Users' Mathboxes Mathbox for Scott Fenton < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  fwddifnval Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem fwddifnval 37021
Description: The value of the forward difference operator at a point. (Contributed by Scott Fenton, 28-May-2020.)
Hypotheses
Ref Expression
fwddifnval.1 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
fwddifnval.2 (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℂ)
fwddifnval.3 (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℂ)
fwddifnval.4 (𝜑 → 𝑋 ∈ ℂ)
fwddifnval.5 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑋 + 𝑘) ∈ 𝐴)
Assertion
Ref Expression
fwddifnval (𝜑 → ((𝑁 △n 𝐹)‘𝑋) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑋 + 𝑘)))))
Distinct variable groups:   𝑘,𝑁   𝐴,𝑘   𝑘,𝑋   𝑘,𝐹   𝜑,𝑘

Proof of Theorem fwddifnval
Dummy variables 𝑛 𝑓 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 df-fwddifn 37019 . . . 4 △n = (𝑛 ∈ ℕ0, 𝑓 ∈ (ℂ ↑pm ℂ) ↦ (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑛)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝑓} ↦ Σ𝑘 ∈ (0...𝑛)((𝑛C𝑘) · (( -1↑(𝑛 − 𝑘)) · (𝑓‘(𝑥 + 𝑘))))))
21a1i 11 . . 3 (𝜑 → △n = (𝑛 ∈ ℕ0, 𝑓 ∈ (ℂ ↑pm ℂ) ↦ (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑛)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝑓} ↦ Σ𝑘 ∈ (0...𝑛)((𝑛C𝑘) · (( -1↑(𝑛 − 𝑘)) · (𝑓‘(𝑥 + 𝑘)))))))
3 oveq2 7429 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑁 → (0...𝑛) = (0...𝑁))
43adantr 486 . . . . . . 7 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → (0...𝑛) = (0...𝑁))
5 dmeq 5884 . . . . . . . . 9 (𝑓 = 𝐹 → dom 𝑓 = dom 𝐹)
65eleq2d 2846 . . . . . . . 8 (𝑓 = 𝐹 → ((𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝑓 ↔ (𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹))
76adantl 487 . . . . . . 7 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → ((𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝑓 ↔ (𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹))
84, 7raleqbidv 3334 . . . . . 6 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → (∀𝑘 ∈ (0...𝑛)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝑓 ↔ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹))
98rabbidv 3419 . . . . 5 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑛)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝑓} = {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹})
10 oveq1 7428 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑁 → (𝑛C𝑘) = (𝑁C𝑘))
1110adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → (𝑛C𝑘) = (𝑁C𝑘))
12 oveq1 7428 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 − 𝑘) = (𝑁 − 𝑘))
1312oveq2d 7437 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑁 → ( -1↑(𝑛 − 𝑘)) = ( -1↑(𝑁 − 𝑘)))
14 fveq1 6885 . . . . . . . . 9 (𝑓 = 𝐹 → (𝑓‘(𝑥 + 𝑘)) = (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)))
1513, 14oveqan12d 7440 . . . . . . . 8 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → (( -1↑(𝑛 − 𝑘)) · (𝑓‘(𝑥 + 𝑘))) = (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘))))
1611, 15oveq12d 7439 . . . . . . 7 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → ((𝑛C𝑘) · (( -1↑(𝑛 − 𝑘)) · (𝑓‘(𝑥 + 𝑘)))) = ((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)))))
1716adantr 486 . . . . . 6 (((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑛)) → ((𝑛C𝑘) · (( -1↑(𝑛 − 𝑘)) · (𝑓‘(𝑥 + 𝑘)))) = ((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)))))
184, 17sumeq12dv 15878 . . . . 5 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑛)((𝑛C𝑘) · (( -1↑(𝑛 − 𝑘)) · (𝑓‘(𝑥 + 𝑘)))) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)))))
199, 18mpteq12dv 5191 . . . 4 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑛)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝑓} ↦ Σ𝑘 ∈ (0...𝑛)((𝑛C𝑘) · (( -1↑(𝑛 − 𝑘)) · (𝑓‘(𝑥 + 𝑘))))) = (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹} ↦ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘))))))
2019adantl 487 . . 3 ((𝜑 ∧ (𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹)) → (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑛)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝑓} ↦ Σ𝑘 ∈ (0...𝑛)((𝑛C𝑘) · (( -1↑(𝑛 − 𝑘)) · (𝑓‘(𝑥 + 𝑘))))) = (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹} ↦ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘))))))
21 fwddifnval.1 . . 3 (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ0)
22 fwddifnval.3 . . . 4 (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℂ)
