knoppndvlem2 - Mathbox for Asger C. Ipsen

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Theorem knoppndvlem2 36987

Description: Lemma for knoppndv 37008. (Contributed by Asger C. Ipsen, 15-Jun-2021.) (Revised by Asger C. Ipsen, 5-Jul-2021.)

**Hypotheses**
Ref	Expression
knoppndvlem2.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
knoppndvlem2.i	⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ ℤ)
knoppndvlem2.j	⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ ℤ)
knoppndvlem2.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
knoppndvlem2.1	⊢ (𝜑 → 𝐽 < 𝐼)

**Assertion**
Ref	Expression
knoppndvlem2	⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) · 𝑀)) ∈ ℤ)

**Proof of Theorem knoppndvlem2**
Step	Hyp	Ref	Expression
1		2cnd 12315	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℂ)
2		knoppndvlem2.n	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℕ)
3		nnz 12608	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 𝑁 ∈ ℤ)
4	2, 3	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
5	4	zcnd 12697	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℂ)
6	1, 5	mulcld 11225	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (2 · 𝑁) ∈ ℂ)
7		2ne0 12343	. . . . . . . 8 ⊢ 2 ≠ 0
8	7	a1i 11	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 2 ≠ 0)
9		0red 11207	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
10		1red 11205	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
11	4	zred 12696	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℝ)
12		0lt1 11732	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 0 < 1
13	12	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 0 < 1)
14		nnge1 12260	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑁 ∈ ℕ → 1 ≤ 𝑁)
15	2, 14	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 1 ≤ 𝑁)
16	9, 10, 11, 13, 15	ltletrd 11366	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 0 < 𝑁)
17	9, 16	ltned 11342	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 0 ≠ 𝑁)
18	17	necomd 3019	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ≠ 0)
19	1, 5, 8, 18	mulne0d 11862	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (2 · 𝑁) ≠ 0)
20		knoppndvlem2.i	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ ℤ)
21	6, 19, 20	expclzd 14183	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑𝐼) ∈ ℂ)
22		knoppndvlem2.j	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ ℤ)
23	22	znegcld 12698	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → -𝐽 ∈ ℤ)
24	6, 19, 23	expclzd 14183	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑-𝐽) ∈ ℂ)
25	24, 1, 8	divcld 11987	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) ∈ ℂ)
26		knoppndvlem2.m	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
27	26	zcnd 12697	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℂ)
28	21, 25, 27	mulassd 11228	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)) · 𝑀) = (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) · 𝑀)))
29	28	eqcomd 2775	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) · 𝑀)) = ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)) · 𝑀))
30	21, 24, 1, 8	divassd 12022	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)) / 2) = (((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)))
31	30	eqcomd 2775	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)) = ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)) / 2))
32	6, 19	jca 520	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁) ∈ ℂ ∧ (2 · 𝑁) ≠ 0))
33	20, 23	jca 520	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐼 ∈ ℤ ∧ -𝐽 ∈ ℤ))
34	32, 33	jca 520	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁) ∈ ℂ ∧ (2 · 𝑁) ≠ 0) ∧ (𝐼 ∈ ℤ ∧ -𝐽 ∈ ℤ)))
35		expaddz 14138	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((2 · 𝑁) ∈ ℂ ∧ (2 · 𝑁) ≠ 0) ∧ (𝐼 ∈ ℤ ∧ -𝐽 ∈ ℤ)) → ((2 · 𝑁)↑(𝐼 + -𝐽)) = (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)))
36	34, 35	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑(𝐼 + -𝐽)) = (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)))
37	36	eqcomd 2775	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)) = ((2 · 𝑁)↑(𝐼 + -𝐽)))
38	20	zcnd 12697	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ ℂ)
39	22	zcnd 12697	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ ℂ)
40	38, 39	negsubd 11571	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝐼 + -𝐽) = (𝐼 − 𝐽))
41	40	oveq2d 7424	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑(𝐼 + -𝐽)) = ((2 · 𝑁)↑(𝐼 − 𝐽)))
42		knoppndvlem2.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐽 < 𝐼)
43	22, 20	jca 520	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐽 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℤ))
