Theorem smupf 16568

Description: The sequence of partial sums of the sequence multiplication. (Contributed by Mario Carneiro, 9-Sep-2016.)

Hypotheses

Ref	Expression
smuval.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℕ0)
smuval.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ⊆ ℕ0)
smuval.p	⊢ 𝑃 = seq0((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)})), (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1))))

Assertion

Ref	Expression
smupf	⊢ (𝜑 → 𝑃:ℕ0⟶𝒫 ℕ0)

Distinct variable groups:   𝑚,𝑛,𝑝,𝐴   𝜑,𝑛   𝐵,𝑚,𝑛,𝑝

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑚, 𝑝)   𝑃(𝑚, 𝑛, 𝑝)

Proof of Theorem smupf

Dummy variables 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		0nn0 12543	. . . . 5 ⊢ 0 ∈ ℕ0
2		iftrue 4488	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 = 0 → if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1)) = ∅)
3		eqid 2760	. . . . . 6 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1))) = (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1)))
4		0ex 5264	. . . . . 6 ⊢ ∅ ∈ V
5	2, 3, 4	fvmpt 6986	. . . . 5 ⊢ (0 ∈ ℕ0 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1)))‘0) = ∅)
6	1, 5	mp1i 14	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1)))‘0) = ∅)
7		0elpw 5320	. . . 4 ⊢ ∅ ∈ 𝒫 ℕ0
8	6, 7	eqeltrdi 2868	. . 3 ⊢ (𝜑 → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1)))‘0) ∈ 𝒫 ℕ0)
9		df-ov 7416	. . . . 5 ⊢ (𝑥(𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}))𝑦) = ((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}))‘⟨𝑥, 𝑦⟩)
10		elpwi 4564	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0 → 𝑝 ⊆ ℕ0)
11	10	adantr 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → 𝑝 ⊆ ℕ0)
12		ssrab2 4028	. . . . . . . . . 10 ⊢ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)} ⊆ ℕ0
13		sadcl 16552	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑝 ⊆ ℕ0 ∧ {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)} ⊆ ℕ0) → (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}) ⊆ ℕ0)
14	11, 12, 13	sylancl 598	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}) ⊆ ℕ0)
15		nn0ex 12534	. . . . . . . . . 10 ⊢ ℕ0 ∈ V
16	15	elpw2 5299	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}) ∈ 𝒫 ℕ0 ↔ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}) ⊆ ℕ0)
17	14, 16	sylibr 237	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0 ∧ 𝑚 ∈ ℕ0) → (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}) ∈ 𝒫 ℕ0)
18	17	rgen2 3202	. . . . . . 7 ⊢ ∀𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0∀𝑚 ∈ ℕ0 (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}) ∈ 𝒫 ℕ0
19		eqid 2760	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)})) = (𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}))
20	19	fmpo 8065	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0∀𝑚 ∈ ℕ0 (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}) ∈ 𝒫 ℕ0 ↔ (𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)})):(𝒫 ℕ0 × ℕ0)⟶𝒫 ℕ0)
21	18, 20	mpbi 233	. . . . . 6 ⊢ (𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)})):(𝒫 ℕ0 × ℕ0)⟶𝒫 ℕ0
22	21, 7	f0cli 7091	. . . . 5 ⊢ ((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}))‘⟨𝑥, 𝑦⟩) ∈ 𝒫 ℕ0
23	9, 22	eqeltri 2856	. . . 4 ⊢ (𝑥(𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}))𝑦) ∈ 𝒫 ℕ0
24	23	a1i 11	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ 𝒫 ℕ0 ∧ 𝑦 ∈ V)) → (𝑥(𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)}))𝑦) ∈ 𝒫 ℕ0)
25		nn0uz 12925	. . 3 ⊢ ℕ0 = (ℤ≥‘0)
26		0zd 12627	. . 3 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℤ)
27		fvexd 6893	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ (ℤ≥‘(0 + 1))) → ((𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1)))‘𝑥) ∈ V)
28	8, 24, 25, 26, 27	seqf2 14085	. 2 ⊢ (𝜑 → seq0((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)})), (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1)))):ℕ0⟶𝒫 ℕ0)
29		smuval.p	. . 3 ⊢ 𝑃 = seq0((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)})), (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1))))
30	29	feq1i 6693	. 2 ⊢ (𝑃:ℕ0⟶𝒫 ℕ0 ↔ seq0((𝑝 ∈ 𝒫 ℕ0, 𝑚 ∈ ℕ0 ↦ (𝑝 sadd {𝑛 ∈ ℕ0 ∣ (𝑚 ∈ 𝐴 ∧ (𝑛 − 𝑚) ∈ 𝐵)})), (𝑛 ∈ ℕ0 ↦ if(𝑛 = 0, ∅, (𝑛 − 1)))):ℕ0⟶𝒫 ℕ0)
31	28, 30	sylibr 237	1 ⊢ (𝜑 → 𝑃:ℕ0⟶𝒫 ℕ0)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3076  {crab 3412  Vcvv 3450   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279  ifcif 4482  𝒫 cpw 4557  ⟨cop 4590   ↦ cmpt 5186   × cxp 5653  ⟶wf 6529  ‘cfv 6533  (class class class)co 7413   ∈ cmpo 7415  0cc0 11124  1c1 11125   + caddc 11127   − cmin 11465  ℕ₀cn0 12528  ℤ_≥cuz 12887  seqcseq 14065   sadd csad 16510

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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7736  ax-cnex 11180  ax-resscn 11181  ax-1cn 11182  ax-icn 11183  ax-addcl 11184  ax-addrcl 11185  ax-mulcl 11186  ax-mulrcl 11187  ax-mulcom 11188  ax-addass 11189  ax-mulass 11190  ax-distr 11191  ax-i2m1 11192  ax-1ne0 11193  ax-1rid 11194  ax-rnegex 11195  ax-rrecex 11196  ax-cnre 11197  ax-pre-lttri 11198  ax-pre-lttrn 11199  ax-pre-ltadd 11200  ax-pre-mulgt0 11201

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 2100  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6299  df-ord 6360  df-on 6361  df-lim 6362  df-suc 6363  df-iota 6489  df-fun 6535  df-fn 6536  df-f 6537  df-f1 6538  df-fo 6539  df-f1o 6540  df-fv 6541  df-riota 7370  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-om 7863  df-1st 7986  df-2nd 7987  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-er 8696  df-en 8953  df-dom 8954  df-sdom 8955  df-pnf 11269  df-mnf 11270  df-xr 11271  df-ltxr 11272  df-le 11273  df-sub 11467  df-neg 11468  df-nn 12258  df-n0 12529  df-z 12616  df-uz 12888  df-fz 13562  df-seq 14066  df-sad 16541

This theorem is used by:  smupp1  16570  smuval2  16572  smupvallem  16573  smueqlem  16580