Theorem lighneallem4b 48610

Description: Lemma 2 for lighneallem4 48611. (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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		2z 12683	. . 3 ⊢ 2 ∈ ℤ
2	1	a1i 11	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 2 ∈ ℤ)
3		fzfid 14070	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → (0...(𝑀 − 1)) ∈ Fin)
4		neg1z 12687	. . . . . . 7 ⊢ -1 ∈ ℤ
5		elfznn0 13708	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
6		zexpcl 14173	. . . . . . 7 ⊢ ((-1 ∈ ℤ ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (-1↑𝑘) ∈ ℤ)
7	4, 5, 6	sylancr 599	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1)) → (-1↑𝑘) ∈ ℤ)
8	7	adantl 487	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → (-1↑𝑘) ∈ ℤ)
9		eluzge2nn0 12974	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐴 ∈ ℕ0)
10	9	adantr 486	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → 𝐴 ∈ ℕ0)
11	10	adantr 486	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → 𝐴 ∈ ℕ0)
12	5	adantl 487	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → 𝑘 ∈ ℕ0)
13	11, 12	nn0expcld 14343	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → (𝐴↑𝑘) ∈ ℕ0)
14	13	nn0zd 12673	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → (𝐴↑𝑘) ∈ ℤ)
15	8, 14	zmulcld 12764	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → ((-1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℤ)
16	3, 15	fsumzcl 15854	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))((-1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℤ)
17	16	3adant3 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 12684	. . . . 5 ⊢ 3 ∈ ℤ
20	19	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 3 ∈ ℤ)
21		eluzelz 12930	. . . . 5 ⊢ (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑀 ∈ ℤ)
22	21	3ad2ant2 1152	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
23		eluz2 12926	. . . . . . 7 ⊢ (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ↔ (2 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 2 ≤ 𝑀))
24		2re 12372	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 2 ∈ ℝ
25	24	a1i 11	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → 2 ∈ ℝ)
26		zre 12652	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → 𝑀 ∈ ℝ)
27	25, 26	leloed 11410	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → (2 ≤ 𝑀 ↔ (2 < 𝑀 ∨ 2 = 𝑀)))
28		zltp1le 12701	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ ((2 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ) → (2 < 𝑀 ↔ (2 + 1) ≤ 𝑀))
29	1, 28	mpan 703	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → (2 < 𝑀 ↔ (2 + 1) ≤ 𝑀))
30	29	biimpd 232	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → (2 < 𝑀 → (2 + 1) ≤ 𝑀))
31		df-3 12361	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ 3 = (2 + 1)
32	31	breq1i 5110	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (3 ≤ 𝑀 ↔ (2 + 1) ≤ 𝑀)
33	30, 32	imbitrrdi 255	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → (2 < 𝑀 → 3 ≤ 𝑀))
34	33	a1i 11	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (¬ 2 ∥ 𝑀 → (𝑀 ∈ ℤ → (2 < 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
35	34	com13 89	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 < 𝑀 → (𝑀 ∈ ℤ → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
36		z2even 16493	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ 2 ∥ 2
37		breq2 5107	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (2 = 𝑀 → (2 ∥ 2 ↔ 2 ∥ 𝑀))
38	36, 37	mpbii 236	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (2 = 𝑀 → 2 ∥ 𝑀)
39	38	pm2.24d 152	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (2 = 𝑀 → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀))
40	39	a1d 26	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (2 = 𝑀 → (𝑀 ∈ ℤ → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
41	35, 40	jaoi 871	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((2 < 𝑀 ∨ 2 = 𝑀) → (𝑀 ∈ ℤ → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
42	41	com12 33	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → ((2 < 𝑀 ∨ 2 = 𝑀) → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
43	27, 42	sylbid 243	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → (2 ≤ 𝑀 → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀)))
44	43	imp 412	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ∈ ℤ ∧ 2 ≤ 𝑀) → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀))
45	44	3adant1 1148	. . . . . . 7 ⊢ ((2 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 2 ≤ 𝑀) → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀))
46	23, 45	sylbi 220	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) → (¬ 2 ∥ 𝑀 → 3 ≤ 𝑀))
47	46	imp 412	. . . . 5 ⊢ ((𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 3 ≤ 𝑀)
48	47	3adant1 1148	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 3 ≤ 𝑀)
49		eluz2 12926	. . . 4 ⊢ (𝑀 ∈ (ℤ≥‘3) ↔ (3 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 3 ≤ 𝑀))
50	20, 22, 48, 49	syl3anbrc 1362	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 𝑀 ∈ (ℤ≥‘3))
51		eluzelcn 12932	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐴 ∈ ℂ)
52	51	3ad2ant1 1151	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 𝐴 ∈ ℂ)
53		eluz2nn 12970	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑀 ∈ ℕ)
54	53	3ad2ant2 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)
56	52, 54, 55	oddpwp1fsum 16515	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ((𝐴↑𝑀) + 1) = ((𝐴 + 1) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))((-1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘))))
57	56	eqcomd 2766	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ((𝐴 + 1) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))((-1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘))) = ((𝐴↑𝑀) + 1))
58		eluzge2nn0 12974	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑀 ∈ ℕ0)
59	58	adantl 487	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → 𝑀 ∈ ℕ0)
60	10, 59	nn0expcld 14343	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝐴↑𝑀) ∈ ℕ0)
61	60	nn0cnd 12624	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝐴↑𝑀) ∈ ℂ)
62		peano2cn 11439	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐴↑𝑀) ∈ ℂ → ((𝐴↑𝑀) + 1) ∈ ℂ)
63	61, 62	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → ((𝐴↑𝑀) + 1) ∈ ℂ)
64	63	3adant3 1150	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ((𝐴↑𝑀) + 1) ∈ ℂ)
65	17	zcnd 12759	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))((-1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℂ)
66		eluz2nn 12970	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐴 ∈ ℕ)
67	66	peano2nnd 12307	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝐴 + 1) ∈ ℕ)
68	67	nncnd 12306	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝐴 + 1) ∈ ℂ)
69	67	nnne0d 12343	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝐴 + 1) ≠ 0)
70	68, 69	jca 521	. . . . . . 7 ⊢ (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → ((𝐴 + 1) ∈ ℂ ∧ (𝐴 + 1) ≠ 0))
71	70	3ad2ant1 1151	. . . . . 6 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ((𝐴 + 1) ∈ ℂ ∧ (𝐴 + 1) ≠ 0))
72		divmul 11932	. . . . . 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)))
73	64, 65, 71, 72	syl3anc 1398	. . . . 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)))
74	57, 73	mpbird 260	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → (((𝐴↑𝑀) + 1) / (𝐴 + 1)) = Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))((-1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)))
75	74	eqcomd 2766	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))((-1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) = (((𝐴↑𝑀) + 1) / (𝐴 + 1)))
76		lighneallem4a 48609	. . 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)))
77	18, 50, 75, 76	syl3anc 1398	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 2 ≤ Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))((-1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)))
78		eluz2 12926	. 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))))
79	2, 17, 77, 78	syl3anbrc 1362	1 ⊢ ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))((-1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ (ℤ≥‘2))

