Theorem gsumxp 20109

Description: Write a group sum over a cartesian product as a double sum. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Dec-2014.) (Revised by AV, 9-Jun-2019.)

Hypotheses

Ref	Expression
gsumxp.b	⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
gsumxp.z	⊢ 0 = (0g‘𝐺)
gsumxp.g	⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ CMnd)
gsumxp.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑉)
gsumxp.r	⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ 𝑊)
gsumxp.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:(𝐴 × 𝐶)⟶𝐵)
gsumxp.w	⊢ (𝜑 → 𝐹 finSupp 0 )

Assertion

Ref	Expression
gsumxp	⊢ (𝜑 → (𝐺 Σg 𝐹) = (𝐺 Σg (𝑗 ∈ 𝐴 ↦ (𝐺 Σg (𝑘 ∈ 𝐶 ↦ (𝑗𝐹𝑘))))))

Distinct variable groups:   𝑗,𝑘, 0   𝑗,𝐺,𝑘   𝜑,𝑗,𝑘   𝐴,𝑗,𝑘   𝐵,𝑗,𝑘   𝐶,𝑗,𝑘   𝑗,𝐹,𝑘   𝑗,𝑉

Allowed substitution hints:   𝑉(𝑘)   𝑊(𝑗, 𝑘)

Proof of Theorem gsumxp

Step	Hyp	Ref	Expression
1		gsumxp.b	. . 3 ⊢ 𝐵 = (Base‘𝐺)
2		gsumxp.z	. . 3 ⊢ 0 = (0g‘𝐺)
3		gsumxp.g	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ CMnd)
4		gsumxp.a	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑉)
5		gsumxp.r	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐶 ∈ 𝑊)
6	4, 5	xpexd 7754	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐴 × 𝐶) ∈ V)
7		relxp 5677	. . . 4 ⊢ Rel (𝐴 × 𝐶)
8	7	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → Rel (𝐴 × 𝐶))
9		dmxpss 6168	. . . 4 ⊢ dom (𝐴 × 𝐶) ⊆ 𝐴
10	9	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → dom (𝐴 × 𝐶) ⊆ 𝐴)
11		gsumxp.f	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹:(𝐴 × 𝐶)⟶𝐵)
12		gsumxp.w	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 finSupp 0 )
13	1, 2, 3, 6, 8, 4, 10, 11, 12	gsum2d 20105	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐺 Σg 𝐹) = (𝐺 Σg (𝑗 ∈ 𝐴 ↦ (𝐺 Σg (𝑘 ∈ ((𝐴 × 𝐶) “ {𝑗}) ↦ (𝑗𝐹𝑘))))))
14		df-ima 5672	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 × 𝐶) “ {𝑗}) = ran ((𝐴 × 𝐶) ↾ {𝑗})
15		df-res 5671	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 × 𝐶) ↾ {𝑗}) = ((𝐴 × 𝐶) ∩ ({𝑗} × V))
16		inxp 5816	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐴 × 𝐶) ∩ ({𝑗} × V)) = ((𝐴 ∩ {𝑗}) × (𝐶 ∩ V))
17	15, 16	eqtri 2785	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 × 𝐶) ↾ {𝑗}) = ((𝐴 ∩ {𝑗}) × (𝐶 ∩ V))
18		simpr 490	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → 𝑗 ∈ 𝐴)
19	18	snssd 4750	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → {𝑗} ⊆ 𝐴)
20		sseqin2 4172	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ({𝑗} ⊆ 𝐴 ↔ (𝐴 ∩ {𝑗}) = {𝑗})
21	19, 20	sylib 221	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → (𝐴 ∩ {𝑗}) = {𝑗})
22		inv1 4351	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐶 ∩ V) = 𝐶
23	22	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → (𝐶 ∩ V) = 𝐶)
24	21, 23	xpeq12d 5690	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → ((𝐴 ∩ {𝑗}) × (𝐶 ∩ V)) = ({𝑗} × 𝐶))
25	17, 24	eqtrid 2809	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → ((𝐴 × 𝐶) ↾ {𝑗}) = ({𝑗} × 𝐶))
26	25	rneqd 5926	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → ran ((𝐴 × 𝐶) ↾ {𝑗}) = ran ({𝑗} × 𝐶))
27		vex 3457	. . . . . . . . . 10 ⊢ 𝑗 ∈ V
28	27	snnz 4740	. . . . . . . . 9 ⊢ {𝑗} ≠ ∅
29		rnxp 6167	. . . . . . . . 9 ⊢ ({𝑗} ≠ ∅ → ran ({𝑗} × 𝐶) = 𝐶)
30	28, 29	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ ran ({𝑗} × 𝐶) = 𝐶
31	26, 30	eqtrdi 2813	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → ran ((𝐴 × 𝐶) ↾ {𝑗}) = 𝐶)
32	14, 31	eqtrid 2809	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → ((𝐴 × 𝐶) “ {𝑗}) = 𝐶)
33	32	mpteq1d 5199	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → (𝑘 ∈ ((𝐴 × 𝐶) “ {𝑗}) ↦ (𝑗𝐹𝑘)) = (𝑘 ∈ 𝐶 ↦ (𝑗𝐹𝑘)))
34	33	oveq2d 7433	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ 𝐴) → (𝐺 Σg (𝑘 ∈ ((𝐴 × 𝐶) “ {𝑗}) ↦ (𝑗𝐹𝑘))) = (𝐺 Σg (𝑘 ∈ 𝐶 ↦ (𝑗𝐹𝑘))))
35	34	mpteq2dva 5202	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑗 ∈ 𝐴 ↦ (𝐺 Σg (𝑘 ∈ ((𝐴 × 𝐶) “ {𝑗}) ↦ (𝑗𝐹𝑘)))) = (𝑗 ∈ 𝐴 ↦ (𝐺 Σg (𝑘 ∈ 𝐶 ↦ (𝑗𝐹𝑘)))))
36	35	oveq2d 7433	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐺 Σg (𝑗 ∈ 𝐴 ↦ (𝐺 Σg (𝑘 ∈ ((𝐴 × 𝐶) “ {𝑗}) ↦ (𝑗𝐹𝑘))))) = (𝐺 Σg (𝑗 ∈ 𝐴 ↦ (𝐺 Σg (𝑘 ∈ 𝐶 ↦ (𝑗𝐹𝑘))))))
37	13, 36	eqtrd 2797	1 ⊢ (𝜑 → (𝐺 Σg 𝐹) = (𝐺 Σg (𝑗 ∈ 𝐴 ↦ (𝐺 Σg (𝑘 ∈ 𝐶 ↦ (𝑗𝐹𝑘))))))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2957  Vcvv 3453   ∩ cin 3901   ⊆ wss 3902  ∅c0 4282  {csn 4587   class class class wbr 5107   ↦ cmpt 5190   × cxp 5657  dom cdm 5659  ran crn 5660   ↾ cres 5661   “ cima 5662  Rel wrel 5664  ⟶wf 6533  ‘cfv 6537  (class class class)co 7417   finSupp cfsupp 9335  Basecbs 17307  0_gc0g 17530   Σ_g cgsu 17531  CMndccmn 19913

