 9 𝑘𝑗 / 𝑘𝐴 ∈ ℂ
2521, 24nfim 1996 . . . . . . . 8 𝑘((𝜑𝑗𝑍) → 𝑗 / 𝑘𝐴 ∈ ℂ)
26 eleq1w 2862 . . . . . . . . . 10 (𝑘 = 𝑗 → (𝑘𝑍𝑗𝑍))
2726anbi2d 623 . . . . . . . . 9 (𝑘 = 𝑗 → ((𝜑𝑘𝑍) ↔ (𝜑𝑗𝑍)))
28 csbeq1a 3738 . . . . . . . . . 10 (𝑘 = 𝑗𝐴 = 𝑗 / 𝑘𝐴)
2928eleq1d 2864 . . . . . . . . 9 (𝑘 = 𝑗 → (𝐴 ∈ ℂ ↔ 𝑗 / 𝑘𝐴 ∈ ℂ))
3027, 29imbi12d 336 . . . . . . . 8 (𝑘 = 𝑗 → (((𝜑𝑘𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ) ↔ ((𝜑𝑗𝑍) → 𝑗 / 𝑘𝐴 ∈ ℂ)))
3125, 30, 7chvar 2403 . . . . . . 7 ((𝜑𝑗𝑍) → 𝑗 / 𝑘𝐴 ∈ ℂ)
32 eqid 2800 . . . . . . . 8 (𝑘𝑍𝐴) = (𝑘𝑍𝐴)
3322, 23, 28, 32fvmptf 6527 . . . . . . 7 ((𝑗𝑍𝑗 / 𝑘𝐴 ∈ ℂ) → ((𝑘𝑍𝐴)‘𝑗) = 𝑗 / 𝑘𝐴)
3420, 31, 33syl2anc 580 . . . . . 6 ((𝜑𝑗𝑍) → ((𝑘𝑍𝐴)‘𝑗) = 𝑗 / 𝑘𝐴)
3534, 31eqeltrd 2879 . . . . 5 ((𝜑𝑗𝑍) → ((𝑘𝑍𝐴)‘𝑗) ∈ ℂ)
36 addcl 10307 . . . . . 6 ((𝑗 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ) → (𝑗 + 𝑥) ∈ ℂ)
3736adantl 474 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ)) → (𝑗 + 𝑥) ∈ ℂ)
384, 19, 35, 37seqf 13075 . . . 4 (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑘𝑍𝐴)):𝑍⟶ℂ)
3938ffnd 6258 . . 3 (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑘𝑍𝐴)) Fn 𝑍)
40 fsumsermpt.g . . . . 5 𝐺 = seq𝑀( + , (𝑘𝑍𝐴))
4140a1i 11 . . . 4 (𝜑𝐺 = seq𝑀( + , (𝑘𝑍𝐴)))
4241fneq1d 6193 . . 3 (𝜑 → (𝐺 Fn 𝑍 ↔ seq𝑀( + , (𝑘𝑍𝐴)) Fn 𝑍))
4339, 42mpbird 249 . 2 (𝜑𝐺 Fn 𝑍)
44 simpr 478 . . . . 5 ((𝜑𝑚𝑍) → 𝑚𝑍)
4516fvmpt2 6517 . . . . 5 ((𝑚𝑍 ∧ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ) → (𝐹𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
4644, 10, 45syl2anc 580 . . . 4 ((𝜑𝑚𝑍) → (𝐹𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
47 nfcv 2942 . . . . . 6 𝑗(𝑀...𝑚)
48 nfcv 2942 . . . . . 6 𝑘(𝑀...𝑚)
49 nfcv 2942 . . . . . 6 𝑗𝐴
5028, 47, 48, 49, 23cbvsum 14765 . . . . 5 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 = Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)𝑗 / 𝑘𝐴
5150a1i 11 . . . 4 ((𝜑𝑚𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 = Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)𝑗 / 𝑘𝐴)
5246, 51eqtrd 2834 . . 3 ((𝜑𝑚𝑍) → (𝐹𝑚) = Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)𝑗 / 𝑘𝐴)
53 simpl 475 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝜑)
54 elfzuz 12591 . . . . . . . 8 (𝑗 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑗 ∈ (ℤ𝑀))
5554, 4syl6eleqr 2890 . . . . . . 7 (𝑗 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑗𝑍)
5655adantl 474 . . . . . 6 ((𝜑𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝑗𝑍)
5753, 56, 34syl2anc 580 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → ((𝑘𝑍𝐴)‘𝑗) = 𝑗 / 𝑘𝐴)
5857adantlr 707 . . . 4 (((𝜑𝑚𝑍) ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → ((𝑘𝑍𝐴)‘𝑗) = 𝑗 / 𝑘𝐴)
59 id 22 . . . . . 6 (𝑚𝑍𝑚𝑍)
6059, 4syl6eleq 2889 . . . . 5 (𝑚𝑍𝑚 ∈ (ℤ𝑀))
6160adantl 474 . . . 4 ((𝜑𝑚𝑍) → 𝑚 ∈ (ℤ𝑀))
6253, 56, 31syl2anc 580 . . . . 5 ((𝜑𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝑗 / 𝑘𝐴 ∈ ℂ)
6362adantlr 707 . . . 4 (((𝜑𝑚𝑍) ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝑗 / 𝑘𝐴 ∈ ℂ)
