Theorem sadadd 16102

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 1596 and df-cad 1610.

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 16061	. . . . . 6 ⊢ (bits‘𝐴) ⊆ ℕ0
2		bitsss 16061	. . . . . 6 ⊢ (bits‘𝐵) ⊆ ℕ0
3		sadcl 16097	. . . . . 6 ⊢ (((bits‘𝐴) ⊆ ℕ0 ∧ (bits‘𝐵) ⊆ ℕ0) → ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ⊆ ℕ0)
4	1, 2, 3	mp2an 688	. . . . 5 ⊢ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ⊆ ℕ0
5	4	sseli 3913	. . . 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 16061	. . . . 5 ⊢ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) ⊆ ℕ0
8	7	sseli 3913	. . . 4 ⊢ (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) → 𝑘 ∈ ℕ0)
9	8	a1i 11	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) → 𝑘 ∈ ℕ0))
10		eqid 2738	. . . . . . . . 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 2738	. . . . . . . . 9 ⊢ ◡(bits ↾ ℕ0) = ◡(bits ↾ ℕ0)
12		simpll 763	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐴 ∈ ℤ)
13		simplr 765	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝐵 ∈ ℤ)
14		simpr 484	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ ℕ0)
15		1nn0 12179	. . . . . . . . . . 11 ⊢ 1 ∈ ℕ0
16	15	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 1 ∈ ℕ0)
17	14, 16	nn0addcld 12227	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 + 1) ∈ ℕ0)
18	10, 11, 12, 13, 17	sadaddlem 16101	. . . . . . . 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 12359	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝐴 + 𝐵) ∈ ℤ)
20		bitsmod 16071	. . . . . . . . 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 583	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (bits‘((𝐴 + 𝐵) mod (2↑(𝑘 + 1)))) = ((bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))))
22	18, 21	eqtrd 2778	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))) = ((bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))))
23	22	eleq2d 2824	. . . . . 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 3899	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ (((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))) ↔ (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1))))
25		elin 3899	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ ((bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∩ (0..^(𝑘 + 1))) ↔ (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1))))
26	23, 24, 25	3bitr3g 312	. . . . 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 12549	. . . . . . . . 9 ⊢ ℕ0 = (ℤ≥‘0)
28	14, 27	eleqtrdi 2849	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ (ℤ≥‘0))
29		eluzfz2 13193	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ (ℤ≥‘0) → 𝑘 ∈ (0...𝑘))
30	28, 29	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ (0...𝑘))
31	14	nn0zd 12353	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ ℤ)
32		fzval3 13384	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ ℤ → (0...𝑘) = (0..^(𝑘 + 1)))
33	31, 32	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (0...𝑘) = (0..^(𝑘 + 1)))
34	30, 33	eleqtrd 2841	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1)))
35	34	biantrud 531	. . . . 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 531	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) ↔ (𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)) ∧ 𝑘 ∈ (0..^(𝑘 + 1)))))
37	26, 35, 36	3bitr4d 310	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) ∧ 𝑘 ∈ ℕ0) → (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ↔ 𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵))))
38	37	ex 412	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ ℕ0 → (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ↔ 𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵)))))
39	6, 9, 38	pm5.21ndd 380	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → (𝑘 ∈ ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) ↔ 𝑘 ∈ (bits‘(𝐴 + 𝐵))))
40	39	eqrdv 2736	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℤ ∧ 𝐵 ∈ ℤ) → ((bits‘𝐴) sadd (bits‘𝐵)) = (bits‘(𝐴 + 𝐵)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 395   = wceq 1539  caddwcad 1609   ∈ wcel 2108   ∩ cin 3882   ⊆ wss 3883  ∅c0 4253  ifcif 4456   ↦ cmpt 5153  ^◡ccnv 5579   ↾ cres 5582  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255   ∈ cmpo 7257  1_oc1o 8260  2_oc2o 8261  0cc0 10802  1c1 10803   + caddc 10805   − cmin 11135  2c2 11958  ℕ₀cn0 12163  ℤcz 12249  ℤ_≥cuz 12511  ...cfz 13168  ..^cfzo 13311   mod cmo 13517  seqcseq 13649  ↑cexp 13710  bitscbits 16054   sadd csad 16055

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-inf2 9329  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-xor 1504  df-tru 1542  df-fal 1552  df-had 1596  df-cad 1610  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-disj 5036  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-se 5536  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-isom 6427  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-2o 8268  df-oadd 8271  df-er 8456  df-map 8575  df-pm 8576  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-sup 9131  df-inf 9132  df-oi 9199  df-dju 9590  df-card 9628  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-n0 12164  df-xnn0 12236  df-z 12250  df-uz 12512  df-rp 12660  df-fz 13169  df-fzo 13312  df-fl 13440  df-mod 13518  df-seq 13650  df-exp 13711  df-hash 13973  df-cj 14738  df-re 14739  df-im 14740  df-sqrt 14874  df-abs 14875  df-clim 15125  df-sum 15326  df-dvds 15892  df-bits 16057  df-sad 16086

This theorem is referenced by:  bitsres  16108  smumullem  16127