MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  fsumf1o Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem fsumf1o 14454
Description: Re-index a finite sum using a bijection. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Apr-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
fsumf1o.1 (𝑘 = 𝐺𝐵 = 𝐷)
fsumf1o.2 (𝜑𝐶 ∈ Fin)
fsumf1o.3 (𝜑𝐹:𝐶1-1-onto𝐴)
fsumf1o.4 ((𝜑𝑛𝐶) → (𝐹𝑛) = 𝐺)
fsumf1o.5 ((𝜑𝑘𝐴) → 𝐵 ∈ ℂ)
Assertion
Ref Expression
fsumf1o (𝜑 → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷)
Distinct variable groups:   𝑘,𝑛,𝐴   𝐵,𝑛   𝐶,𝑛   𝐷,𝑘   𝑛,𝐹   𝑘,𝐺   𝜑,𝑘,𝑛
Allowed substitution hints:   𝐵(𝑘)   𝐶(𝑘)   𝐷(𝑛)   𝐹(𝑘)   𝐺(𝑛)

Proof of Theorem fsumf1o
Dummy variables 𝑓 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 sum0 14452 . . . 4 Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐵 = 0
2 fsumf1o.3 . . . . . . . 8 (𝜑𝐹:𝐶1-1-onto𝐴)
3 f1oeq2 6128 . . . . . . . 8 (𝐶 = ∅ → (𝐹:𝐶1-1-onto𝐴𝐹:∅–1-1-onto𝐴))
42, 3syl5ibcom 235 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐶 = ∅ → 𝐹:∅–1-1-onto𝐴))
54imp 445 . . . . . 6 ((𝜑𝐶 = ∅) → 𝐹:∅–1-1-onto𝐴)
6 f1ofo 6144 . . . . . 6 (𝐹:∅–1-1-onto𝐴𝐹:∅–onto𝐴)
7 fo00 6172 . . . . . . 7 (𝐹:∅–onto𝐴 ↔ (𝐹 = ∅ ∧ 𝐴 = ∅))
87simprbi 480 . . . . . 6 (𝐹:∅–onto𝐴𝐴 = ∅)
95, 6, 83syl 18 . . . . 5 ((𝜑𝐶 = ∅) → 𝐴 = ∅)
109sumeq1d 14431 . . . 4 ((𝜑𝐶 = ∅) → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐵)
11 simpr 477 . . . . . 6 ((𝜑𝐶 = ∅) → 𝐶 = ∅)
1211sumeq1d 14431 . . . . 5 ((𝜑𝐶 = ∅) → Σ𝑛𝐶 𝐷 = Σ𝑛 ∈ ∅ 𝐷)
13 sum0 14452 . . . . 5 Σ𝑛 ∈ ∅ 𝐷 = 0
1412, 13syl6eq 2672 . . . 4 ((𝜑𝐶 = ∅) → Σ𝑛𝐶 𝐷 = 0)
151, 10, 143eqtr4a 2682 . . 3 ((𝜑𝐶 = ∅) → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷)
1615ex 450 . 2 (𝜑 → (𝐶 = ∅ → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷))
17 fveq2 6191 . . . . . . . . 9 (𝑚 = (𝑓𝑛) → (𝐹𝑚) = (𝐹‘(𝑓𝑛)))
1817fveq2d 6195 . . . . . . . 8 (𝑚 = (𝑓𝑛) → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹‘(𝑓𝑛))))
19 simprl 794 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → (#‘𝐶) ∈ ℕ)
20 simprr 796 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)
21 f1of 6137 . . . . . . . . . . . 12 (𝐹:𝐶1-1-onto𝐴𝐹:𝐶𝐴)
222, 21syl 17 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐹:𝐶𝐴)
2322ffvelrnda 6359 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑚𝐶) → (𝐹𝑚) ∈ 𝐴)
24 fsumf1o.5 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑘𝐴) → 𝐵 ∈ ℂ)
25 eqid 2622 . . . . . . . . . . . 12 (𝑘𝐴𝐵) = (𝑘𝐴𝐵)
2624, 25fmptd 6385 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝑘𝐴𝐵):𝐴⟶ℂ)
2726ffvelrnda 6359 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝐹𝑚) ∈ 𝐴) → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)) ∈ ℂ)
2823, 27syldan 487 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑚𝐶) → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)) ∈ ℂ)
2928adantlr 751 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑚𝐶) → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)) ∈ ℂ)
302adantr 481 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → 𝐹:𝐶1-1-onto𝐴)
31 f1oco 6159 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐹:𝐶1-1-onto𝐴𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶) → (𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐴)
3230, 20, 31syl2anc 693 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → (𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐴)
33 f1of 6137 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐴 → (𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))⟶𝐴)
3432, 33syl 17 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → (𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))⟶𝐴)
35 fvco3 6275 . . . . . . . . . 10 (((𝐹𝑓):(1...(#‘𝐶))⟶𝐴𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → (((𝑘𝐴𝐵) ∘ (𝐹𝑓))‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘((𝐹𝑓)‘𝑛)))