6458, 61, 63fsumser 14801 . . 3 ((𝜑𝑚𝑍) → Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)𝑗 / 𝑘𝐴 = (seq𝑀( + , (𝑘𝑍𝐴))‘𝑚))
6540fveq1i 6413 . . . . 5 (𝐺𝑚) = (seq𝑀( + , (𝑘𝑍𝐴))‘𝑚)
6665eqcomi 2809 . . . 4 (seq𝑀( + , (𝑘𝑍𝐴))‘𝑚) = (𝐺𝑚)
6766a1i 11 . . 3 ((𝜑𝑚𝑍) → (seq𝑀( + , (𝑘𝑍𝐴))‘𝑚) = (𝐺𝑚))
6852, 64, 673eqtrd 2838 . 2 ((𝜑𝑚𝑍) → (𝐹𝑚) = (𝐺𝑚))
6918, 43, 68eqfnfvd 6541 1 (𝜑𝐹 = 𝐺)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 385   = wceq 1653  wcel 2157  wral 3090  csb 3729  cmpt 4923   Fn wfn 6097  cfv 6102  (class class class)co 6879  cc 10223   + caddc 10228  cz 11665  cuz 11929  ...cfz 12579  seqcseq 13054  Σcsu 14756
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1891  ax-4 1905  ax-5 2006  ax-6 2072  ax-7 2107  ax-8 2159  ax-9 2166  ax-10 2185  ax-11 2200  ax-12 2213  ax-13 2378  ax-ext 2778  ax-rep 4965  ax-sep 4976  ax-nul 4984  ax-pow 5036  ax-pr 5098  ax-un 7184  ax-inf2 8789  ax-cnex 10281  ax-resscn 10282  ax-1cn 10283  ax-icn 10284  ax-addcl 10285  ax-addrcl 10286  ax-mulcl 10287  ax-mulrcl 10288  ax-mulcom 10289  ax-addass 10290  ax-mulass 10291  ax-distr 10292  ax-i2m1 10293  ax-1ne0 10294  ax-1rid 10295  ax-rnegex 10296  ax-rrecex 10297  ax-cnre 10298  ax-pre-lttri 10299  ax-pre-lttrn 10300  ax-pre-ltadd 10301  ax-pre-mulgt0 10302  ax-pre-sup 10303
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 386  df-or 875  df-3or 1109  df-3an 1110  df-tru 1657  df-fal 1667  df-ex 1876  df-nf 1880  df-sb 2065  df-mo 2592  df-eu 2610  df-clab 2787  df-cleq 2793  df-clel 2796  df-nfc 2931  df-ne 2973  df-nel 3076  df-ral 3095  df-rex 3096  df-reu 3097  df-rmo 3098  df-rab 3099  df-v 3388  df-sbc 3635  df-csb 3730  df-dif 3773  df-un 3775  df-in 3777  df-ss 3784  df-pss 3786  df-nul 4117  df-if 4279  df-pw 4352  df-sn 4370  df-pr 4372  df-tp 4374  df-op 4376  df-uni 4630  df-int 4669  df-iun 4713  df-br 4845  df-opab 4907  df-mpt 4924  df-tr 4947  df-id 5221  df-eprel 5226  df-po 5234  df-so 5235  df-fr 5272  df-se 5273  df-we 5274  df-xp 5319  df-rel 5320  df-cnv 5321  df-co 5322  df-dm 5323  df-rn 5324  df-res 5325  df-ima 5326  df-pred 5899  df-ord 5945  df-on 5946  df-lim 5947  df-suc 5948  df-iota 6065  df-fun 6104  df-fn 6105  df-f 6106  df-f1 6107  df-fo 6108  df-f1o 6109  df-fv 6110  df-isom 6111  df-riota 6840  df-ov 6882  df-oprab 6883  df-mpt2 6884  df-om 7301  df-1st 7402  df-2nd 7403  df-wrecs 7646  df-recs 7708  df-rdg 7746  df-1o 7800  df-oadd 7804  df-er 7983  df-en 8197  df-dom 8198  df-sdom 8199  df-fin 8200  df-sup 8591  df-oi 8658  df-card 9052  df-pnf 10366  df-mnf 10367  df-xr 10368  df-ltxr 10369  df-le 10370  df-sub 10559  df-neg 10560  df-div 10978  df-nn 11314  df-2 11375  df-3 11376  df-n0 11580  df-z 11666  df-uz 11930  df-rp 12074  df-fz 12580  df-fzo 12720  df-seq 13055  df-exp 13114  df-hash 13370  df-cj 14179  df-re 14180  df-im 14181  df-sqrt 14315  df-abs 14316  df-clim 14559  df-sum 14757
This theorem is referenced by:  ovolval2lem  41598
  Copyright terms: Public domain W3C validator