Theorem metakunt33 42219

Description: Construction of one solution of the increment equation system. (Contributed by metakunt, 18-Jul-2024.)

Hypotheses

Ref	Expression
metakunt33.1	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
metakunt33.2	⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ ℕ)
metakunt33.3	⊢ (𝜑 → 𝐼 ≤ 𝑀)
metakunt33.4	⊢ 𝐴 = (𝑥 ∈ (1...𝑀) ↦ if(𝑥 = 𝐼, 𝑀, if(𝑥 < 𝐼, 𝑥, (𝑥 − 1))))
metakunt33.5	⊢ 𝐵 = (𝑧 ∈ (1...𝑀) ↦ if(𝑧 = 𝑀, 𝑀, if(𝑧 < 𝐼, (𝑧 + (𝑀 − 𝐼)), (𝑧 + (1 − 𝐼)))))
metakunt33.6	⊢ 𝐶 = (𝑦 ∈ (1...𝑀) ↦ if(𝑦 = 𝑀, 𝐼, if(𝑦 < 𝐼, 𝑦, (𝑦 + 1))))
metakunt33.7	⊢ 𝐷 = (𝑤 ∈ (1...𝑀) ↦ if(𝑤 = 𝐼, 𝑤, if(𝑤 < 𝐼, ((𝑤 + (𝑀 − 𝐼)) + if(𝐼 ≤ (𝑤 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)), ((𝑤 − 𝐼) + if(𝐼 ≤ (𝑤 − 𝐼), 1, 0)))))

Assertion

Ref	Expression
metakunt33	⊢ (𝜑 → (𝐶 ∘ (𝐵 ∘ 𝐴)) = 𝐷)

Distinct variable groups:   𝑤,𝐼   𝑥,𝐼   𝑦,𝐼   𝑧,𝐼   𝑤,𝑀   𝑥,𝑀   𝑦,𝑀   𝑧,𝑀   𝜑,𝑤   𝜑,𝑥   𝜑,𝑦   𝜑,𝑧

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)   𝐵(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)   𝐶(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)   𝐷(𝑥,𝑦,𝑧,𝑤)