44		znnsub 12636	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐽 ∈ ℤ ∧ 𝐼 ∈ ℤ) → (𝐽 < 𝐼 ↔ (𝐼 − 𝐽) ∈ ℕ))
45	43, 44	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → (𝐽 < 𝐼 ↔ (𝐼 − 𝐽) ∈ ℕ))
46	42, 45	mpbid 235	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (𝐼 − 𝐽) ∈ ℕ)
47	6, 46	jca 520	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁) ∈ ℂ ∧ (𝐼 − 𝐽) ∈ ℕ))
48		expm1t 14122	. . . . . . . 8 ⊢ (((2 · 𝑁) ∈ ℂ ∧ (𝐼 − 𝐽) ∈ ℕ) → ((2 · 𝑁)↑(𝐼 − 𝐽)) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)))
49	47, 48	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑(𝐼 − 𝐽)) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)))
50	37, 41, 49	3eqtrd 2808	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)))
51	50	oveq1d 7423	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((2 · 𝑁)↑-𝐽)) / 2) = ((((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)) / 2))
52	20, 22	jca 520	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝐼 ∈ ℤ ∧ 𝐽 ∈ ℤ))
53		zsubcl 12632	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝐼 ∈ ℤ ∧ 𝐽 ∈ ℤ) → (𝐼 − 𝐽) ∈ ℤ)
54	52, 53	syl 18	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (𝐼 − 𝐽) ∈ ℤ)
55		peano2zm 12633	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝐼 − 𝐽) ∈ ℤ → ((𝐼 − 𝐽) − 1) ∈ ℤ)
56	54, 55	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((𝐼 − 𝐽) − 1) ∈ ℤ)
57	22	zred 12696	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → 𝐽 ∈ ℝ)
58	20	zred 12696	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ ℝ)
59	57, 58	posdifd 11797	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (𝐽 < 𝐼 ↔ 0 < (𝐼 − 𝐽)))
60	42, 59	mpbid 235	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 0 < (𝐼 − 𝐽))
61		0zd 12599	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℤ)
62	61, 54	jca 520	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → (0 ∈ ℤ ∧ (𝐼 − 𝐽) ∈ ℤ))
63		zltlem1 12643	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((0 ∈ ℤ ∧ (𝐼 − 𝐽) ∈ ℤ) → (0 < (𝐼 − 𝐽) ↔ 0 ≤ ((𝐼 − 𝐽) − 1)))
64	62, 63	syl 18	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → (0 < (𝐼 − 𝐽) ↔ 0 ≤ ((𝐼 − 𝐽) − 1)))
65	60, 64	mpbid 235	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 0 ≤ ((𝐼 − 𝐽) − 1))
66	56, 65	jca 520	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (((𝐼 − 𝐽) − 1) ∈ ℤ ∧ 0 ≤ ((𝐼 − 𝐽) − 1)))
67		elnn0z 12600	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐼 − 𝐽) − 1) ∈ ℕ₀ ↔ (((𝐼 − 𝐽) − 1) ∈ ℤ ∧ 0 ≤ ((𝐼 − 𝐽) − 1)))
68	66, 67	sylibr 237	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((𝐼 − 𝐽) − 1) ∈ ℕ₀)
69	6, 68	expcld 14178	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) ∈ ℂ)
70	69, 6, 1, 8	divassd 12022	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)) / 2) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · ((2 · 𝑁) / 2)))
71	5, 1, 8	divcan3d 11992	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁) / 2) = 𝑁)
72	71	oveq2d 7424	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · ((2 · 𝑁) / 2)) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · 𝑁))
73	70, 72	eqtrd 2804	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · (2 · 𝑁)) / 2) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · 𝑁))
74	31, 51, 73	3eqtrd 2808	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)) = (((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · 𝑁))
75	74	oveq1d 7423	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑𝐼) · (((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2)) · 𝑀) = ((((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · 𝑁) · 𝑀))
76	29, 75	eqtrd 2804	. 2 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) · 𝑀)) = ((((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · 𝑁) · 𝑀))
77		2z 12622	. . . . . . . . 9 ⊢ 2 ∈ ℤ
78	77	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 2 ∈ ℤ)
79	78, 4	jca 520	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (2 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ))
80		zmulcl 12639	. . . . . . 7 ⊢ ((2 ∈ ℤ ∧ 𝑁 ∈ ℤ) → (2 · 𝑁) ∈ ℤ)
81	79, 80	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (2 · 𝑁) ∈ ℤ)
82	81, 68	jca 520	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁) ∈ ℤ ∧ ((𝐼 − 𝐽) − 1) ∈ ℕ₀))
83		zexpcl 14108	. . . . 5 ⊢ (((2 · 𝑁) ∈ ℤ ∧ ((𝐼 − 𝐽) − 1) ∈ ℕ₀) → ((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) ∈ ℤ)
84	82, 83	syl 18	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) ∈ ℤ)
85	84, 4	zmulcld 12702	. . 3 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · 𝑁) ∈ ℤ)
86	85, 26	zmulcld 12702	. 2 ⊢ (𝜑 → ((((2 · 𝑁)↑((𝐼 − 𝐽) − 1)) · 𝑁) · 𝑀) ∈ ℤ)
87	76, 86	eqeltrd 2869	1 ⊢ (𝜑 → (((2 · 𝑁)↑𝐼) · ((((2 · 𝑁)↑-𝐽) / 2) · 𝑀)) ∈ ℤ)

