Theorem muinv 25484

Description: The Möbius inversion formula. If 𝐺(𝑛) = Σ𝑘 ∥ 𝑛𝐹(𝑘) for every 𝑛 ∈ ℕ, then 𝐹(𝑛) = Σ𝑘 ∥ 𝑛 μ(𝑘)𝐺(𝑛 / 𝑘) = Σ𝑘 ∥ 𝑛μ(𝑛 / 𝑘)𝐺(𝑘), i.e. the Möbius function is the Dirichlet convolution inverse of the constant function 1. Theorem 2.9 in [ApostolNT] p. 32. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Jul-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
muinv.1	⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℂ)
muinv.2	⊢ (𝜑 → 𝐺 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑛} (𝐹‘𝑘)))

Assertion

Ref	Expression
muinv	⊢ (𝜑 → 𝐹 = (𝑚 ∈ ℕ ↦ Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ((μ‘𝑗) · (𝐺‘(𝑚 / 𝑗)))))

Distinct variable groups:   𝑘,𝑚,𝑗,𝑛,𝐹   𝑥,𝑗,𝑘,𝑚,𝑛   𝜑,𝑗,𝑘,𝑚

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑛)   𝐹(𝑥)   𝐺(𝑥,𝑗,𝑘,𝑚,𝑛)

Proof of Theorem muinv

Step	Hyp	Ref	Expression
1		muinv.1	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℕ⟶ℂ)
2	1	feqmptd 6560	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹 = (𝑚 ∈ ℕ ↦ (𝐹‘𝑚)))
3		muinv.2	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐺 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑛} (𝐹‘𝑘)))
4	3	ad2antrr 713	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝐺 = (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑛} (𝐹‘𝑘)))
5	4	fveq1d 6498	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝐺‘(𝑚 / 𝑗)) = ((𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑛} (𝐹‘𝑘))‘(𝑚 / 𝑗)))
6		breq1 4928	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑥 = 𝑗 → (𝑥 ∥ 𝑚 ↔ 𝑗 ∥ 𝑚))
7	6	elrab 3589	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ↔ (𝑗 ∈ ℕ ∧ 𝑗 ∥ 𝑚))
8	7	simprbi 489	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} → 𝑗 ∥ 𝑚)
9	8	adantl 474	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝑗 ∥ 𝑚)
10		elrabi 3584	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} → 𝑗 ∈ ℕ)
11	10	adantl 474	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝑗 ∈ ℕ)
12	11	nnzd 11897	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝑗 ∈ ℤ)
13	11	nnne0d 11488	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝑗 ≠ 0)
14		nnz 11815	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℤ)
15	14	ad2antlr 714	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝑚 ∈ ℤ)
16		dvdsval2 15468	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝑗 ∈ ℤ ∧ 𝑗 ≠ 0 ∧ 𝑚 ∈ ℤ) → (𝑗 ∥ 𝑚 ↔ (𝑚 / 𝑗) ∈ ℤ))
17	12, 13, 15, 16	syl3anc 1351	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝑗 ∥ 𝑚 ↔ (𝑚 / 𝑗) ∈ ℤ))
18	9, 17	mpbid 224	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝑚 / 𝑗) ∈ ℤ)
19		nnre 11445	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℝ)
20		nngt0 11469	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → 0 < 𝑚)
21	19, 20	jca 504	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → (𝑚 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑚))
22	21	ad2antlr 714	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝑚 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑚))
23		nnre 11445	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑗 ∈ ℕ → 𝑗 ∈ ℝ)
24		nngt0 11469	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑗 ∈ ℕ → 0 < 𝑗)
25	23, 24	jca 504	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑗 ∈ ℕ → (𝑗 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑗))
26	11, 25	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝑗 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑗))
27		divgt0 11307	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝑚 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑚) ∧ (𝑗 ∈ ℝ ∧ 0 < 𝑗)) → 0 < (𝑚 / 𝑗))
28	22, 26, 27	syl2anc 576	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 0 < (𝑚 / 𝑗))
29		elnnz 11801	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑚 / 𝑗) ∈ ℕ ↔ ((𝑚 / 𝑗) ∈ ℤ ∧ 0 < (𝑚 / 𝑗)))
30	18, 28, 29	sylanbrc 575	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝑚 / 𝑗) ∈ ℕ)
31		breq2 4929	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑛 = (𝑚 / 𝑗) → (𝑥 ∥ 𝑛 ↔ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)))
32	31	rabbidv 3397	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 = (𝑚 / 𝑗) → {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑛} = {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)})
33	32	sumeq1d 14916	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 = (𝑚 / 𝑗) → Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑛} (𝐹‘𝑘) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} (𝐹‘𝑘))
34		eqid 2772	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑛} (𝐹‘𝑘)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑛} (𝐹‘𝑘))
35		sumex 14903	. . . . . . . . . 10 ⊢ Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} (𝐹‘𝑘) ∈ V
36	33, 34, 35	fvmpt 6593	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑚 / 𝑗) ∈ ℕ → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑛} (𝐹‘𝑘))‘(𝑚 / 𝑗)) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} (𝐹‘𝑘))
37	30, 36	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → ((𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑛} (𝐹‘𝑘))‘(𝑚 / 𝑗)) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} (𝐹‘𝑘))
38	5, 37	eqtrd 2808	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝐺‘(𝑚 / 𝑗)) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} (𝐹‘𝑘))
39	38	oveq2d 6990	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → ((μ‘𝑗) · (𝐺‘(𝑚 / 𝑗))) = ((μ‘𝑗) · Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} (𝐹‘𝑘)))