This proof depends on syntax axioms:  ¬ wn 3   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∨ wo 861   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2955   class class class wbr 5103  ‘cfv 6528  (class class class)co 7409  ℂcc 11155  ℝcr 11156  0cc0 11157  1c1 11158   + caddc 11160   · cmul 11162   < clt 11300   ≤ cle 11301   − cmin 11498  -cneg 11499   / cdiv 11928  ℕcn 12290  2c2 12352  3c3 12353  ℕ₀cn0 12561  ℤcz 12648  ℤ_≥cuz 12920  ...cfz 13594  ↑cexp 14158  Σcsu 15806   ∥ cdvds 16375

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 2732  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7735  ax-inf2 9620  ax-cnex 11213  ax-resscn 11214  ax-1cn 11215  ax-icn 11216  ax-addcl 11217  ax-addrcl 11218  ax-mulcl 11219  ax-mulrcl 11220  ax-mulcom 11221  ax-addass 11222  ax-mulass 11223  ax-distr 11224  ax-i2m1 11225  ax-1ne0 11226  ax-1rid 11227  ax-rnegex 11228  ax-rrecex 11229  ax-cnre 11230  ax-pre-lttri 11231  ax-pre-lttrn 11232  ax-pre-ltadd 11233  ax-pre-mulgt0 11234  ax-pre-sup 11235

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 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  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-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5543  df-eprel 5548  df-po 5556  df-so 5557  df-fr 5601  df-se 5602  df-we 5603  df-xp 5654  df-rel 5655  df-cnv 5656  df-co 5657  df-dm 5658  df-rn 5659  df-res 5660  df-ima 5661  df-pred 6294  df-ord 6355  df-on 6356  df-lim 6357  df-suc 6358  df-iota 6484  df-fun 6530  df-fn 6531  df-f 6532  df-f1 6533  df-fo 6534  df-f1o 6535  df-fv 6536  df-isom 6537  df-riota 7366  df-ov 7412  df-oprab 7413  df-mpo 7414  df-om 7862  df-1st 7985  df-2nd 7986  df-frecs 8278  df-wrecs 8309  df-recs 8358  df-rdg 8397  df-1o 8455  df-er 8696  df-en 8953  df-dom 8954  df-sdom 8955  df-fin 8956  df-sup 9412  df-oi 9482  df-card 9977  df-pnf 11302  df-mnf 11303  df-xr 11304  df-ltxr 11305  df-le 11306  df-sub 11500  df-neg 11501  df-div 11929  df-nn 12291  df-2 12360  df-3 12361  df-4 12362  df-n0 12562  df-z 12649  df-uz 12921  df-rp 13076  df-fz 13595  df-fzo 13743  df-seq 14099  df-exp 14159  df-hash 14428  df-cj 15219  df-re 15220  df-im 15221  df-sqrt 15355  df-abs 15356  df-clim 15608  df-sum 15807  df-dvds 16376

This theorem is used by:  lighneallem4  48611