Users' Mathboxes Mathbox for metakunt < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  sticksstones7 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem sticksstones7 42109
Description: Closure property of sticks and stones function. (Contributed by metakunt, 1-Oct-2024.)
Hypotheses
Ref Expression
sticksstones7.1 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
sticksstones7.2 (𝜑𝐾 ∈ ℕ0)
sticksstones7.3 (𝜑𝐺:(1...(𝐾 + 1))⟶ℕ0)
sticksstones7.4 (𝜑𝑋 ∈ (1...𝐾))
sticksstones7.5 𝐹 = (𝑥 ∈ (1...𝐾) ↦ (𝑥 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑥)(𝐺𝑖)))
sticksstones7.6 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖) = 𝑁)
Assertion
Ref Expression
sticksstones7 (𝜑 → (𝐹𝑋) ∈ (1...(𝑁 + 𝐾)))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐺   𝑖,𝐾,𝑥   𝑖,𝑋,𝑥   𝜑,𝑖,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐹(𝑥,𝑖)   𝐺(𝑖)   𝑁(𝑥,𝑖)

Proof of Theorem sticksstones7
StepHypRef Expression
1 sticksstones7.5 . . . 4 𝐹 = (𝑥 ∈ (1...𝐾) ↦ (𝑥 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑥)(𝐺𝑖)))
21a1i 11 . . 3 (𝜑𝐹 = (𝑥 ∈ (1...𝐾) ↦ (𝑥 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑥)(𝐺𝑖))))
3 simpr 484 . . . 4 ((𝜑𝑥 = 𝑋) → 𝑥 = 𝑋)
43oveq2d 7464 . . . . 5 ((𝜑𝑥 = 𝑋) → (1...𝑥) = (1...𝑋))
54sumeq1d 15748 . . . 4 ((𝜑𝑥 = 𝑋) → Σ𝑖 ∈ (1...𝑥)(𝐺𝑖) = Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖))
63, 5oveq12d 7466 . . 3 ((𝜑𝑥 = 𝑋) → (𝑥 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑥)(𝐺𝑖)) = (𝑋 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖)))
7 sticksstones7.4 . . 3 (𝜑𝑋 ∈ (1...𝐾))
8 elfznn 13613 . . . . . 6 (𝑋 ∈ (1...𝐾) → 𝑋 ∈ ℕ)
97, 8syl 17 . . . . 5 (𝜑𝑋 ∈ ℕ)
109nnnn0d 12613 . . . 4 (𝜑𝑋 ∈ ℕ0)
11 fzfid 14024 . . . . 5 (𝜑 → (1...𝑋) ∈ Fin)
12 1zzd 12674 . . . . . . 7 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 1 ∈ ℤ)
13 sticksstones7.2 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐾 ∈ ℕ0)
1413nn0zd 12665 . . . . . . . . 9 (𝜑𝐾 ∈ ℤ)
1514adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 𝐾 ∈ ℤ)
1615peano2zd 12750 . . . . . . 7 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → (𝐾 + 1) ∈ ℤ)
17 elfzelz 13584 . . . . . . . 8 (𝑖 ∈ (1...𝑋) → 𝑖 ∈ ℤ)
1817adantl 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 𝑖 ∈ ℤ)
19 elfzle1 13587 . . . . . . . 8 (𝑖 ∈ (1...𝑋) → 1 ≤ 𝑖)
2019adantl 481 . . . . . . 7 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 1 ≤ 𝑖)
2118zred 12747 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 𝑖 ∈ ℝ)
229nnred 12308 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑋 ∈ ℝ)
2322adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 𝑋 ∈ ℝ)
2416zred 12747 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → (𝐾 + 1) ∈ ℝ)
25 elfzle2 13588 . . . . . . . . 9 (𝑖 ∈ (1...𝑋) → 𝑖𝑋)
2625adantl 481 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 𝑖𝑋)
2713nn0red 12614 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐾 ∈ ℝ)
28 1red 11291 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → 1 ∈ ℝ)
2927, 28readdcld 11319 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝐾 + 1) ∈ ℝ)
30 elfzle2 13588 . . . . . . . . . . 11 (𝑋 ∈ (1...𝐾) → 𝑋𝐾)
317, 30syl 17 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑋𝐾)
3227lep1d 12226 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐾 ≤ (𝐾 + 1))
