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 48694
Description: Lemma 2 for lighneallem4 48695. (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 12728 . . 3 2 ∈ ℤ
21a1i 11 . 2 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 2 ∈ ℤ)
3 fzfid 14116 . . . 4 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → (0...(𝑀 − 1)) ∈ Fin)
4 neg1z 12732 . . . . . . 7 -1 ∈ ℤ
5 elfznn0 13754 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
6 zexpcl 14219 . . . . . . 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 13019 . . . . . . . . 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 14390 . . . . . 6 (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → (𝐴↑𝑘) ∈ ℕ0)
1413nn0zd 12718 . . . . 5 (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → (𝐴↑𝑘) ∈ ℤ)
158, 14zmulcld 12809 . . . 4 (((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) ∧ 𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))) → (( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℤ)
163, 15fsumzcl 15901 . . 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 12729 . . . . 5 3 ∈ ℤ
2019a1i 11 . . . 4 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 3 ∈ ℤ)
21 eluzelz 12975 . . . . 5 (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑀 ∈ ℤ)
22213ad2ant2 1152 . . . 4 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 𝑀 ∈ ℤ)
23 eluz2 12971 . . . . . . 7 (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ↔ (2 ∈ ℤ ∧ 𝑀 ∈ ℤ ∧ 2 ≤ 𝑀))
24 2re 12417 . . . . . . . . . . . 12 2 ∈ ℝ
2524a1i 11 . . . . . . . . . . 11 (𝑀 ∈ ℤ → 2 ∈ ℝ)
26 zre 12697 . . . . . . . . . . 11 (𝑀 ∈ ℤ → 𝑀 ∈ ℝ)
2725, 26leloed 11453 . . . . . . . . . 10 (𝑀 ∈ ℤ → (2 ≤ 𝑀 ↔ (2 < 𝑀 ∨ 2 = 𝑀)))
28 zltp1le 12746 . . . . . . . . . . . . . . . . 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 12406 . . . . . . . . . . . . . . . 16 3 = (2 + 1)
3231breq1i 5109 . . . . . . . . . . . . . . 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 16540 . . . . . . . . . . . . . . 15 2 ∥ 2
37 breq2 5106 . . . . . . . . . . . . . . 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 12971 . . . 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 12977 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐴 ∈ ℂ)
52513ad2ant1 1151 . . . . . . 7 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 𝐴 ∈ ℂ)
53 eluz2nn 13015 . . . . . . . 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 16562 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → ((𝐴↑𝑀) + 1) = ((𝐴 + 1) · Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘))))
5756eqcomd 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 13019 . . . . . . . . . . 11 (𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝑀 ∈ ℕ0)
5958adantl 487 . . . . . . . . . 10 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → 𝑀 ∈ ℕ0)
6010, 59nn0expcld 14390 . . . . . . . . 9 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝐴↑𝑀) ∈ ℕ0)
6160nn0cnd 12669 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2)) → (𝐴↑𝑀) ∈ ℂ)
62 peano2cn 11482 . . . . . . . 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 12804 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)) ∈ ℂ)
66 eluz2nn 13015 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → 𝐴 ∈ ℕ)
6766peano2nnd 12352 . . . . . . . . 9 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝐴 + 1) ∈ ℕ)
6867nncnd 12351 . . . . . . . 8 (𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) → (𝐴 + 1) ∈ ℂ)
6967nnne0d 12388 . . . . . . . 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 11977 . . . . . 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 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)))
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 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 48693 . . 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 1398 . 2 ((𝐴 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ 𝑀 ∈ (ℤ≥‘2) ∧ ¬ 2 ∥ 𝑀) → 2 ≤ Σ𝑘 ∈ (0...(𝑀 − 1))(( -1↑𝑘) · (𝐴↑𝑘)))
78 eluz2 12971 . 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 1569   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2955   class class class wbr 5102  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11198  ℝcr 11199  0cc0 11200  1c1 11201   + caddc 11203   · cmul 11205   < clt 11343   ≤ cle 11344   − cmin 11541   -cneg 11542   / cdiv 11973  ℕcn 12335  2c2 12397  3c3 12398  ℕ0cn0 12606  ℤcz 12693  ℤ≥cuz 12965  ...cfz 13639  ↑cexp 14204  Σcsu 15853   ∥ cdvds 16422
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-inf2 9642  ax-cnex 11256  ax-resscn 11257  ax-1cn 11258  ax-icn 11259  ax-addcl 11260  ax-addrcl 11261  ax-mulcl 11262  ax-mulrcl 11263  ax-mulcom 11264  ax-addass 11265  ax-mulass 11266  ax-distr 11267  ax-i2m1 11268  ax-1ne0 11269  ax-1rid 11270  ax-rnegex 11271  ax-rrecex 11272  ax-cnre 11273  ax-pre-lttri 11274  ax-pre-lttrn 11275  ax-pre-ltadd 11276  ax-pre-mulgt0 11277  ax-pre-sup 11278
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  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 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4584  df-pr 4586  df-op 4590  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-se 5604  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-isom 6547  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-frecs 8299  df-wrecs 8330  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-1o 8476  df-er 8717  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-fin 8977  df-sup 9434  df-oi 9504  df-card 10020  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-xr 11347  df-ltxr 11348  df-le 11349  df-sub 11543  df-neg 11544  df-div 11974  df-nn 12336  df-2 12405  df-3 12406  df-4 12407  df-n0 12607  df-z 12694  df-uz 12966  df-rp 13121  df-fz 13640  df-fzo 13789  df-seq 14145  df-exp 14205  df-hash 14475  df-cj 15266  df-re 15267  df-im 15268  df-sqrt 15402  df-abs 15403  df-clim 15655  df-sum 15854  df-dvds 16423
This theorem is used by:  lighneallem4  48695
  Copyright terms: Public domain W3C validator