Users' Mathboxes Mathbox for Alexander van der Vekens < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  lighneallem4b Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem lighneallem4b 48897
Description: Lemma 2 for lighneallem4 48898. (Contributed by AV, 16-Aug-2021.)
Assertion
Ref Expression
lighneallem4b ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ (ℤ≥‘2))
Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝑀

Proof of Theorem lighneallem4b
StepHypRef Expression
1 2z 12752 . . 3 2 ∈ ℤ
21a1i 11 . 2 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 2 ∈ ℤ)
3 fzfid 14140 . . . 4 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → (0...(𝑀 − 1)) ∈ Fin)
4 neg1z 12756 . . . . . . 7 -1 ∈ ℤ
5 elfznn0 13778 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
6 zexpcl 14243 . . . . . . 7 (( -1 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ( -1↑𝑘) ∈ ℤ)
74, 5, 6sylancr 599 . . . . . 6 (𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1)) → ( -1↑𝑘) ∈ ℤ)
87adantl 487 . . . . 5 (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → ( -1↑𝑘) ∈ ℤ)
9 eluzge2nn0 13043 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐴 ∈ ℕ0)
109adantr 486 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → 𝐴 ∈ ℕ0)
1110adantr 486 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → 𝐴 ∈ ℕ0)
125adantl 487 . . . . . . 7 (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
1311, 12nn0expcld 14414 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → (𝐴↑𝑘) ∈ ℕ0)
1413nn0zd 12742 . . . . 5 (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → (𝐴↑𝑘) ∈ ℤ)
158, 14zmulcld 12833 . . . 4 (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → (( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℤ)
163, 15fsumzcl 15927 . . 3 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℤ)
17163adant3 1150 . 2 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℤ)
18 simp1 1154 . . 3 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 𝐴 ∈ (ℤ≥‘2))
19 3z 12753 . . . . 5 3 ∈ ℤ
2019a1i 11 . . . 4 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 3 ∈ ℤ)
21 eluzelz 12999 . . . . 5 (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑀 ∈ ℤ)
22213ad2ant2 1152 . . . 4 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
23 eluz2 12995 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ↔ (2 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 2 ≤ 𝑀))
24 2re 12441 . . . . . . . . . . . 12 2 ∈ ℝ
2524a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝑀 ∈ ℤ → 2 ∈ ℝ)
26 zre 12721 . . . . . . . . . . 11 (𝑀 ∈ ℤ → 𝑀 ∈ ℝ)
2725, 26leloed 11477 . . . . . . . . . 10 (𝑀 ∈ ℤ → (2 ≤ 𝑀 ↔ (2 < 𝑀 ∨ 2 = 𝑀)))
28 zltp1le 12770 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ((2 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → (2 < 𝑀 ↔ (2 + 1) ≤ 𝑀))
291, 28mpan 703 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑀 ∈ ℤ → (2 < 𝑀 ↔ (2 + 1) ≤ 𝑀))
3029biimpd 232 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑀 ∈ ℤ → (2 < 𝑀 → (2 + 1) ≤ 𝑀))
31 df-3 12430 . . . . . . . . . . . . . . . 16 3 = (2 + 1)
3231breq1i 5113 . . . . . . . . . . . . . . 15 (3 ≤ 𝑀 ↔ (2 + 1) ≤ 𝑀)
3330, 32imbitrrdi 255 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑀 ∈ ℤ → (2 < 𝑀 → 3 ≤ 𝑀))
3433a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 (¬ 2 ∥ 𝑀 → (𝑀 ∈ ℤ → (2 < 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
3534com13 89 . . . . . . . . . . . 12 (2 < 𝑀 → (𝑀 ∈ ℤ → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
36 z2even 16566 . . . . . . . . . . . . . . 15 2 ∥ 2
37 breq2 5110 . . . . . . . . . . . . . . 15 (2 = 𝑀 → (2 ∥ 2 ↔ 2 ∥ 𝑀))
3836, 37mpbii 236 . . . . . . . . . . . . . 14 (2 = 𝑀 → 2 ∥ 𝑀)
3938pm2.24d 152 . . . . . . . . . . . . 13 (2 = 𝑀 → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀))
4039a1d 26 . . . . . . . . . . . 12 (2 = 𝑀 → (𝑀 ∈ ℤ → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
4135, 40jaoi 871 . . . . . . . . . . 11 ((2 < 𝑀 ∨ 2 = 𝑀) → (𝑀 ∈ ℤ → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
4241com12 33 . . . . . . . . . 10 (𝑀 ∈ ℤ → ((2 < 𝑀 ∨ 2 = 𝑀) → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
4327, 42sylbid 243 . . . . . . . . 9 (𝑀 ∈ ℤ → (2 ≤ 𝑀 → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
4443imp 412 . . . . . . . 8 ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 2 ≤ 𝑀) → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀))
45443adant1 1148 . . . . . . 7 ((2 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 2 ≤ 𝑀) → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀))
4623, 45sylbi 220 . . . . . 6 (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀))
4746imp 412 . . . . 5 ((𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 3 ≤ 𝑀)
48473adant1 1148 . . . 4 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 3 ≤ 𝑀)
49 eluz2 12995 . . . 4 (𝑀 ∈ (ℤ≥‘3) ↔ (3 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 3 ≤ 𝑀))
5020, 22, 48, 49syl3anbrc 1362 . . 3 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 𝑀 ∈ (ℤ≥‘3))
51 eluzelcn 13001 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐴 ∈ ℂ)
52513ad2ant1 1151 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 𝐴 ∈ ℂ)
53 eluz2nn 13039 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑀 ∈ ℕ)