3322, 27, 29, 31, 32letrd 11447 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑋 ≤ (𝐾 + 1))
3433adantr 480 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 𝑋 ≤ (𝐾 + 1))
3521, 23, 24, 26, 34letrd 11447 . . . . . . 7 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 𝑖 ≤ (𝐾 + 1))
3612, 16, 18, 20, 35elfzd 13575 . . . . . 6 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1)))
37 sticksstones7.3 . . . . . . . 8 (𝜑𝐺:(1...(𝐾 + 1))⟶ℕ0)
3837adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → 𝐺:(1...(𝐾 + 1))⟶ℕ0)
3938ffvelcdmda 7118 . . . . . 6 (((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) ∧ 𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1))) → (𝐺𝑖) ∈ ℕ0)
4036, 39mpdan 686 . . . . 5 ((𝜑𝑖 ∈ (1...𝑋)) → (𝐺𝑖) ∈ ℕ0)
4111, 40fsumnn0cl 15784 . . . 4 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖) ∈ ℕ0)
4210, 41nn0addcld 12617 . . 3 (𝜑 → (𝑋 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖)) ∈ ℕ0)
432, 6, 7, 42fvmptd 7036 . 2 (𝜑 → (𝐹𝑋) = (𝑋 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖)))
44 1zzd 12674 . . 3 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
45 sticksstones7.1 . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ ℕ0)
4645nn0zd 12665 . . . 4 (𝜑𝑁 ∈ ℤ)
4746, 14zaddcld 12751 . . 3 (𝜑 → (𝑁 + 𝐾) ∈ ℤ)
4842nn0zd 12665 . . 3 (𝜑 → (𝑋 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖)) ∈ ℤ)
49 eqid 2740 . . . . . 6 1 = 1
50 1p0e1 12417 . . . . . 6 (1 + 0) = 1
5149, 50eqtr4i 2771 . . . . 5 1 = (1 + 0)
5251a1i 11 . . . 4 (𝜑 → 1 = (1 + 0))
53 0red 11293 . . . . 5 (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
5441nn0red 12614 . . . . 5 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖) ∈ ℝ)
559nnge1d 12341 . . . . 5 (𝜑 → 1 ≤ 𝑋)
5641nn0ge0d 12616 . . . . 5 (𝜑 → 0 ≤ Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖))
5728, 53, 22, 54, 55, 56le2addd 11909 . . . 4 (𝜑 → (1 + 0) ≤ (𝑋 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖)))
5852, 57eqbrtrd 5188 . . 3 (𝜑 → 1 ≤ (𝑋 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖)))
5945nn0red 12614 . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ ℝ)
60 fzfid 14024 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1)) ∈ Fin)
6144adantr 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 1 ∈ ℤ)
6214peano2zd 12750 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝐾 + 1) ∈ ℤ)
6362adantr 480 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → (𝐾 + 1) ∈ ℤ)
64 elfzelz 13584 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1)) → 𝑖 ∈ ℤ)
6564adantl 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 𝑖 ∈ ℤ)
6628adantr 480 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 1 ∈ ℝ)
6722adantr 480 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 𝑋 ∈ ℝ)
6867, 66readdcld 11319 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → (𝑋 + 1) ∈ ℝ)
6965zred 12747 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 𝑖 ∈ ℝ)
7055adantr 480 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 1 ≤ 𝑋)
7167lep1d 12226 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 𝑋 ≤ (𝑋 + 1))
7266, 67, 68, 70, 71letrd 11447 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 1 ≤ (𝑋 + 1))
73 elfzle1 13587 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1)) → (𝑋 + 1) ≤ 𝑖)