3634, 35sylan 488 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → (((𝑘𝐴𝐵) ∘ (𝐹𝑓))‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘((𝐹𝑓)‘𝑛)))
37 f1of 6137 . . . . . . . . . . . 12 (𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶𝑓:(1...(#‘𝐶))⟶𝐶)
3837ad2antll 765 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → 𝑓:(1...(#‘𝐶))⟶𝐶)
39 fvco3 6275 . . . . . . . . . . 11 ((𝑓:(1...(#‘𝐶))⟶𝐶𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → ((𝐹𝑓)‘𝑛) = (𝐹‘(𝑓𝑛)))
4038, 39sylan 488 . . . . . . . . . 10 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → ((𝐹𝑓)‘𝑛) = (𝐹‘(𝑓𝑛)))
4140fveq2d 6195 . . . . . . . . 9 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → ((𝑘𝐴𝐵)‘((𝐹𝑓)‘𝑛)) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹‘(𝑓𝑛))))
4236, 41eqtrd 2656 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑛 ∈ (1...(#‘𝐶))) → (((𝑘𝐴𝐵) ∘ (𝐹𝑓))‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹‘(𝑓𝑛))))
4318, 19, 20, 29, 42fsum 14451 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → Σ𝑚𝐶 ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)) = (seq1( + , ((𝑘𝐴𝐵) ∘ (𝐹𝑓)))‘(#‘𝐶)))
44 fsumf1o.4 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑛𝐶) → (𝐹𝑛) = 𝐺)
4522ffvelrnda 6359 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑𝑛𝐶) → (𝐹𝑛) ∈ 𝐴)
4644, 45eqeltrrd 2702 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑𝑛𝐶) → 𝐺𝐴)
47 fsumf1o.1 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑘 = 𝐺𝐵 = 𝐷)
4847, 25fvmpti 6281 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐺𝐴 → ((𝑘𝐴𝐵)‘𝐺) = ( I ‘𝐷))
4946, 48syl 17 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑛𝐶) → ((𝑘𝐴𝐵)‘𝐺) = ( I ‘𝐷))
5044fveq2d 6195 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑛𝐶) → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)) = ((𝑘𝐴𝐵)‘𝐺))
51 eqid 2622 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛𝐶𝐷) = (𝑛𝐶𝐷)
5251fvmpt2i 6290 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛𝐶 → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ( I ‘𝐷))
5352adantl 482 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑𝑛𝐶) → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ( I ‘𝐷))
5449, 50, 533eqtr4rd 2667 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑛𝐶) → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)))
5554ralrimiva 2966 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ∀𝑛𝐶 ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)))
56 nffvmpt1 6199 . . . . . . . . . . . 12 𝑛((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚)
5756nfeq1 2778 . . . . . . . . . . 11 𝑛((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚))
58 fveq2 6191 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 = 𝑚 → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚))
59 fveq2 6191 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 = 𝑚 → (𝐹𝑛) = (𝐹𝑚))
6059fveq2d 6195 . . . . . . . . . . . 12 (𝑛 = 𝑚 → ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)))
6158, 60eqeq12d 2637 . . . . . . . . . . 11 (𝑛 = 𝑚 → (((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)) ↔ ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚))))
6257, 61rspc 3303 . . . . . . . . . 10 (𝑚𝐶 → (∀𝑛𝐶 ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑛)) → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚))))
6355, 62mpan9 486 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑚𝐶) → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)))
6463adantlr 751 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑚𝐶) → ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)))
6564sumeq2dv 14433 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → Σ𝑚𝐶 ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = Σ𝑚𝐶 ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝐹𝑚)))
66 fveq2 6191 . . . . . . . 8 (𝑚 = ((𝐹𝑓)‘𝑛) → ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑚) = ((𝑘𝐴𝐵)‘((𝐹𝑓)‘𝑛)))