40		fzfid 13154	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (1...(𝑚 / 𝑗)) ∈ Fin)
41		dvdsssfz1 15526	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑚 / 𝑗) ∈ ℕ → {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} ⊆ (1...(𝑚 / 𝑗)))
42	30, 41	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} ⊆ (1...(𝑚 / 𝑗)))
43	40, 42	ssfid 8534	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} ∈ Fin)
44		mucl 25432	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑗 ∈ ℕ → (μ‘𝑗) ∈ ℤ)
45	11, 44	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (μ‘𝑗) ∈ ℤ)
46	45	zcnd 11899	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (μ‘𝑗) ∈ ℂ)
47	1	ad2antrr 713	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝐹:ℕ⟶ℂ)
48		elrabi 3584	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} → 𝑘 ∈ ℕ)
49		ffvelrn 6672	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹:ℕ⟶ℂ ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
50	47, 48, 49	syl2an 586	. . . . . . 7 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)}) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
51	43, 46, 50	fsummulc2 14997	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → ((μ‘𝑗) · Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} (𝐹‘𝑘)) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} ((μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)))
52	39, 51	eqtrd 2808	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → ((μ‘𝑗) · (𝐺‘(𝑚 / 𝑗))) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} ((μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)))
53	52	sumeq2dv 14918	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ((μ‘𝑗) · (𝐺‘(𝑚 / 𝑗))) = Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} ((μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)))
54		simpr 477	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℕ)
55	46	adantrr 704	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)})) → (μ‘𝑗) ∈ ℂ)
56	50	anasss 459	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)})) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
57	55, 56	mulcld 10458	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)})) → ((μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)) ∈ ℂ)
58	54, 57	fsumdvdsdiag 25475	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑗)} ((μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} ((μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)))
59		ssrab2 3940	. . . . . . . . . 10 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ⊆ ℕ
60		dvdsdivcl 15524	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝑚 / 𝑘) ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚})
61	60	adantll 701	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝑚 / 𝑘) ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚})
62	59, 61	sseldi 3850	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝑚 / 𝑘) ∈ ℕ)
63		musum 25482	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑚 / 𝑘) ∈ ℕ → Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} (μ‘𝑗) = if((𝑚 / 𝑘) = 1, 1, 0))
64	62, 63	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} (μ‘𝑗) = if((𝑚 / 𝑘) = 1, 1, 0))
65	64	oveq1d 6989	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} (μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)) = (if((𝑚 / 𝑘) = 1, 1, 0) · (𝐹‘𝑘)))
66		fzfid 13154	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (1...(𝑚 / 𝑘)) ∈ Fin)
67		dvdsssfz1 15526	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑚 / 𝑘) ∈ ℕ → {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} ⊆ (1...(𝑚 / 𝑘)))
68	62, 67	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} ⊆ (1...(𝑚 / 𝑘)))
69	66, 68	ssfid 8534	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} ∈ Fin)
70	1	adantr 473	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝐹:ℕ⟶ℂ)
71		elrabi 3584	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} → 𝑘 ∈ ℕ)
72	70, 71, 49	syl2an 586	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
73		ssrab2 3940	. . . . . . . . . . 11 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} ⊆ ℕ
74		simpr 477	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)}) → 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)})
75	73, 74	sseldi 3850	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)}) → 𝑗 ∈ ℕ)
76	75, 44	syl 17	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)}) → (μ‘𝑗) ∈ ℤ)
77	76	zcnd 11899	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)}) → (μ‘𝑗) ∈ ℂ)
78	69, 72, 77	fsummulc1 14998	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} (μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)) = Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} ((μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)))
79		ovif 7065	. . . . . . . 8 ⊢ (if((𝑚 / 𝑘) = 1, 1, 0) · (𝐹‘𝑘)) = if((𝑚 / 𝑘) = 1, (1 · (𝐹‘𝑘)), (0 · (𝐹‘𝑘)))
80		nncn 11446	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℂ)
81	80	ad2antlr 714	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝑚 ∈ ℂ)
82	71	adantl 474	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝑘 ∈ ℕ)
83	82	nncnd 11455	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝑘 ∈ ℂ)
84		1cnd 10432	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 1 ∈ ℂ)
85	82	nnne0d 11488	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → 𝑘 ≠ 0)