Colors of variables: wff setvar class

Syntax hints: → wi 4 ↔ wb 209 ∧ wa 400 = wceq 1567 ∈ wcel 2149 ≠ wne 2964 class class class wbr 5110 (class class class)co 7408 ℂcc 11094 0cc0 11096 1c1 11097 + caddc 11099 · cmul 11101 < clt 11239 ≤ cle 11240 − cmin 11437 -cneg 11438 / cdiv 11867 ℕcn 12229 2c2 12291 ℕ₀cn0 12500 ℤcz 12587 ↑cexp 14093

This theorem was proved from axioms: ax-mp 5 ax-1 6 ax-2 7 ax-3 8 ax-gen 1822 ax-4 1836 ax-5 1937 ax-6 1994 ax-7 2035 ax-8 2151 ax-9 2159 ax-10 2182 ax-11 2198 ax-12 2219 ax-ext 2741 ax-sep 5258 ax-nul 5268 ax-pow 5334 ax-pr 5402 ax-un 7730 ax-cnex 11152 ax-resscn 11153 ax-1cn 11154 ax-icn 11155 ax-addcl 11156 ax-addrcl 11157 ax-mulcl 11158 ax-mulrcl 11159 ax-mulcom 11160 ax-addass 11161 ax-mulass 11162 ax-distr 11163 ax-i2m1 11164 ax-1ne0 11165 ax-1rid 11166 ax-rnegex 11167 ax-rrecex 11168 ax-cnre 11169 ax-pre-lttri 11170 ax-pre-lttrn 11171 ax-pre-ltadd 11172 ax-pre-mulgt0 11173

This theorem depends on definitions: df-bi 210 df-an 401 df-or 861 df-3or 1102 df-3an 1103 df-tru 1570 df-fal 1580 df-ex 1807 df-nf 1811 df-sb 2098 df-mo 2573 df-eu 2603 df-clab 2748 df-cleq 2761 df-clel 2844 df-nfc 2918 df-ne 2965 df-nel 3071 df-ral 3086 df-rex 3096 df-rmo 3376 df-reu 3377 df-rab 3424 df-v 3465 df-sbc 3754 df-csb 3862 df-dif 3916 df-un 3918 df-in 3920 df-ss 3930 df-pss 3933 df-nul 4295 df-if 4490 df-pw 4566 df-sn 4592 df-pr 4594 df-op 4598 df-uni 4874 df-iun 4959 df-br 5111 df-opab 5175 df-mpt 5194 df-tr 5220 df-id 5554 df-eprel 5559 df-po 5567 df-so 5568 df-fr 5612 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 6299 df-ord 6360 df-on 6361 df-lim 6362 df-suc 6363 df-iota 6489 df-fun 6535 df-fn 6536 df-f 6537 df-f1 6538 df-fo 6539 df-f1o 6540 df-fv 6541 df-riota 7365 df-ov 7411 df-oprab 7412 df-mpo 7413 df-om 7859 df-2nd 7983 df-frecs 8274 df-wrecs 8305 df-recs 8354 df-rdg 8393 df-er 8690 df-en 8940 df-dom 8941 df-sdom 8942 df-pnf 11241 df-mnf 11242 df-xr 11243 df-ltxr 11244 df-le 11245 df-sub 11439 df-neg 11440 df-div 11868 df-nn 12230 df-2 12299 df-n0 12501 df-z 12588 df-uz 12859 df-seq 14034 df-exp 14094

This theorem is referenced by: knoppndvlem6 36991

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