Theorem fsumsermpt 45105

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	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
fsumsermpt.z	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
fsumsermpt.a	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
fsumsermpt.f	⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴)
fsumsermpt.g	⊢ 𝐺 = seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))

Assertion

Ref	Expression
fsumsermpt	⊢ (𝜑 → 𝐹 = 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.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fzfid 13974	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑀...𝑚) ∈ Fin)
2		simpl 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝜑)
3		elfzuz 13532	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
4		fsumsermpt.z	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
5	3, 4	eleqtrrdi 2836	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑘 ∈ 𝑍)
6	5	adantl 480	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝑘 ∈ 𝑍)
7		fsumsermpt.a	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ)
8	2, 6, 7	syl2anc 582	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝐴 ∈ ℂ)
9	1, 8	fsumcl 15715	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ)
10	9	adantr 479	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ)
11	10	ralrimiva 3135	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑚 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ)
12		fsumsermpt.f	. . . . 5 ⊢ 𝐹 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴)
13		oveq2 7427	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑀...𝑛) = (𝑀...𝑚))
14	13	sumeq1d 15683	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
15	14	cbvmptv 5262	. . . . 5 ⊢ (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐴) = (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
16	12, 15	eqtri 2753	. . . 4 ⊢ 𝐹 = (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
17	16	fnmpt 6696	. . 3 ⊢ (∀𝑚 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ → 𝐹 Fn 𝑍)
18	11, 17	syl 17	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹 Fn 𝑍)
19		fsumsermpt.m	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
20		simpr 483	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → 𝑗 ∈ 𝑍)
21		nfv 1909	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑘(𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍)
22		nfcv 2891	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑘𝑗
23	22	nfcsb1 3913	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑘⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴
24	23	nfel1 2908	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑘⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ
25	21, 24	nfim 1891	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑘((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)
26		eleq1w 2808	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (𝑘 ∈ 𝑍 ↔ 𝑗 ∈ 𝑍))
27	26	anbi2d 628	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) ↔ (𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍)))
28		csbeq1a 3903	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → 𝐴 = ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
29	28	eleq1d 2810	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (𝐴 ∈ ℂ ↔ ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ))
30	27, 29	imbi12d 343	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑗 → (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐴 ∈ ℂ) ↔ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)))
31	25, 30, 7	chvarfv 2228	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)
32		eqid 2725	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴) = (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)
33	22, 23, 28, 32	fvmptf 7025	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑗 ∈ 𝑍 ∧ ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑗) = ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
34	20, 31, 33	syl2anc 582	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑗) = ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
35	34, 31	eqeltrd 2825	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝑍) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑗) ∈ ℂ)
36		addcl 11222	. . . . . 6 ⊢ ((𝑗 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ) → (𝑗 + 𝑥) ∈ ℂ)
37	36	adantl 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑗 ∈ ℂ ∧ 𝑥 ∈ ℂ)) → (𝑗 + 𝑥) ∈ ℂ)
38	4, 19, 35, 37	seqf 14024	. . . 4 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)):𝑍⟶ℂ)
39	38	ffnd 6724	. . 3 ⊢ (𝜑 → seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) Fn 𝑍)
40		fsumsermpt.g	. . . . 5 ⊢ 𝐺 = seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))
41	40	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐺 = seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)))
42	41	fneq1d 6648	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐺 Fn 𝑍 ↔ seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)) Fn 𝑍))
43	39, 42	mpbird 256	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐺 Fn 𝑍)
44		simpr 483	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ 𝑍)
45	16	fvmpt2 7015	. . . . 5 ⊢ ((𝑚 ∈ 𝑍 ∧ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 ∈ ℂ) → (𝐹‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
46	44, 10, 45	syl2anc 582	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑚) = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴)
47		nfcv 2891	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑗(𝑀...𝑚)
48		nfcv 2891	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑘(𝑀...𝑚)
49		nfcv 2891	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑗𝐴
50	28, 47, 48, 49, 23	cbvsum 15677	. . . . 5 ⊢ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 = Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴
51	50	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑚)𝐴 = Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
52	46, 51	eqtrd 2765	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑚) = Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
53		simpl 481	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝜑)
54		elfzuz 13532	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑗 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑗 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
55	54, 4	eleqtrrdi 2836	. . . . . . 7 ⊢ (𝑗 ∈ (𝑀...𝑚) → 𝑗 ∈ 𝑍)
56	55	adantl 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → 𝑗 ∈ 𝑍)
57	53, 56, 34	syl2anc 582	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑗) = ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
58	57	adantlr 713	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → ((𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴)‘𝑗) = ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴)
59		id 22	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 → 𝑚 ∈ 𝑍)
60	59, 4	eleqtrdi 2835	. . . . 5 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 → 𝑚 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
61	60	adantl 480	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
62	53, 56, 31	syl2anc 582	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)
63	62	adantlr 713	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) ∧ 𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)) → ⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 ∈ ℂ)
64	58, 61, 63	fsumser 15712	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → Σ𝑗 ∈ (𝑀...𝑚)⦋𝑗 / 𝑘⦌𝐴 = (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑚))
65	40	fveq1i 6897	. . . . 5 ⊢ (𝐺‘𝑚) = (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑚)
66	65	eqcomi 2734	. . . 4 ⊢ (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑚) = (𝐺‘𝑚)
67	66	a1i 11	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → (seq𝑀( + , (𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐴))‘𝑚) = (𝐺‘𝑚))
68	52, 64, 67	3eqtrd 2769	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑚) = (𝐺‘𝑚))
69	18, 43, 68	eqfnfvd 7042	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 = 𝐺)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 394   = wceq 1533   ∈ wcel 2098  ∀wral 3050  ⦋csb 3889   ↦ cmpt 5232   Fn wfn 6544  ‘cfv 6549  (class class class)co 7419  ℂcc 11138   + caddc 11143  ℤcz 12591  ℤ_≥cuz 12855  ...cfz 13519  seqcseq 14002  Σcsu 15668