Proof of Theorem metakunt33

Dummy variable 𝑎 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		metakunt33.1	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℕ)
2		metakunt33.2	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ ℕ)
3		metakunt33.3	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ≤ 𝑀)
4		metakunt33.6	. . . . 5 ⊢ 𝐶 = (𝑦 ∈ (1...𝑀) ↦ if(𝑦 = 𝑀, 𝐼, if(𝑦 < 𝐼, 𝑦, (𝑦 + 1))))
5	1, 2, 3, 4	metakunt2 42188	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐶:(1...𝑀)⟶(1...𝑀))
6		metakunt33.5	. . . . . . 7 ⊢ 𝐵 = (𝑧 ∈ (1...𝑀) ↦ if(𝑧 = 𝑀, 𝑀, if(𝑧 < 𝐼, (𝑧 + (𝑀 − 𝐼)), (𝑧 + (1 − 𝐼)))))
7	1, 2, 3, 6	metakunt25 42211	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐵:(1...𝑀)–1-1-onto→(1...𝑀))
8		f1of 6849	. . . . . 6 ⊢ (𝐵:(1...𝑀)–1-1-onto→(1...𝑀) → 𝐵:(1...𝑀)⟶(1...𝑀))
9	7, 8	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐵:(1...𝑀)⟶(1...𝑀))
10		metakunt33.4	. . . . . 6 ⊢ 𝐴 = (𝑥 ∈ (1...𝑀) ↦ if(𝑥 = 𝐼, 𝑀, if(𝑥 < 𝐼, 𝑥, (𝑥 − 1))))
11	1, 2, 3, 10	metakunt1 42187	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐴:(1...𝑀)⟶(1...𝑀))
12	9, 11	fcod 6762	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐵 ∘ 𝐴):(1...𝑀)⟶(1...𝑀))
13	5, 12	fcod 6762	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐶 ∘ (𝐵 ∘ 𝐴)):(1...𝑀)⟶(1...𝑀))
14	13	ffnd 6738	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐶 ∘ (𝐵 ∘ 𝐴)) Fn (1...𝑀))
15		nfv 1912	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑤𝜑
16		elfzelz 13561	. . . . 5 ⊢ (𝑤 ∈ (1...𝑀) → 𝑤 ∈ ℤ)
17	16	adantl 481	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → 𝑤 ∈ ℤ)
18	1	nnzd 12638	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
19	18	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → 𝑀 ∈ ℤ)
20	2	nnzd 12638	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐼 ∈ ℤ)
21	20	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → 𝐼 ∈ ℤ)
22	19, 21	zsubcld 12725	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → (𝑀 − 𝐼) ∈ ℤ)
23	17, 22	zaddcld 12724	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → (𝑤 + (𝑀 − 𝐼)) ∈ ℤ)
24		1zzd 12646	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → 1 ∈ ℤ)
25		0zd 12623	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → 0 ∈ ℤ)
26	24, 25	ifcld 4577	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → if(𝐼 ≤ (𝑤 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0) ∈ ℤ)
27	23, 26	zaddcld 12724	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → ((𝑤 + (𝑀 − 𝐼)) + if(𝐼 ≤ (𝑤 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)) ∈ ℤ)
28	17, 21	zsubcld 12725	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → (𝑤 − 𝐼) ∈ ℤ)
29	24, 25	ifcld 4577	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → if(𝐼 ≤ (𝑤 − 𝐼), 1, 0) ∈ ℤ)
30	28, 29	zaddcld 12724	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → ((𝑤 − 𝐼) + if(𝐼 ≤ (𝑤 − 𝐼), 1, 0)) ∈ ℤ)
31	27, 30	ifcld 4577	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → if(𝑤 < 𝐼, ((𝑤 + (𝑀 − 𝐼)) + if(𝐼 ≤ (𝑤 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)), ((𝑤 − 𝐼) + if(𝐼 ≤ (𝑤 − 𝐼), 1, 0))) ∈ ℤ)
32	17, 31	ifcld 4577	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ (1...𝑀)) → if(𝑤 = 𝐼, 𝑤, if(𝑤 < 𝐼, ((𝑤 + (𝑀 − 𝐼)) + if(𝐼 ≤ (𝑤 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)), ((𝑤 − 𝐼) + if(𝐼 ≤ (𝑤 − 𝐼), 1, 0)))) ∈ ℤ)
33		metakunt33.7	. . 3 ⊢ 𝐷 = (𝑤 ∈ (1...𝑀) ↦ if(𝑤 = 𝐼, 𝑤, if(𝑤 < 𝐼, ((𝑤 + (𝑀 − 𝐼)) + if(𝐼 ≤ (𝑤 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)), ((𝑤 − 𝐼) + if(𝐼 ≤ (𝑤 − 𝐼), 1, 0)))))
34	15, 32, 33	fnmptd 6710	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐷 Fn (1...𝑀))
35	12	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → (𝐵 ∘ 𝐴):(1...𝑀)⟶(1...𝑀))
36		simpr 484	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → 𝑎 ∈ (1...𝑀))
37	35, 36	fvco3d 7009	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐶 ∘ (𝐵 ∘ 𝐴))‘𝑎) = (𝐶‘((𝐵 ∘ 𝐴)‘𝑎)))
38	11	adantr 480	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → 𝐴:(1...𝑀)⟶(1...𝑀))
39	38, 36	fvco3d 7009	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐵 ∘ 𝐴)‘𝑎) = (𝐵‘(𝐴‘𝑎)))
40	39	fveq2d 6911	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → (𝐶‘((𝐵 ∘ 𝐴)‘𝑎)) = (𝐶‘(𝐵‘(𝐴‘𝑎))))
41	37, 40	eqtrd 2775	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐶 ∘ (𝐵 ∘ 𝐴))‘𝑎) = (𝐶‘(𝐵‘(𝐴‘𝑎))))
42	1	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → 𝑀 ∈ ℕ)
43	2	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → 𝐼 ∈ ℕ)
44	3	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → 𝐼 ≤ 𝑀)
45		eqid 2735	. . . . 5 ⊢ if(𝐼 ≤ (𝑎 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0) = if(𝐼 ≤ (𝑎 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)
46		eqid 2735	. . . . 5 ⊢ if(𝐼 ≤ (𝑎 − 𝐼), 1, 0) = if(𝐼 ≤ (𝑎 − 𝐼), 1, 0)
47		eqid 2735	. . . . 5 ⊢ if(𝑎 = 𝐼, 𝑎, if(𝑎 < 𝐼, ((𝑎 + (𝑀 − 𝐼)) + if(𝐼 ≤ (𝑎 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)), ((𝑎 − 𝐼) + if(𝐼 ≤ (𝑎 − 𝐼), 1, 0)))) = if(𝑎 = 𝐼, 𝑎, if(𝑎 < 𝐼, ((𝑎 + (𝑀 − 𝐼)) + if(𝐼 ≤ (𝑎 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)), ((𝑎 − 𝐼) + if(𝐼 ≤ (𝑎 − 𝐼), 1, 0))))
48	42, 43, 44, 36, 10, 6, 4, 45, 46, 47	metakunt31 42217	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → (𝐶‘(𝐵‘(𝐴‘𝑎))) = if(𝑎 = 𝐼, 𝑎, if(𝑎 < 𝐼, ((𝑎 + (𝑀 − 𝐼)) + if(𝐼 ≤ (𝑎 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)), ((𝑎 − 𝐼) + if(𝐼 ≤ (𝑎 − 𝐼), 1, 0)))))
49	42, 43, 44, 36, 33, 45, 46, 47	metakunt32 42218	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → (𝐷‘𝑎) = if(𝑎 = 𝐼, 𝑎, if(𝑎 < 𝐼, ((𝑎 + (𝑀 − 𝐼)) + if(𝐼 ≤ (𝑎 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)), ((𝑎 − 𝐼) + if(𝐼 ≤ (𝑎 − 𝐼), 1, 0)))))
50	49	eqcomd 2741	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → if(𝑎 = 𝐼, 𝑎, if(𝑎 < 𝐼, ((𝑎 + (𝑀 − 𝐼)) + if(𝐼 ≤ (𝑎 + (𝑀 − 𝐼)), 1, 0)), ((𝑎 − 𝐼) + if(𝐼 ≤ (𝑎 − 𝐼), 1, 0)))) = (𝐷‘𝑎))
51	48, 50	eqtrd 2775	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → (𝐶‘(𝐵‘(𝐴‘𝑎))) = (𝐷‘𝑎))
52	41, 51	eqtrd 2775	. 2 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑎 ∈ (1...𝑀)) → ((𝐶 ∘ (𝐵 ∘ 𝐴))‘𝑎) = (𝐷‘𝑎))
53	14, 34, 52	eqfnfvd 7054	1 ⊢ (𝜑 → (𝐶 ∘ (𝐵 ∘ 𝐴)) = 𝐷)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1537   ∈ wcel 2106  ifcif 4531   class class class wbr 5148   ↦ cmpt 5231   ∘ ccom 5693  ⟶wf 6559  –1-1-onto→wf1o 6562  ‘cfv 6563  (class class class)co 7431  0cc0 11153  1c1 11154   + caddc 11156   < clt 11293   ≤ cle 11294   − cmin 11490  ℕcn 12264  ℤcz 12611  ...cfz 13544