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 2215  ax-ext 2734  ax-rep 5236  ax-sep 5255  ax-nul 5267  ax-pow 5334  ax-pr 5402  ax-un 7740  ax-cnex 11184  ax-resscn 11185  ax-1cn 11186  ax-icn 11187  ax-addcl 11188  ax-addrcl 11189  ax-mulcl 11190  ax-mulrcl 11191  ax-mulcom 11192  ax-addass 11193  ax-mulass 11194  ax-distr 11195  ax-i2m1 11196  ax-1ne0 11197  ax-1rid 11198  ax-rnegex 11199  ax-rrecex 11200  ax-cnre 11201  ax-pre-lttri 11202  ax-pre-lttrn 11203  ax-pre-ltadd 11204  ax-pre-mulgt0 11205

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 2566  df-eu 2596  df-clab 2741  df-cleq 2754  df-clel 2837  df-nfc 2911  df-ne 2958  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3367  df-reu 3368  df-rab 3415  df-v 3455  df-sbc 3743  df-csb 3851  df-dif 3905  df-un 3907  df-in 3909  df-ss 3919  df-pss 3922  df-nul 4283  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4588  df-pr 4590  df-op 4594  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5108  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5554  df-eprel 5559  df-po 5567  df-so 5568  df-fr 5612  df-se 5613  df-we 5614  df-xp 5665  df-rel 5666  df-cnv 5667  df-co 5668  df-dm 5669  df-rn 5670  df-res 5671  df-ima 5672  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-isom 6546  df-riota 7374  df-ov 7420  df-oprab 7421  df-mpo 7422  df-of 7682  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-supp 8163  df-frecs 8284  df-wrecs 8315  df-recs 8364  df-rdg 8403  df-1o 8459  df-2o 8460  df-er 8700  df-en 8957  df-dom 8958  df-sdom 8959  df-fin 8960  df-fsupp 9336  df-oi 9486  df-card 9948  df-pnf 11273  df-mnf 11274  df-xr 11275  df-ltxr 11276  df-le 11277  df-sub 11471  df-neg 11472  df-nn 12262  df-2 12331  df-n0 12533  df-z 12620  df-uz 12892  df-fz 13566  df-fzo 13714  df-seq 14070  df-hash 14399  df-sets 17262  df-slot 17280  df-ndx 17292  df-base 17308  df-ress 17329  df-plusg 17361  df-0g 17532  df-gsum 17533  df-mre 17676  df-mrc 17677  df-acs 17679  df-mgm 18736  df-sgrp 18827  df-mnd 18843  df-submnd 18898  df-mulg 19197  df-cntz 19450  df-cmn 19915

This theorem is used by:  tsmsxplem1  24385  tsmsxplem2  24386  fedgmullem1  34147  fedgmullem2  34148  evlselv  43443