Theorem sadadd 16681

Description: For sequences that correspond to valid integers, the adder sequence function produces the sequence for the sum. This is effectively a proof of the correctness of the ripple carry adder, implemented with logic gates corresponding to df-had 1624 and df-cad 1640.

It is interesting to consider in what sense the sadd function can be said to be "adding" things outside the range of the bits function, that is, when adding sequences that are not eventually constant and so do not denote any integer. The correct interpretation is that the sequences are representations of 2-adic integers, which have a natural ring structure. (Contributed by Mario Carneiro, 9-Sep-2016.)

Assertion

Ref	Expression
sadadd	⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) = (bits‘(𝐴 + 𝐵)))

Proof of Theorem sadadd

Dummy variables 𝑘 𝑐 𝑚 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		bitsss 16640	. . . . . 6 ⊢ (bits‘𝐴) ⊆ ℕ0
2		bitsss 16640	. . . . . 6 ⊢ (bits‘𝐵) ⊆ ℕ0
3		sadcl 16676	. . . . . 6 ⊢ (((bits‘𝐴) ⊆ ℕ0 ∧ (bits‘𝐵) ⊆ ℕ0) → ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ⊆ ℕ0)
4	1, 2, 3	mp2an 705	. . . . 5 ⊢ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ⊆ ℕ0
5	4	sseli 3909	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
6	5	a1i 11	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) → 𝑘 ∈ ℕ0))
7		bitsss 16640	. . . . 5 ⊢ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) ⊆ ℕ0
8	7	sseli 3909	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
9	8	a1i 11	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) → 𝑘 ∈ ℕ0))
10		eqid 2763	. . . . . . . . 9 ⊢ seq0((𝑐 ∈ 2o, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ if(cadd(𝑚 ∈ (bits‘𝐴), 𝑚 ∈ (bits‘𝐵), ∅ ∈ 𝑐), 1o, ∅)), (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1)))) = seq0((𝑐 ∈ 2o, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ if(cadd(𝑚 ∈ (bits‘𝐴), 𝑚 ∈ (bits‘𝐵), ∅ ∈ 𝑐), 1o, ∅)), (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1))))
11		eqid 2763	. . . . . . . . 9 ⊢ ◡(bits ↾ ℕ0) = ◡(bits ↾ ℕ0)
12		simpll 779	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐴 ∈ ℤ)
13		simplr 781	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐵 ∈ ℤ)
14		simpr 490	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ ℕ0)
15		1nn0 12662	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 1 ∈ ℕ0
16	15	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 1 ∈ ℕ0)
17	14, 16	nn0addcld 12711	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
18	10, 11, 12, 13, 17	sadaddlem 16680	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))) = (bits‘((𝐴 + 𝐵) mod (2↑(𝑘 + 1)))))
19	12, 13	zaddcld 12847	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴 + 𝐵) ∈ ℤ)
20		bitsmod 16650	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 + 𝐵) ∈ ℤ ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ0) → (bits‘((𝐴 + 𝐵) mod (2↑(𝑘 + 1)))) = ((bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))))
21	19, 17, 20	syl2anc 596	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (bits‘((𝐴 + 𝐵) mod (2↑(𝑘 + 1)))) = ((bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))))
22	18, 21	eqtrd 2798	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))) = ((bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))))
23	22	eleq2d 2850	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ∈ (((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))) ↔ 𝑘 ∈ ((bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1)))))
24		elin 4096	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ (((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))) ↔ (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1))))
25		elin 4096	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ ((bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))) ↔ (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1))))
26	23, 24, 25	3bitr3g 316	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → ((𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1))) ↔ (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1)))))
27		nn0uz 13043	. . . . . . . . 9 ⊢ ℕ0 = (ℤ≥‘0)
28	14, 27	eleqtrdi 2874	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ (ℤ≥‘0))
29		eluzfz2 13705	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ (ℤ≥‘0) → 𝑘 ∈ (0...𝑘))
30	28, 29	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ (0...𝑘))
31	14	nn0zd 12758	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ ℤ)
32		fzval3 13909	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (0...𝑘) = (0..^(𝑘 + 1)))
33	31, 32	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (0...𝑘) = (0..^(𝑘 + 1)))
34	30, 33	eleqtrd 2866	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1)))
35	34	biantrud 541	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ↔ (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1)))))
36	34	biantrud 541	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) ↔ (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1)))))
37	26, 35, 36	3bitr4d 314	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ↔ 𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵))))
38	37	ex 418	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ↔ 𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)))))
39	6, 9, 38	pm5.21ndd 382	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ↔ 𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵))))
40	39	eqrdv 2761	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) = (bits‘(𝐴 + 𝐵)))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570  caddwcad 1639   ∈ wcel 2147   ⊆ wss 3900   ∩ cin 4092  ∅c0 4281  ifcif 4485   ↦ cmpt 5192  ^◡ccnv 5657   ↾ cres 5660  ‘cfv 6566  (class class class)co 7451   ∈ cmpo 7453  1_oc1o 8507  2_oc2o 8508  0cc0 11239  1c1 11240   + caddc 11242   − cmin 11580  2c2 12437  ℕ₀cn0 12646  ℤcz 12733  ℤ_≥cuz 13005  ...cfz 13679  ..^cfzo 13828   mod cmo 14049  seqcseq 14184  ↑cexp 14244  bitscbits 16633   sadd csad 16634

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 5238  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-inf2 9679  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316  ax-pre-sup 11317

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-xor 1542  df-tru 1573  df-fal 1583  df-had 1624  df-cad 1640  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 4841  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-disj 5076  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-se 5612  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-isom 6575  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-1st 8035  df-2nd 8036  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-1o 8514  df-2o 8515  df-oadd 8518  df-er 8755  df-map 8887  df-pm 8888  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-fin 9015  df-sup 9471  df-inf 9472  df-oi 9541  df-dju 10019  df-card 10057  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-div 12014  df-nn 12376  df-2 12445  df-3 12446  df-n0 12647  df-xnn0 12720  df-z 12734  df-uz 13006  df-rp 13161  df-fz 13680  df-fzo 13829  df-fl 13972  df-mod 14050  df-seq 14185  df-exp 14245  df-hash 14516  df-cj 15309  df-re 15310  df-im 15311  df-sqrt 15445  df-abs 15446  df-clim 15699  df-sum 15898  df-dvds 16467  df-bits 16636  df-sad 16665

This theorem is used by:  bitsres  16687  smumullem  16706