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 5286  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pow 5365  ax-pr 5429  ax-un 7741  ax-inf2 9666  ax-cnex 11196  ax-resscn 11197  ax-1cn 11198  ax-icn 11199  ax-addcl 11200  ax-addrcl 11201  ax-mulcl 11202  ax-mulrcl 11203  ax-mulcom 11204  ax-addass 11205  ax-mulass 11206  ax-distr 11207  ax-i2m1 11208  ax-1ne0 11209  ax-1rid 11210  ax-rnegex 11211  ax-rrecex 11212  ax-cnre 11213  ax-pre-lttri 11214  ax-pre-lttrn 11215  ax-pre-ltadd 11216  ax-pre-mulgt0 11217  ax-pre-sup 11218

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 2930  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-rmo 3363  df-reu 3364  df-rab 3419  df-v 3463  df-sbc 3774  df-csb 3890  df-dif 3947  df-un 3949  df-in 3951  df-ss 3961  df-pss 3964  df-nul 4323  df-if 4531  df-pw 4606  df-sn 4631  df-pr 4633  df-op 4637  df-uni 4910  df-int 4951  df-iun 4999  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-tr 5267  df-id 5576  df-eprel 5582  df-po 5590  df-so 5591  df-fr 5633  df-se 5634  df-we 5635  df-xp 5684  df-rel 5685  df-cnv 5686  df-co 5687  df-dm 5688  df-rn 5689  df-res 5690  df-ima 5691  df-pred 6307  df-ord 6374  df-on 6375  df-lim 6376  df-suc 6377  df-iota 6501  df-fun 6551  df-fn 6552  df-f 6553  df-f1 6554  df-fo 6555  df-f1o 6556  df-fv 6557  df-isom 6558  df-riota 7375  df-ov 7422  df-oprab 7423  df-mpo 7424  df-om 7872  df-1st 7994  df-2nd 7995  df-frecs 8287  df-wrecs 8318  df-recs 8392  df-rdg 8431  df-1o 8487  df-er 8725  df-en 8965  df-dom 8966  df-sdom 8967  df-fin 8968  df-sup 9467  df-oi 9535  df-card 9964  df-pnf 11282  df-mnf 11283  df-xr 11284  df-ltxr 11285  df-le 11286  df-sub 11478  df-neg 11479  df-div 11904  df-nn 12246  df-2 12308  df-3 12309  df-n0 12506  df-z 12592  df-uz 12856  df-rp 13010  df-fz 13520  df-fzo 13663  df-seq 14003  df-exp 14063  df-hash 14326  df-cj 15082  df-re 15083  df-im 15084  df-sqrt 15218  df-abs 15219  df-clim 15468  df-sum 15669

This theorem is referenced by:  ovolval2lem  46169