7473adantl 481 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → (𝑋 + 1) ≤ 𝑖)
7566, 68, 69, 72, 74letrd 11447 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 1 ≤ 𝑖)
76 elfzle2 13588 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1)) → 𝑖 ≤ (𝐾 + 1))
7776adantl 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 𝑖 ≤ (𝐾 + 1))
7861, 63, 65, 75, 77elfzd 13575 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → 𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1)))
7937ffvelcdmda 7118 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1))) → (𝐺𝑖) ∈ ℕ0)
8079adantlr 714 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) ∧ 𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1))) → (𝐺𝑖) ∈ ℕ0)
8178, 80mpdan 686 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) → (𝐺𝑖) ∈ ℕ0)
8260, 81fsumnn0cl 15784 . . . . . . . . 9 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖) ∈ ℕ0)
8382nn0ge0d 12616 . . . . . . . 8 (𝜑 → 0 ≤ Σ𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖))
8482nn0red 12614 . . . . . . . . 9 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖) ∈ ℝ)
8554, 84addge01d 11878 . . . . . . . 8 (𝜑 → (0 ≤ Σ𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖) ↔ Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖) ≤ (Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖) + Σ𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖))))
8683, 85mpbid 232 . . . . . . 7 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖) ≤ (Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖) + Σ𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖)))
8722ltp1d 12225 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑋 < (𝑋 + 1))
88 fzdisj 13611 . . . . . . . . 9 (𝑋 < (𝑋 + 1) → ((1...𝑋) ∩ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) = ∅)
8987, 88syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((1...𝑋) ∩ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))) = ∅)
9010nn0zd 12665 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝑋 ∈ ℤ)
9144, 62, 90, 55, 33elfzd 13575 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑋 ∈ (1...(𝐾 + 1)))
92 fzsplit 13610 . . . . . . . . 9 (𝑋 ∈ (1...(𝐾 + 1)) → (1...(𝐾 + 1)) = ((1...𝑋) ∪ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))))
9391, 92syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1...(𝐾 + 1)) = ((1...𝑋) ∪ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))))
94 fzfid 14024 . . . . . . . 8 (𝜑 → (1...(𝐾 + 1)) ∈ Fin)
95 nn0cn 12563 . . . . . . . . 9 ((𝐺𝑖) ∈ ℕ0 → (𝐺𝑖) ∈ ℂ)
9679, 95syl 17 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1))) → (𝐺𝑖) ∈ ℂ)
9789, 93, 94, 96fsumsplit 15789 . . . . . . 7 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖) = (Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖) + Σ𝑖 ∈ ((𝑋 + 1)...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖)))
9886, 97breqtrrd 5194 . . . . . 6 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖) ≤ Σ𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖))
99 sticksstones7.6 . . . . . . 7 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖) = 𝑁)
10099eqcomd 2746 . . . . . 6 (𝜑𝑁 = Σ𝑖 ∈ (1...(𝐾 + 1))(𝐺𝑖))
10198, 100breqtrrd 5194 . . . . 5 (𝜑 → Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖) ≤ 𝑁)