86	81, 83, 84, 85	divmuld 11237	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → ((𝑚 / 𝑘) = 1 ↔ (𝑘 · 1) = 𝑚))
87	83	mulid1d 10455	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (𝑘 · 1) = 𝑘)
88	87	eqeq1d 2774	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → ((𝑘 · 1) = 𝑚 ↔ 𝑘 = 𝑚))
89	86, 88	bitrd 271	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → ((𝑚 / 𝑘) = 1 ↔ 𝑘 = 𝑚))
90	72	mulid2d 10456	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (1 · (𝐹‘𝑘)) = (𝐹‘𝑘))
91	72	mul02d 10636	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (0 · (𝐹‘𝑘)) = 0)
92	89, 90, 91	ifbieq12d 4371	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → if((𝑚 / 𝑘) = 1, (1 · (𝐹‘𝑘)), (0 · (𝐹‘𝑘))) = if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0))
93	79, 92	syl5eq 2820	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → (if((𝑚 / 𝑘) = 1, 1, 0) · (𝐹‘𝑘)) = if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0))
94	65, 78, 93	3eqtr3d 2816	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}) → Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} ((μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)) = if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0))
95	94	sumeq2dv 14918	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} ((μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0))
96		breq1 4928	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑚 → (𝑥 ∥ 𝑚 ↔ 𝑚 ∥ 𝑚))
97	54	nnzd 11897	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ ℤ)
98		iddvds 15481	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑚 ∈ ℤ → 𝑚 ∥ 𝑚)
99	97, 98	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∥ 𝑚)
100	96, 54, 99	elrabd 3592	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑚 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚})
101	100	snssd 4612	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → {𝑚} ⊆ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚})
102	101	sselda 3852	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑚}) → 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚})
103	102, 72	syldan 582	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑚}) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℂ)
104		0cn 10429	. . . . . . 7 ⊢ 0 ∈ ℂ
105		ifcl 4388	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐹‘𝑘) ∈ ℂ ∧ 0 ∈ ℂ) → if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0) ∈ ℂ)
106	103, 104, 105	sylancl 577	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ {𝑚}) → if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0) ∈ ℂ)
107		eldifsni 4592	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 ∈ ({𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ∖ {𝑚}) → 𝑘 ≠ 𝑚)
108	107	adantl 474	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ({𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ∖ {𝑚})) → 𝑘 ≠ 𝑚)
109	108	neneqd 2966	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ({𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ∖ {𝑚})) → ¬ 𝑘 = 𝑚)
110	109	iffalsed 4355	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ ({𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ∖ {𝑚})) → if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0) = 0)
111		fzfid 13154	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (1...𝑚) ∈ Fin)
112		dvdsssfz1 15526	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ⊆ (1...𝑚))
113	112	adantl 474	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ⊆ (1...𝑚))
114	111, 113	ssfid 8534	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ∈ Fin)
115	101, 106, 110, 114	fsumss 14940	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → Σ𝑘 ∈ {𝑚}if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0))
116	1	ffvelrnda 6674	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑚) ∈ ℂ)
117		iftrue 4350	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0) = (𝐹‘𝑘))
118		fveq2 6496	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝐹‘𝑘) = (𝐹‘𝑚))
119	117, 118	eqtrd 2808	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0) = (𝐹‘𝑚))
120	119	sumsn 14959	. . . . . 6 ⊢ ((𝑚 ∈ ℕ ∧ (𝐹‘𝑚) ∈ ℂ) → Σ𝑘 ∈ {𝑚}if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0) = (𝐹‘𝑚))
121	54, 116, 120	syl2anc 576	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → Σ𝑘 ∈ {𝑚}if(𝑘 = 𝑚, (𝐹‘𝑘), 0) = (𝐹‘𝑚))
122	95, 115, 121	3eqtr2d 2814	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚}Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑚 / 𝑘)} ((μ‘𝑗) · (𝐹‘𝑘)) = (𝐹‘𝑚))
123	53, 58, 122	3eqtrd 2812	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ((μ‘𝑗) · (𝐺‘(𝑚 / 𝑗))) = (𝐹‘𝑚))
124	123	mpteq2dva 5018	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ ℕ ↦ Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ((μ‘𝑗) · (𝐺‘(𝑚 / 𝑗)))) = (𝑚 ∈ ℕ ↦ (𝐹‘𝑚)))
125	2, 124	eqtr4d 2811	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 = (𝑚 ∈ ℕ ↦ Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑚} ((μ‘𝑗) · (𝐺‘(𝑚 / 𝑗)))))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 198   ∧ wa 387   = wceq 1507   ∈ wcel 2050   ≠ wne 2961  {crab 3086   ∖ cdif 3820   ⊆ wss 3823  ifcif 4344  {csn 4435   class class class wbr 4925   ↦ cmpt 5004  ⟶wf 6181  ‘cfv 6185  (class class class)co 6974  ℂcc 10331  ℝcr 10332  0cc0 10333  1c1 10334   · cmul 10338   < clt 10472   / cdiv 11096  ℕcn 11437  ℤcz 11791  ...cfz 12706  Σcsu 14901   ∥ cdvds 15465  μcmu 25386