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1908  ax-6 1965  ax-7 2005  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2139  ax-11 2155  ax-12 2175  ax-ext 2706  ax-sep 5302  ax-nul 5312  ax-pow 5371  ax-pr 5438  ax-un 7754  ax-cnex 11209  ax-resscn 11210  ax-1cn 11211  ax-icn 11212  ax-addcl 11213  ax-addrcl 11214  ax-mulcl 11215  ax-mulrcl 11216  ax-mulcom 11217  ax-addass 11218  ax-mulass 11219  ax-distr 11220  ax-i2m1 11221  ax-1ne0 11222  ax-1rid 11223  ax-rnegex 11224  ax-rrecex 11225  ax-cnre 11226  ax-pre-lttri 11227  ax-pre-lttrn 11228  ax-pre-ltadd 11229  ax-pre-mulgt0 11230

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2063  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2727  df-clel 2814  df-nfc 2890  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-reu 3379  df-rab 3434  df-v 3480  df-sbc 3792  df-csb 3909  df-dif 3966  df-un 3968  df-in 3970  df-ss 3980  df-pss 3983  df-nul 4340  df-if 4532  df-pw 4607  df-sn 4632  df-pr 4634  df-op 4638  df-uni 4913  df-iun 4998  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5583  df-eprel 5589  df-po 5597  df-so 5598  df-fr 5641  df-we 5643  df-xp 5695  df-rel 5696  df-cnv 5697  df-co 5698  df-dm 5699  df-rn 5700  df-res 5701  df-ima 5702  df-pred 6323  df-ord 6389  df-on 6390  df-lim 6391  df-suc 6392  df-iota 6516  df-fun 6565  df-fn 6566  df-f 6567  df-f1 6568  df-fo 6569  df-f1o 6570  df-fv 6571  df-riota 7388  df-ov 7434  df-oprab 7435  df-mpo 7436  df-om 7888  df-1st 8013  df-2nd 8014  df-frecs 8305  df-wrecs 8336  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-er 8744  df-en 8985  df-dom 8986  df-sdom 8987  df-pnf 11295  df-mnf 11296  df-xr 11297  df-ltxr 11298  df-le 11299  df-sub 11492  df-neg 11493  df-nn 12265  df-n0 12525  df-z 12612  df-uz 12877  df-rp 13033  df-fz 13545  df-fzo 13692

This theorem is referenced by:  metakunt34  42220