Theorem indsumin 32947

Description: Finite sum of a product with the indicator function / Cartesian product with the indicator function. (Contributed by Thierry Arnoux, 11-Dec-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
indsumin.1	⊢ (𝜑 → 𝑂 ∈ 𝑉)
indsumin.2	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Fin)
indsumin.3	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ 𝑂)
indsumin.4	⊢ (𝜑 → 𝐵 ⊆ 𝑂)
indsumin.5	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → 𝐶 ∈ ℂ)

Assertion

Ref	Expression
indsumin	⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ 𝐴 ((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)𝐶)

Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝐵,𝑘   𝑘,𝑂   𝜑,𝑘

Allowed substitution hints:   𝐶(𝑘)   𝑉(𝑘)

Proof of Theorem indsumin

Step	Hyp	Ref	Expression
1		inindif 4310	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∩ 𝐵) ∩ (𝐴 ∖ 𝐵)) = ∅
2	1	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝐴 ∩ 𝐵) ∩ (𝐴 ∖ 𝐵)) = ∅)
3		inundif 4414	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∩ 𝐵) ∪ (𝐴 ∖ 𝐵)) = 𝐴
4	3	eqcomi 2749	. . . 4 ⊢ 𝐴 = ((𝐴 ∩ 𝐵) ∪ (𝐴 ∖ 𝐵))
5	4	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 = ((𝐴 ∩ 𝐵) ∪ (𝐴 ∖ 𝐵)))
6		indsumin.2	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Fin)
7		pr01ssre 11146	. . . . . 6 ⊢ {0, 1} ⊆ ℝ
8		ax-resscn 11093	. . . . . 6 ⊢ ℝ ⊆ ℂ
9	7, 8	sstri 3931	. . . . 5 ⊢ {0, 1} ⊆ ℂ
10		indsumin.1	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑂 ∈ 𝑉)
11		indsumin.4	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ⊆ 𝑂)
12		indf 12163	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑂 ∈ 𝑉 ∧ 𝐵 ⊆ 𝑂) → ((𝟭‘𝑂)‘𝐵):𝑂⟶{0, 1})
13	10, 11, 12	syl2anc 590	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((𝟭‘𝑂)‘𝐵):𝑂⟶{0, 1})
14	13	adantr 481	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → ((𝟭‘𝑂)‘𝐵):𝑂⟶{0, 1})
15		indsumin.3	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ 𝑂)
16	15	sselda 3922	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → 𝑘 ∈ 𝑂)
17	14, 16	ffvelcdmd 7033	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → (((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) ∈ {0, 1})
18	9, 17	sselid 3920	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → (((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) ∈ ℂ)
19		indsumin.5	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → 𝐶 ∈ ℂ)
20	18, 19	mulcld 11163	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → ((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) ∈ ℂ)
21	2, 5, 6, 20	fsumsplit 15701	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ 𝐴 ((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) = (Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) + Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶)))
22	10	adantr 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)) → 𝑂 ∈ 𝑉)
23	11	adantr 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)) → 𝐵 ⊆ 𝑂)
24		inss2 4173	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∩ 𝐵) ⊆ 𝐵
25	24	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∩ 𝐵) ⊆ 𝐵)
26	25	sselda 3922	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)) → 𝑘 ∈ 𝐵)
27		ind1 12166	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑂 ∈ 𝑉 ∧ 𝐵 ⊆ 𝑂 ∧ 𝑘 ∈ 𝐵) → (((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) = 1)
28	22, 23, 26, 27	syl3anc 1379	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)) → (((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) = 1)
29	28	oveq1d 7378	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)) → ((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) = (1 · 𝐶))
30		inss1 4172	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∩ 𝐵) ⊆ 𝐴
31	30	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∩ 𝐵) ⊆ 𝐴)
32	31	sselda 3922	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)) → 𝑘 ∈ 𝐴)
33	32, 19	syldan 597	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)) → 𝐶 ∈ ℂ)
34	33	mullidd 11161	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)) → (1 · 𝐶) = 𝐶)
35	29, 34	eqtrd 2775	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)) → ((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) = 𝐶)
36	35	sumeq2dv 15662	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)𝐶)
37	10	adantr 481	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)) → 𝑂 ∈ 𝑉)
38	11	adantr 481	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)) → 𝐵 ⊆ 𝑂)
39	15	ssdifd 4082	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∖ 𝐵) ⊆ (𝑂 ∖ 𝐵))
40	39	sselda 3922	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)) → 𝑘 ∈ (𝑂 ∖ 𝐵))
41		ind0 12167	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑂 ∈ 𝑉 ∧ 𝐵 ⊆ 𝑂 ∧ 𝑘 ∈ (𝑂 ∖ 𝐵)) → (((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) = 0)
42	37, 38, 40, 41	syl3anc 1379	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)) → (((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) = 0)
43	42	oveq1d 7378	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)) → ((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) = (0 · 𝐶))
44		difssd 4074	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∖ 𝐵) ⊆ 𝐴)
45	44	sselda 3922	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)) → 𝑘 ∈ 𝐴)
46	45, 19	syldan 597	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)) → 𝐶 ∈ ℂ)
47	46	mul02d 11342	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)) → (0 · 𝐶) = 0)
48	43, 47	eqtrd 2775	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)) → ((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) = 0)
49	48	sumeq2dv 15662	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)0)
50		diffi 9106	. . . . . 6 ⊢ (𝐴 ∈ Fin → (𝐴 ∖ 𝐵) ∈ Fin)
51	6, 50	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∖ 𝐵) ∈ Fin)
52		sumz 15682	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∖ 𝐵) ⊆ (ℤ≥‘0) ∨ (𝐴 ∖ 𝐵) ∈ Fin) → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)0 = 0)
53	52	olcs 882	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∖ 𝐵) ∈ Fin → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)0 = 0)
54	51, 53	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)0 = 0)
55	49, 54	eqtrd 2775	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) = 0)
56	36, 55	oveq12d 7381	. 2 ⊢ (𝜑 → (Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) + Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∖ 𝐵)((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶)) = (Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)𝐶 + 0))
57		infi 9177	. . . . 5 ⊢ (𝐴 ∈ Fin → (𝐴 ∩ 𝐵) ∈ Fin)
58	6, 57	syl 17	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐴 ∩ 𝐵) ∈ Fin)
59	58, 33	fsumcl 15693	. . 3 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)𝐶 ∈ ℂ)
60	59	addridd 11344	. 2 ⊢ (𝜑 → (Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)𝐶 + 0) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)𝐶)
61	21, 56, 60	3eqtrd 2779	1 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ 𝐴 ((((𝟭‘𝑂)‘𝐵)‘𝑘) · 𝐶) = Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∩ 𝐵)𝐶)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 396   = wceq 1547   ∈ wcel 2119   ∖ cdif 3887   ∪ cun 3888   ∩ cin 3889   ⊆ wss 3890  ∅c0 4268  {cpr 4564  ⟶wf 6488  ‘cfv 6492  (class class class)co 7363  Fincfn 8890  ℂcc 11034  ℝcr 11035  0cc0 11036  1c1 11037   + caddc 11039   · cmul 11041  𝟭cind 12157  ℤ_≥cuz 12786  Σcsu 15646