10222, 54, 27, 59, 31, 101le2addd 11909 . . . 4 (𝜑 → (𝑋 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖)) ≤ (𝐾 + 𝑁))
10313nn0cnd 12615 . . . . 5 (𝜑𝐾 ∈ ℂ)
10445nn0cnd 12615 . . . . 5 (𝜑𝑁 ∈ ℂ)
105103, 104addcomd 11492 . . . 4 (𝜑 → (𝐾 + 𝑁) = (𝑁 + 𝐾))
106102, 105breqtrd 5192 . . 3 (𝜑 → (𝑋 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖)) ≤ (𝑁 + 𝐾))
10744, 47, 48, 58, 106elfzd 13575 . 2 (𝜑 → (𝑋 + Σ𝑖 ∈ (1...𝑋)(𝐺𝑖)) ∈ (1...(𝑁 + 𝐾)))
10843, 107eqeltrd 2844 1 (𝜑 → (𝐹𝑋) ∈ (1...(𝑁 + 𝐾)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 395   = wceq 1537  wcel 2108  cun 3974  cin 3975  c0 4352   class class class wbr 5166  cmpt 5249  wf 6569  cfv 6573  (class class class)co 7448  cc 11182  cr 11183  0cc0 11184  1c1 11185   + caddc 11187   < clt 11324  cle 11325  cn 12293  0cn0 12553  cz 12639  ...cfz 13567  Σcsu 15734
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1793  ax-4 1807  ax-5 1909  ax-6 1967  ax-7 2007  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2141  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2711  ax-rep 5303  ax-sep 5317  ax-nul 5324  ax-pow 5383  ax-pr 5447  ax-un 7770  ax-inf2 9710  ax-cnex 11240  ax-resscn 11241  ax-1cn 11242  ax-icn 11243  ax-addcl 11244  ax-addrcl 11245  ax-mulcl 11246  ax-mulrcl 11247  ax-mulcom 11248  ax-addass 11249  ax-mulass 11250  ax-distr 11251  ax-i2m1 11252  ax-1ne0 11253  ax-1rid 11254  ax-rnegex 11255  ax-rrecex 11256  ax-cnre 11257  ax-pre-lttri 11258  ax-pre-lttrn 11259  ax-pre-ltadd 11260  ax-pre-mulgt0 11261  ax-pre-sup 11262
This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 847  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1540  df-fal 1550  df-ex 1778  df-nf 1782  df-sb 2065  df-mo 2543  df-eu 2572  df-clab 2718  df-cleq 2732  df-clel 2819  df-nfc 2895  df-ne 2947  df-nel 3053  df-ral 3068  df-rex 3077  df-rmo 3388  df-reu 3389  df-rab 3444  df-v 3490  df-sbc 3805  df-csb 3922  df-dif 3979  df-un 3981  df-in 3983  df-ss 3993  df-pss 3996  df-nul 4353  df-if 4549  df-pw 4624  df-sn 4649  df-pr 4651  df-op 4655  df-uni 4932  df-int 4971  df-iun 5017  df-br 5167  df-opab 5229  df-mpt 5250  df-tr 5284  df-id 5593  df-eprel 5599  df-po 5607  df-so 5608  df-fr 5652  df-se 5653  df-we 5654  df-xp 5706  df-rel 5707  df-cnv 5708  df-co 5709  df-dm 5710  df-rn 5711  df-res 5712  df-ima 5713  df-pred 6332  df-ord 6398  df-on 6399  df-lim 6400  df-suc 6401  df-iota 6525  df-fun 6575  df-fn 6576  df-f 6577  df-f1 6578  df-fo 6579  df-f1o 6580  df-fv 6581  df-isom 6582  df-riota 7404  df-ov 7451  df-oprab 7452  df-mpo 7453  df-om 7904  df-1st 8030  df-2nd 8031  df-frecs 8322  df-wrecs 8353  df-recs 8427  df-rdg 8466  df-1o 8522  df-er 8763  df-en 9004  df-dom 9005  df-sdom 9006  df-fin 9007  df-sup 9511  df-oi 9579  df-card 10008  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11522  df-neg 11523  df-div 11948  df-nn 12294  df-2 12356  df-3 12357  df-n0 12554  df-z 12640  df-uz 12904  df-rp 13058  df-fz 13568  df-fzo 13712  df-seq 14053  df-exp 14113  df-hash 14380  df-cj 15148  df-re 15149  df-im 15150  df-sqrt 15284  df-abs 15285  df-clim 15534  df-sum 15735
This theorem is referenced by:  sticksstones8  42110
  Copyright terms: Public domain W3C validator