Theorem sgmmul 27147

Description: The divisor function for fixed parameter 𝐴 is a multiplicative function. (Contributed by Mario Carneiro, 2-Jul-2015.)

Assertion

Ref	Expression
sgmmul	⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝐴 σ (𝑀 · 𝑁)) = ((𝐴 σ 𝑀) · (𝐴 σ 𝑁)))

Proof of Theorem sgmmul

Dummy variables 𝑖 𝑗 𝑘 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		simpr1 1192	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑀 ∈ ℕ)
2		simpr2 1193	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → 𝑁 ∈ ℕ)
3		simpr3 1194	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑀 gcd 𝑁) = 1)
4		eqid 2728	. . 3 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} = {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}
5		eqid 2728	. . 3 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} = {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}
6		eqid 2728	. . 3 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑀 · 𝑁)} = {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑀 · 𝑁)}
7		ssrab2 4075	. . . . . 6 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ⊆ ℕ
8		simpr 484	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}) → 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀})
9	7, 8	sselid 3978	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}) → 𝑗 ∈ ℕ)
10	9	nncnd 12259	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}) → 𝑗 ∈ ℂ)
11		simpll 766	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}) → 𝐴 ∈ ℂ)
12	10, 11	cxpcld 26655	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀}) → (𝑗↑𝑐𝐴) ∈ ℂ)
13		ssrab2 4075	. . . . . 6 ⊢ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} ⊆ ℕ
14		simpr 484	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}) → 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})
15	13, 14	sselid 3978	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}) → 𝑘 ∈ ℕ)
16	15	nncnd 12259	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}) → 𝑘 ∈ ℂ)
17		simpll 766	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}) → 𝐴 ∈ ℂ)
18	16, 17	cxpcld 26655	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁}) → (𝑘↑𝑐𝐴) ∈ ℂ)
19	9	adantrr 716	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝑗 ∈ ℕ)
20	19	nnred 12258	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝑗 ∈ ℝ)
21	19	nnnn0d 12563	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝑗 ∈ ℕ0)
22	21	nn0ge0d 12566	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 0 ≤ 𝑗)
23	15	adantrl 715	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝑘 ∈ ℕ)
24	23	nnred 12258	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝑘 ∈ ℝ)
25	23	nnnn0d 12563	. . . . . 6 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝑘 ∈ ℕ0)
26	25	nn0ge0d 12566	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 0 ≤ 𝑘)
27		simpll 766	. . . . 5 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → 𝐴 ∈ ℂ)
28	20, 22, 24, 26, 27	mulcxpd 26675	. . . 4 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → ((𝑗 · 𝑘)↑𝑐𝐴) = ((𝑗↑𝑐𝐴) · (𝑘↑𝑐𝐴)))
29	28	eqcomd 2734	. . 3 ⊢ (((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) ∧ (𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} ∧ 𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁})) → ((𝑗↑𝑐𝐴) · (𝑘↑𝑐𝐴)) = ((𝑗 · 𝑘)↑𝑐𝐴))
30		oveq1 7427	. . 3 ⊢ (𝑖 = (𝑗 · 𝑘) → (𝑖↑𝑐𝐴) = ((𝑗 · 𝑘)↑𝑐𝐴))
31	1, 2, 3, 4, 5, 6, 12, 18, 29, 30	fsumdvdsmul 27140	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} (𝑗↑𝑐𝐴) · Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} (𝑘↑𝑐𝐴)) = Σ𝑖 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑀 · 𝑁)} (𝑖↑𝑐𝐴))
32		sgmval 27087	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑀 ∈ ℕ) → (𝐴 σ 𝑀) = Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} (𝑗↑𝑐𝐴))
33	1, 32	syldan 590	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝐴 σ 𝑀) = Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} (𝑗↑𝑐𝐴))
34		sgmval 27087	. . . 4 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ 𝑁 ∈ ℕ) → (𝐴 σ 𝑁) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} (𝑘↑𝑐𝐴))
35	2, 34	syldan 590	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝐴 σ 𝑁) = Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} (𝑘↑𝑐𝐴))
36	33, 35	oveq12d 7438	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → ((𝐴 σ 𝑀) · (𝐴 σ 𝑁)) = (Σ𝑗 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑀} (𝑗↑𝑐𝐴) · Σ𝑘 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ 𝑁} (𝑘↑𝑐𝐴)))
37	1, 2	nnmulcld 12296	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝑀 · 𝑁) ∈ ℕ)
38		sgmval 27087	. . 3 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 · 𝑁) ∈ ℕ) → (𝐴 σ (𝑀 · 𝑁)) = Σ𝑖 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑀 · 𝑁)} (𝑖↑𝑐𝐴))
39	37, 38	syldan 590	. 2 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝐴 σ (𝑀 · 𝑁)) = Σ𝑖 ∈ {𝑥 ∈ ℕ ∣ 𝑥 ∥ (𝑀 · 𝑁)} (𝑖↑𝑐𝐴))
40	31, 36, 39	3eqtr4rd 2779	1 ⊢ ((𝐴 ∈ ℂ ∧ (𝑀 ∈ ℕ ∧ 𝑁 ∈ ℕ ∧ (𝑀 gcd 𝑁) = 1)) → (𝐴 σ (𝑀 · 𝑁)) = ((𝐴 σ 𝑀) · (𝐴 σ 𝑁)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   ∧ w3a 1085   = wceq 1534   ∈ wcel 2099  {crab 3429   class class class wbr 5148  (class class class)co 7420  ℂcc 11137  1c1 11140   · cmul 11144  ℕcn 12243  Σcsu 15665   ∥ cdvds 16231   gcd cgcd 16469  ↑_𝑐ccxp 26502   σ csgm 27041