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1802  ax-4 1816  ax-5 1917  ax-6 1974  ax-7 2015  ax-8 2121  ax-9 2129  ax-10 2152  ax-11 2168  ax-12 2189  ax-ext 2712  ax-rep 5206  ax-sep 5225  ax-nul 5235  ax-pow 5301  ax-pr 5369  ax-un 7685  ax-inf2 9560  ax-cnex 11092  ax-resscn 11093  ax-1cn 11094  ax-icn 11095  ax-addcl 11096  ax-addrcl 11097  ax-mulcl 11098  ax-mulrcl 11099  ax-mulcom 11100  ax-addass 11101  ax-mulass 11102  ax-distr 11103  ax-i2m1 11104  ax-1ne0 11105  ax-1rid 11106  ax-rnegex 11107  ax-rrecex 11108  ax-cnre 11109  ax-pre-lttri 11110  ax-pre-lttrn 11111  ax-pre-ltadd 11112  ax-pre-mulgt0 11113  ax-pre-sup 11114

This theorem depends on definitions:  df-bi 208  df-an 397  df-or 854  df-3or 1093  df-3an 1094  df-tru 1550  df-fal 1560  df-ex 1787  df-nf 1791  df-sb 2074  df-mo 2543  df-eu 2573  df-clab 2719  df-cleq 2732  df-clel 2815  df-nfc 2889  df-ne 2936  df-nel 3040  df-ral 3055  df-rex 3065  df-rmo 3345  df-reu 3346  df-rab 3393  df-v 3434  df-sbc 3731  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4269  df-if 4462  df-pw 4538  df-sn 4563  df-pr 4565  df-op 4569  df-uni 4846  df-int 4885  df-iun 4930  df-br 5080  df-opab 5142  df-mpt 5161  df-tr 5187  df-id 5520  df-eprel 5525  df-po 5533  df-so 5534  df-fr 5578  df-se 5579  df-we 5580  df-xp 5631  df-rel 5632  df-cnv 5633  df-co 5634  df-dm 5635  df-rn 5636  df-res 5637  df-ima 5638  df-pred 6259  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6494  df-fn 6495  df-f 6496  df-f1 6497  df-fo 6498  df-f1o 6499  df-fv 6500  df-isom 6501  df-riota 7320  df-ov 7366  df-oprab 7367  df-mpo 7368  df-om 7814  df-1st 7938  df-2nd 7939  df-frecs 8228  df-wrecs 8259  df-recs 8308  df-rdg 8346  df-1o 8402  df-er 8640  df-en 8891  df-dom 8892  df-sdom 8893  df-fin 8894  df-sup 9352  df-oi 9422  df-card 9861  df-pnf 11179  df-mnf 11180  df-xr 11181  df-ltxr 11182  df-le 11183  df-sub 11377  df-neg 11378  df-div 11806  df-ind 12158  df-nn 12173  df-2 12242  df-3 12243  df-n0 12436  df-z 12523  df-uz 12787  df-rp 12941  df-fz 13460  df-fzo 13607  df-seq 13962  df-exp 14022  df-hash 14291  df-cj 15059  df-re 15060  df-im 15061  df-sqrt 15195  df-abs 15196  df-clim 15448  df-sum 15647

This theorem is referenced by:  breprexpnat  34825