54533ad2ant2 1152 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 𝑀 ∈ ℕ)
55 simp3 1156 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ¬ 2 ∥ 𝑀)
5652, 54, 55oddpwp1fsum 16588 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ((𝐴↑𝑀) + 1) = ((𝐴 + 1) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘))))
5756eqcomd 2769 . . . . 5 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ((𝐴 + 1) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘))) = ((𝐴↑𝑀) + 1))
58 eluzge2nn0 13043 . . . . . . . . . . 11 (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑀 ∈ ℕ0)
5958adantl 487 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → 𝑀 ∈ ℕ0)
6010, 59nn0expcld 14414 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝐴↑𝑀) ∈ ℕ0)
6160nn0cnd 12693 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝐴↑𝑀) ∈ ℂ)
62 peano2cn 11506 . . . . . . . 8 ((𝐴↑𝑀) ∈ ℂ → ((𝐴↑𝑀) + 1) ∈ ℂ)
6361, 62syl 18 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴↑𝑀) + 1) ∈ ℂ)
64633adant3 1150 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ((𝐴↑𝑀) + 1) ∈ ℂ)
6517zcnd 12828 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℂ)
66 eluz2nn 13039 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐴 ∈ ℕ)
6766peano2nnd 12376 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝐴 + 1) ∈ ℕ)
6867nncnd 12375 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝐴 + 1) ∈ ℂ)
6967nnne0d 12412 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝐴 + 1) ≠ 0)
7068, 69jca 521 . . . . . . 7 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → ((𝐴 + 1) ∈ ℂ ∧ (𝐴 + 1) ≠ 0))
71703ad2ant1 1151 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ((𝐴 + 1) ∈ ℂ ∧ (𝐴 + 1) ≠ 0))
72 divmul 12001 . . . . . 6 ((((𝐴↑𝑀) + 1) ∈ ℂ ∧ Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℂ ∧ ((𝐴 + 1) ∈ ℂ ∧ (𝐴 + 1) ≠ 0)) → ((((𝐴↑𝑀) + 1) / (𝐴 + 1)) = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ↔ ((𝐴 + 1) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘))) = ((𝐴↑𝑀) + 1)))
7364, 65, 71, 72syl3anc 1399 . . . . 5 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ((((𝐴↑𝑀) + 1) / (𝐴 + 1)) = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ↔ ((𝐴 + 1) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘))) = ((𝐴↑𝑀) + 1)))
7457, 73mpbird 260 . . . 4 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → (((𝐴↑𝑀) + 1) / (𝐴 + 1)) = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)))
7574eqcomd 2769 . . 3 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) = (((𝐴↑𝑀) + 1) / (𝐴 + 1)))
76 lighneallem4a 48896 . . 3 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘3) ∧ Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) = (((𝐴↑𝑀) + 1) / (𝐴 + 1))) → 2 ≤ Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)))
7718, 50, 75, 76syl3anc 1399 . 2 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 2 ≤ Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)))
78 eluz2 12995 . 2 (Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ (ℤ≥‘2) ↔ (2 ∈ ℤ ∧ Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℤ ∧ 2 ≤ Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘))))
792, 17, 77, 78syl3anbrc 1362 1 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ (ℤ≥‘2))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∨ wo 861   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2147   ≠ wne 2959   class class class wbr 5106  ‘cfv 6555  (class class class)co 7440  ℂcc 11222  ℝcr 11223  0cc0 11224  1c1 11225   + caddc 11227   · cmul 11229   < clt 11367   ≤ cle 11368   − cmin 11565   -cneg 11566   / cdiv 11997  ℕcn 12359  2c2 12421  3c3 12422  ℕ0cn0 12630  ℤcz 12717  ℤ≥cuz 12989  ...cfz 13663  ↑cexp 14228  Σcsu 15879   ∥ cdvds 16448
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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7772  ax-inf2 9666  ax-cnex 11280  ax-resscn 11281  ax-1cn 11282  ax-icn 11283  ax-addcl 11284  ax-addrcl 11285  ax-mulcl 11286  ax-mulrcl 11287  ax-mulcom 11288  ax-addass 11289  ax-mulass 11290  ax-distr 11291  ax-i2m1 11292  ax-1ne0 11293  ax-1rid 11294  ax-rnegex 11295  ax-rrecex 11296  ax-cnre 11297  ax-pre-lttri 11298  ax-pre-lttrn 11299  ax-pre-ltadd 11300  ax-pre-mulgt0 11301  ax-pre-sup 11302
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 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6319  df-ord 6380  df-on 6381  df-lim 6382  df-suc 6383  df-iota 6509  df-fun 6557  df-fn 6558  df-f 6559  df-f1 6560  df-fo 6561  df-f1o 6562  df-fv 6563  df-isom 6564  df-riota 7397  df-ov 7443  df-oprab 7444  df-mpo 7445  df-om 7899  df-1st 8022  df-2nd 8023  df-frecs 8324  df-wrecs 8355  df-recs 8404  df-rdg 8443  df-1o 8501  df-er 8742  df-en 8999  df-dom 9000  df-sdom 9001  df-fin 9002  df-sup 9458  df-oi 9528  df-card 10044  df-pnf 11369  df-mnf 11370  df-xr 11371  df-ltxr 11372  df-le 11373  df-sub 11567  df-neg 11568  df-div 11998  df-nn 12360  df-2 12429  df-3 12430  df-4 12431  df-n0 12631  df-z 12718  df-uz 12990  df-rp 13145  df-fz 13664  df-fzo 13813  df-seq 14169  df-exp 14229  df-hash 14499  df-cj 15292  df-re 15293  df-im 15294  df-sqrt 15428  df-abs 15429  df-clim 15681  df-sum 15880  df-dvds 16449
This theorem is used by:  lighneallem4  48898
  Copyright terms: Public domain W3C validator