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1790  ax-4 1804  ax-5 1906  ax-6 1964  ax-7 2004  ax-8 2101  ax-9 2109  ax-10 2130  ax-11 2147  ax-12 2167  ax-ext 2699  ax-rep 5285  ax-sep 5299  ax-nul 5306  ax-pow 5365  ax-pr 5429  ax-un 7740  ax-inf2 9665  ax-cnex 11195  ax-resscn 11196  ax-1cn 11197  ax-icn 11198  ax-addcl 11199  ax-addrcl 11200  ax-mulcl 11201  ax-mulrcl 11202  ax-mulcom 11203  ax-addass 11204  ax-mulass 11205  ax-distr 11206  ax-i2m1 11207  ax-1ne0 11208  ax-1rid 11209  ax-rnegex 11210  ax-rrecex 11211  ax-cnre 11212  ax-pre-lttri 11213  ax-pre-lttrn 11214  ax-pre-ltadd 11215  ax-pre-mulgt0 11216  ax-pre-sup 11217  ax-addf 11218

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 847  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1537  df-fal 1547  df-ex 1775  df-nf 1779  df-sb 2061  df-mo 2530  df-eu 2559  df-clab 2706  df-cleq 2720  df-clel 2806  df-nfc 2881  df-ne 2938  df-nel 3044  df-ral 3059  df-rex 3068  df-rmo 3373  df-reu 3374  df-rab 3430  df-v 3473  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3966  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-tp 4634  df-op 4636  df-uni 4909  df-int 4950  df-iun 4998  df-iin 4999  df-br 5149  df-opab 5211  df-mpt 5232  df-tr 5266  df-id 5576  df-eprel 5582  df-po 5590  df-so 5591  df-fr 5633  df-se 5634  df-we 5635  df-xp 5684  df-rel 5685  df-cnv 5686  df-co 5687  df-dm 5688  df-rn 5689  df-res 5690  df-ima 5691  df-pred 6305  df-ord 6372  df-on 6373  df-lim 6374  df-suc 6375  df-iota 6500  df-fun 6550  df-fn 6551  df-f 6552  df-f1 6553  df-fo 6554  df-f1o 6555  df-fv 6556  df-isom 6557  df-riota 7376  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-of 7685  df-om 7871  df-1st 7993  df-2nd 7994  df-supp 8166  df-frecs 8287  df-wrecs 8318  df-recs 8392  df-rdg 8431  df-1o 8487  df-2o 8488  df-er 8725  df-map 8847  df-pm 8848  df-ixp 8917  df-en 8965  df-dom 8966  df-sdom 8967  df-fin 8968  df-fsupp 9387  df-fi 9435  df-sup 9466  df-inf 9467  df-oi 9534  df-card 9963  df-pnf 11281  df-mnf 11282  df-xr 11283  df-ltxr 11284  df-le 11285  df-sub 11477  df-neg 11478  df-div 11903  df-nn 12244  df-2 12306  df-3 12307  df-4 12308  df-5 12309  df-6 12310  df-7 12311  df-8 12312  df-9 12313  df-n0 12504  df-z 12590  df-dec 12709  df-uz 12854  df-q 12964  df-rp 13008  df-xneg 13125  df-xadd 13126  df-xmul 13127  df-ioo 13361  df-ioc 13362  df-ico 13363  df-icc 13364  df-fz 13518  df-fzo 13661  df-fl 13790  df-mod 13868  df-seq 14000  df-exp 14060  df-fac 14266  df-bc 14295  df-hash 14323  df-shft 15047  df-cj 15079  df-re 15080  df-im 15081  df-sqrt 15215  df-abs 15216  df-limsup 15448  df-clim 15465  df-rlim 15466  df-sum 15666  df-ef 16044  df-sin 16046  df-cos 16047  df-pi 16049  df-dvds 16232  df-gcd 16470  df-struct 17116  df-sets 17133  df-slot 17151  df-ndx 17163  df-base 17181  df-ress 17210  df-plusg 17246  df-mulr 17247  df-starv 17248  df-sca 17249  df-vsca 17250  df-ip 17251  df-tset 17252  df-ple 17253  df-ds 17255  df-unif 17256  df-hom 17257  df-cco 17258  df-rest 17404  df-topn 17405  df-0g 17423  df-gsum 17424  df-topgen 17425  df-pt 17426  df-prds 17429  df-xrs 17484  df-qtop 17489  df-imas 17490  df-xps 17492  df-mre 17566  df-mrc 17567  df-acs 17569  df-mgm 18600  df-sgrp 18679  df-mnd 18695  df-submnd 18741  df-mulg 19024  df-cntz 19268  df-cmn 19737  df-psmet 21271  df-xmet 21272  df-met 21273  df-bl 21274  df-mopn 21275  df-fbas 21276  df-fg 21277  df-cnfld 21280  df-top 22809  df-topon 22826  df-topsp 22848  df-bases 22862  df-cld 22936  df-ntr 22937  df-cls 22938  df-nei 23015  df-lp 23053  df-perf 23054  df-cn 23144  df-cnp 23145  df-haus 23232  df-tx 23479  df-hmeo 23672  df-fil 23763  df-fm 23855  df-flim 23856  df-flf 23857  df-xms 24239  df-ms 24240  df-tms 24241  df-cncf 24811  df-limc 25808  df-dv 25809  df-log 26503  df-cxp 26504  df-sgm 27047

This theorem is referenced by:  perfect1  27174  perfectlem1  27175  perfectlem2  27176  perfectALTVlem1  47061  perfectALTVlem2  47062