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 36908
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 36906 . . . 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 7426 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑁 → (0...𝑛) = (0...𝑁))
43adantr 486 . . . . . . 7 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → (0...𝑛) = (0...𝑁))
5 dmeq 5885 . . . . . . . . 9 (𝑓 = 𝐹 → dom 𝑓 = dom 𝐹)
65eleq2d 2847 . . . . . . . 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 3335 . . . . . 6 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → (∀𝑘 ∈ (0...𝑛)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝑓 ↔ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹))
98rabbidv 3420 . . . . 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 7425 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑁 → (𝑛C𝑘) = (𝑁C𝑘))
1110adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → (𝑛C𝑘) = (𝑁C𝑘))
12 oveq1 7425 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑁 → (𝑛 − 𝑘) = (𝑁 − 𝑘))
1312oveq2d 7434 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑁 → (-1↑(𝑛 − 𝑘)) = (-1↑(𝑁 − 𝑘)))
14 fveq1 6882 . . . . . . . . 9 (𝑓 = 𝐹 → (𝑓‘(𝑥 + 𝑘)) = (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)))
1513, 14oveqan12d 7437 . . . . . . . 8 ((𝑛 = 𝑁 ∧ 𝑓 = 𝐹) → ((-1↑(𝑛 − 𝑘)) · (𝑓‘(𝑥 + 𝑘))) = ((-1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘))))
1611, 15oveq12d 7436 . . . . . . 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 15865 . . . . 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 5192 . . . 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 11274 . . . . 5 ℂ ∈ V
25 elpm2r 8858 . . . . 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 7229 . . . 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 7570 . 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 7441 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑋 → (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)) = (𝐹‘(𝑋 + 𝑘)))
3231oveq2d 7434 . . . . 5 (𝑥 = 𝑋 → ((-1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘))) = ((-1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑋 + 𝑘))))
3332oveq2d 7434 . . . 4 (𝑥 = 𝑋 → ((𝑁C𝑘) · ((-1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑥 + 𝑘)))) = ((𝑁C𝑘) · ((-1↑(𝑁 − 𝑘)) · (𝐹‘(𝑋 + 𝑘)))))
3433sumeq2sdv 15863 . . 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 6718 . . . . . 6 (𝜑 → dom 𝐹 = 𝐴)
3938adantr 486 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → dom 𝐹 = 𝐴)
4037, 39eleqtrrd 2864 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (0...𝑁)) → (𝑋 + 𝑘) ∈ dom 𝐹)
4140ralrimiva 3155 . . 3 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑋 + 𝑘) ∈ dom 𝐹)
42 oveq1 7425 . . . . . 6 (𝑦 = 𝑋 → (𝑦 + 𝑘) = (𝑋 + 𝑘))
4342eleq1d 2846 . . . . 5 (𝑦 = 𝑋 → ((𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹 ↔ (𝑋 + 𝑘) ∈ dom 𝐹))
4443ralbidv 3186 . . . 4 (𝑦 = 𝑋 → (∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑦 + 𝑘) ∈ dom 𝐹 ↔ ∀𝑘 ∈ (0...𝑁)(𝑋 + 𝑘) ∈ dom 𝐹))
4544elrab 3645 . . 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 15848 . . 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 6999 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 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3077  {crab 3413  Vcvv 3451   ⊆ wss 3899   ↦ cmpt 5186  dom cdm 5651  ⟶wf 6533  ‘cfv 6537  (class class class)co 7418   ∈ cmpo 7420   ↑pm cpm 8841  ℂcc 11191  0cc0 11193  1c1 11194   + caddc 11196   · cmul 11198   − cmin 11534  -cneg 11535  ℕ0cn0 12599  ...cfz 13632  ↑cexp 14197  Ccbc 14439  Σcsu 15846   △n cfwddifn 36905
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7749  ax-cnex 11249  ax-resscn 11250  ax-1cn 11251  ax-icn 11252  ax-addcl 11253  ax-addrcl 11254  ax-mulcl 11255  ax-mulrcl 11256  ax-mulcom 11257  ax-addass 11258  ax-mulass 11259  ax-distr 11260  ax-i2m1 11261  ax-1ne0 11262  ax-1rid 11263  ax-rnegex 11264  ax-rrecex 11265  ax-cnre 11266  ax-pre-lttri 11267  ax-pre-lttrn 11268  ax-pre-ltadd 11269  ax-pre-mulgt0 11270
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  df-mo 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6303  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6493  df-fun 6539  df-fn 6540  df-f 6541  df-f1 6542  df-fo 6543  df-f1o 6544  df-fv 6545  df-riota 7375  df-ov 7421  df-oprab 7422  df-mpo 7423  df-om 7876  df-1st 7999  df-2nd 8000  df-frecs 8292  df-wrecs 8323  df-recs 8372  df-rdg 8411  df-er 8710  df-pm 8843  df-en 8967  df-dom 8968  df-sdom 8969  df-pnf 11338  df-mnf 11339  df-xr 11340  df-ltxr 11341  df-le 11342  df-sub 11536  df-neg 11537  df-nn 12329  df-n0 12600  df-z 12687  df-uz 12959  df-fz 13633  df-seq 14138  df-sum 15847  df-fwddifn 36906
This theorem is used by:  fwddifn0  36909  fwddifnp1  36910
  Copyright terms: Public domain W3C validator