6726adantr 481 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → (𝑘𝐴𝐵):𝐴⟶ℂ)
6867ffvelrnda 6359 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) ∧ 𝑚𝐴) → ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑚) ∈ ℂ)
6966, 19, 32, 68, 36fsum 14451 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → Σ𝑚𝐴 ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑚) = (seq1( + , ((𝑘𝐴𝐵) ∘ (𝐹𝑓)))‘(#‘𝐶)))
7043, 65, 693eqtr4rd 2667 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → Σ𝑚𝐴 ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑚) = Σ𝑚𝐶 ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚))
71 sumfc 14440 . . . . . 6 Σ𝑚𝐴 ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑚) = Σ𝑘𝐴 𝐵
72 sumfc 14440 . . . . . 6 Σ𝑚𝐶 ((𝑛𝐶𝐷)‘𝑚) = Σ𝑛𝐶 𝐷
7370, 71, 723eqtr3g 2679 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)) → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷)
7473expr 643 . . . 4 ((𝜑 ∧ (#‘𝐶) ∈ ℕ) → (𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶 → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷))
7574exlimdv 1861 . . 3 ((𝜑 ∧ (#‘𝐶) ∈ ℕ) → (∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶 → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷))
7675expimpd 629 . 2 (𝜑 → (((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ ∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶) → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷))
77 fsumf1o.2 . . 3 (𝜑𝐶 ∈ Fin)
78 fz1f1o 14441 . . 3 (𝐶 ∈ Fin → (𝐶 = ∅ ∨ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ ∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)))
7977, 78syl 17 . 2 (𝜑 → (𝐶 = ∅ ∨ ((#‘𝐶) ∈ ℕ ∧ ∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐶))–1-1-onto𝐶)))
8016, 76, 79mpjaod 396 1 (𝜑 → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑛𝐶 𝐷)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wo 383  wa 384   = wceq 1483  wex 1704  wcel 1990  wral 2912  c0 3915  cmpt 4729   I cid 5023  ccom 5118  wf 5884  ontowfo 5886  1-1-ontowf1o 5887  cfv 5888  (class class class)co 6650  Fincfn 7955  cc 9934  0cc0 9936  1c1 9937   + caddc 9939  cn 11020  ...cfz 12326  seqcseq 12801  #chash 13117  Σcsu 14416
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-inf2 8538  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013  ax-pre-sup 10014
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-fal 1489  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-int 4476  df-iun 4522  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-se 5074  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-isom 5897  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-1o 7560  df-oadd 7564  df-er 7742  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-fin 7959  df-sup 8348  df-oi 8415  df-card 8765  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-div 10685  df-nn 11021  df-2 11079  df-3 11080  df-n0 11293  df-z 11378  df-uz 11688  df-rp 11833  df-fz 12327  df-fzo 12466  df-seq 12802  df-exp 12861  df-hash 13118  df-cj 13839  df-re 13840  df-im 13841  df-sqrt 13975  df-abs 13976  df-clim 14219  df-sum 14417
This theorem is referenced by:  fsumss  14456  fsum2dlem  14501  fsumcnv  14504  fsumrev  14511  fsumshft  14512  ackbijnn  14560  incexclem  14568  phisum  15495  ovoliunlem1  23270  ovolicc2lem4  23288  itg1addlem4  23466  itg1mulc  23471  basellem3  24809  basellem5  24811  fsumdvdscom  24911  dvdsflsumcom  24914  musum  24917  fsumdvdsmul  24921  sgmppw  24922  fsumvma  24938  dchrsum2  24993  sumdchr2  24995  dchrisumlem1  25178  dchrisum0flblem1  25197  dchrisum0fno1  25200  fsumiunle  29575  eulerpartlemgs2  30442  reprpmtf1o  30704  breprexplema  30708  hgt750lemb  30734  hgt750lema  30735  fsumf1of  39806  sumnnodd  39862  dvnprodlem2  40162
  Copyright terms: Public domain W3C validator