23 fwddifnval.2 . . . 4 (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℂ)
24 cnex 11285 . . . . 5 ℂ ∈ V
25 elpm2r 8869 . . . . 5 (((ℂ ∈ V ∧ ℂ ∈ V) ∧ (𝐹:𝐴⟶ℂ ∧ 𝐴 ⊆ ℂ)) → 𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℂ))
2624, 24, 25mpanl12 715 . . . 4 ((𝐹:𝐴⟶ℂ ∧ 𝐴 ⊆ ℂ) → 𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℂ))
2722, 23, 26syl2anc 596 . . 3 (𝜑 → 𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℂ))
2824mptrabex 7232 . . . 4 (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹} ↦ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘))))) ∈ V
2928a1i 11 . . 3 (𝜑 → (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹} ↦ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘))))) ∈ V)
302, 20, 21, 27, 29ovmpod 7573 . 2 (𝜑 → (𝑁 △n 𝐹) = (𝑥 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹} ↦ Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘))))))
31 fvoveq1 7444 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑋 → (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)) = (𝐹‘(𝑋 + 𝑘)))
3231oveq2d 7437 . . . . 5 (𝑥 = 𝑋 → (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘))) = (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑋 + 𝑘))))
3332oveq2d 7437 . . . 4 (𝑥 = 𝑋 → ((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)))) = ((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑋 + 𝑘)))))
3433sumeq2sdv 15876 . . 3 (𝑥 = 𝑋 → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)))) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑋 + 𝑘)))))
3534adantl 487 . 2 ((𝜑 ∧ 𝑥 = 𝑋) → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)))) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑋 + 𝑘)))))
36 fwddifnval.4 . . 3 (𝜑 → 𝑋 ∈ ℂ)
37 fwddifnval.5 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑋 + 𝑘) ∈ 𝐴)
3822fdmd 6721 . . . . . 6 (𝜑 → dom 𝐹 = 𝐴)
3938adantr 486 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → dom 𝐹 = 𝐴)
4037, 39eleqtrrd 2863 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑋 + 𝑘) ∈ dom 𝐹)
4140ralrimiva 3154 . . 3 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑋 + 𝑘) ∈ dom 𝐹)
42 oveq1 7428 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑋 → (𝑦 + 𝑘) = (𝑋 + 𝑘))
4342eleq1d 2845 . . . . 5 (𝑦 = 𝑋 → ((𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹 ↔ (𝑋 + 𝑘) ∈ dom 𝐹))
4443ralbidv 3185 . . . 4 (𝑦 = 𝑋 → (∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹 ↔ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑋 + 𝑘) ∈ dom 𝐹))
4544elrab 3644 . . 3 (𝑋 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹} ↔ (𝑋 ∈ ℂ ∧ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑋 + 𝑘) ∈ dom 𝐹))
4636, 41, 45sylanbrc 595 . 2 (𝜑 → 𝑋 ∈ {𝑦 ∈ ℂ ∣ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹})
47 sumex 15861 . . 3 Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑋 + 𝑘)))) ∈ V
4847a1i 11 . 2 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑋 + 𝑘)))) ∈ V)
4930, 35, 46, 48fvmptd 7002 1 (𝜑 → ((𝑁 △n 𝐹)‘𝑋) = Σ𝑘 ∈ (0...𝑁)((𝑁C𝑘) · (( -1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑋 + 𝑘)))))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1569   ∈ wcel 2144  ∀wral 3076  {crab 3412  Vcvv 3450   ⊆ wss 3895   ↦ cmpt 5185  dom cdm 5650  ⟶wf 6535  ‘cfv 6539  (class class class)co 7421   ∈ cmpo 7423   ↑pm cpm 8852  ℂcc 11202  0cc0 11204  1c1 11205   + caddc 11207   · cmul 11209   − cmin 11545   -cneg 11546  ℕ0cn0 12610  ...cfz 13643  ↑cexp 14208  Ccbc 14450  Σcsu 15859   △n cfwddifn 37018
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7752  ax-cnex 11260  ax-resscn 11261  ax-1cn 11262  ax-icn 11263  ax-addcl 11264  ax-addrcl 11265  ax-mulcl 11266  ax-mulrcl 11267  ax-mulcom 11268  ax-addass 11269  ax-mulass 11270  ax-distr 11271  ax-i2m1 11272  ax-1ne0 11273  ax-1rid 11274  ax-rnegex 11275  ax-rrecex 11276  ax-cnre 11277  ax-pre-lttri 11278  ax-pre-lttrn 11279  ax-pre-ltadd 11280  ax-pre-mulgt0 11281
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-riota 7378  df-ov 7424  df-oprab 7425  df-mpo 7426  df-om 7879  df-1st 8002  df-2nd 8003  df-frecs 8303  df-wrecs 8334  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-er 8721  df-pm 8854  df-en 8978  df-dom 8979  df-sdom 8980  df-pnf 11349  df-mnf 11350  df-xr 11351  df-ltxr 11352  df-le 11353  df-sub 11547  df-neg 11548  df-nn 12340  df-n0 12611  df-z 12698  df-uz 12970  df-fz 13644  df-seq 14149  df-sum 15860  df-fwddifn 37019
This theorem is used by:  fwddifn0  37022  fwddifnp1  37023
  Copyright terms: Public domain W3C validator