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1758  ax-4 1772  ax-5 1869  ax-6 1928  ax-7 1965  ax-8 2052  ax-9 2059  ax-10 2079  ax-11 2093  ax-12 2106  ax-13 2301  ax-ext 2744  ax-rep 5045  ax-sep 5056  ax-nul 5063  ax-pow 5115  ax-pr 5182  ax-un 7277  ax-inf2 8896  ax-cnex 10389  ax-resscn 10390  ax-1cn 10391  ax-icn 10392  ax-addcl 10393  ax-addrcl 10394  ax-mulcl 10395  ax-mulrcl 10396  ax-mulcom 10397  ax-addass 10398  ax-mulass 10399  ax-distr 10400  ax-i2m1 10401  ax-1ne0 10402  ax-1rid 10403  ax-rnegex 10404  ax-rrecex 10405  ax-cnre 10406  ax-pre-lttri 10407  ax-pre-lttrn 10408  ax-pre-ltadd 10409  ax-pre-mulgt0 10410  ax-pre-sup 10411

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 388  df-or 834  df-3or 1069  df-3an 1070  df-tru 1510  df-fal 1520  df-ex 1743  df-nf 1747  df-sb 2016  df-mo 2547  df-eu 2584  df-clab 2753  df-cleq 2765  df-clel 2840  df-nfc 2912  df-ne 2962  df-nel 3068  df-ral 3087  df-rex 3088  df-reu 3089  df-rmo 3090  df-rab 3091  df-v 3411  df-sbc 3676  df-csb 3781  df-dif 3826  df-un 3828  df-in 3830  df-ss 3837  df-pss 3839  df-nul 4173  df-if 4345  df-pw 4418  df-sn 4436  df-pr 4438  df-tp 4440  df-op 4442  df-uni 4709  df-int 4746  df-iun 4790  df-disj 4894  df-br 4926  df-opab 4988  df-mpt 5005  df-tr 5027  df-id 5308  df-eprel 5313  df-po 5322  df-so 5323  df-fr 5362  df-se 5363  df-we 5364  df-xp 5409  df-rel 5410  df-cnv 5411  df-co 5412  df-dm 5413  df-rn 5414  df-res 5415  df-ima 5416  df-pred 5983  df-ord 6029  df-on 6030  df-lim 6031  df-suc 6032  df-iota 6149  df-fun 6187  df-fn 6188  df-f 6189  df-f1 6190  df-fo 6191  df-f1o 6192  df-fv 6193  df-isom 6194  df-riota 6935  df-ov 6977  df-oprab 6978  df-mpo 6979  df-om 7395  df-1st 7499  df-2nd 7500  df-wrecs 7748  df-recs 7810  df-rdg 7848  df-1o 7903  df-2o 7904  df-oadd 7907  df-er 8087  df-map 8206  df-en 8305  df-dom 8306  df-sdom 8307  df-fin 8308  df-sup 8699  df-inf 8700  df-oi 8767  df-dju 9122  df-card 9160  df-pnf 10474  df-mnf 10475  df-xr 10476  df-ltxr 10477  df-le 10478  df-sub 10670  df-neg 10671  df-div 11097  df-nn 11438  df-2 11501  df-3 11502  df-n0 11706  df-xnn0 11778  df-z 11792  df-uz 12057  df-q 12161  df-rp 12203  df-fz 12707  df-fzo 12848  df-fl 12975  df-mod 13051  df-seq 13183  df-exp 13243  df-fac 13447  df-bc 13476  df-hash 13504  df-cj 14317  df-re 14318  df-im 14319  df-sqrt 14453  df-abs 14454  df-clim 14704  df-sum 14902  df-dvds 15466  df-gcd 15702  df-prm 15870  df-pc 16028  df-mu 25392

This theorem is referenced by:  dchrvmasumlem1  25785  logsqvma2  25833