MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  dchrisum0fmul Unicode version

Theorem dchrisum0fmul 21153
Description: The function  F, the divisor sum of a Dirichlet character, is a multiplicative function (but not completely multiplicative). Equation 9.4.27 of [Shapiro], p. 382. (Contributed by Mario Carneiro, 5-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
rpvmasum.z  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
rpvmasum.l  |-  L  =  ( ZRHom `  Z
)
rpvmasum.a  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
rpvmasum2.g  |-  G  =  (DChr `  N )
rpvmasum2.d  |-  D  =  ( Base `  G
)
rpvmasum2.1  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
dchrisum0f.f  |-  F  =  ( b  e.  NN  |->  sum_ v  e.  { q  e.  NN  |  q 
||  b }  ( X `  ( L `  v ) ) )
dchrisum0f.x  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
dchrisum0fmul.a  |-  ( ph  ->  A  e.  NN )
dchrisum0fmul.b  |-  ( ph  ->  B  e.  NN )
dchrisum0fmul.m  |-  ( ph  ->  ( A  gcd  B
)  =  1 )
Assertion
Ref Expression
dchrisum0fmul  |-  ( ph  ->  ( F `  ( A  x.  B )
)  =  ( ( F `  A )  x.  ( F `  B ) ) )
Distinct variable groups:    q, b,
v, A    N, q    B, b, q, v    L, b, v    X, b, v
Allowed substitution hints:    ph( v, q, b)    D( v, q, b)    .1. ( v, q, b)    F( v, q, b)    G( v, q, b)    L( q)    N( v, b)    X( q)    Z( v, q, b)

Proof of Theorem dchrisum0fmul
Dummy variables  k 
i  j are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 dchrisum0fmul.a . . 3  |-  ( ph  ->  A  e.  NN )
2 dchrisum0fmul.b . . 3  |-  ( ph  ->  B  e.  NN )
3 dchrisum0fmul.m . . 3  |-  ( ph  ->  ( A  gcd  B
)  =  1 )
4 eqid 2404 . . 3  |-  { q  e.  NN  |  q 
||  A }  =  { q  e.  NN  |  q  ||  A }
5 eqid 2404 . . 3  |-  { q  e.  NN  |  q 
||  B }  =  { q  e.  NN  |  q  ||  B }
6 eqid 2404 . . 3  |-  { q  e.  NN  |  q 
||  ( A  x.  B ) }  =  { q  e.  NN  |  q  ||  ( A  x.  B ) }
7 rpvmasum2.g . . . 4  |-  G  =  (DChr `  N )
8 rpvmasum.z . . . 4  |-  Z  =  (ℤ/n `  N )
9 rpvmasum2.d . . . 4  |-  D  =  ( Base `  G
)
10 rpvmasum.l . . . 4  |-  L  =  ( ZRHom `  Z
)
11 dchrisum0f.x . . . . 5  |-  ( ph  ->  X  e.  D )
1211adantr 452 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  j  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  A }
)  ->  X  e.  D )
13 elrabi 3050 . . . . . 6  |-  ( j  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  A }  ->  j  e.  NN )
1413nnzd 10330 . . . . 5  |-  ( j  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  A }  ->  j  e.  ZZ )
1514adantl 453 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  j  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  A }
)  ->  j  e.  ZZ )
167, 8, 9, 10, 12, 15dchrzrhcl 20982 . . 3  |-  ( (
ph  /\  j  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  A }
)  ->  ( X `  ( L `  j
) )  e.  CC )
1711adantr 452 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  k  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  B }
)  ->  X  e.  D )
18 elrabi 3050 . . . . . 6  |-  ( k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B }  ->  k  e.  NN )
1918nnzd 10330 . . . . 5  |-  ( k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B }  ->  k  e.  ZZ )
2019adantl 453 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  k  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  B }
)  ->  k  e.  ZZ )
217, 8, 9, 10, 17, 20dchrzrhcl 20982 . . 3  |-  ( (
ph  /\  k  e.  { q  e.  NN  | 
q  ||  B }
)  ->  ( X `  ( L `  k
) )  e.  CC )
2214, 19anim12i 550 . . . 4  |-  ( ( j  e.  { q  e.  NN  |  q 
||  A }  /\  k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B } )  ->  (
j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ )
)
2311adantr 452 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ ) )  ->  X  e.  D )
24 simprl 733 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ ) )  -> 
j  e.  ZZ )
25 simprr 734 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ ) )  -> 
k  e.  ZZ )
267, 8, 9, 10, 23, 24, 25dchrzrhmul 20983 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ ) )  -> 
( X `  ( L `  ( j  x.  k ) ) )  =  ( ( X `
 ( L `  j ) )  x.  ( X `  ( L `  k )
) ) )
2726eqcomd 2409 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  ZZ  /\  k  e.  ZZ ) )  -> 
( ( X `  ( L `  j ) )  x.  ( X `
 ( L `  k ) ) )  =  ( X `  ( L `  ( j  x.  k ) ) ) )
2822, 27sylan2 461 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  A }  /\  k  e.  { q  e.  NN  |  q 
||  B } ) )  ->  ( ( X `  ( L `  j ) )  x.  ( X `  ( L `  k )
) )  =  ( X `  ( L `
 ( j  x.  k ) ) ) )
29 fveq2 5687 . . . 4  |-  ( i  =  ( j  x.  k )  ->  ( L `  i )  =  ( L `  ( j  x.  k
) ) )
3029fveq2d 5691 . . 3  |-  ( i  =  ( j  x.  k )  ->  ( X `  ( L `  i ) )  =  ( X `  ( L `  ( j  x.  k ) ) ) )
311, 2, 3, 4, 5, 6, 16, 21, 28, 30fsumdvdsmul 20933 . 2  |-  ( ph  ->  ( sum_ j  e.  {
q  e.  NN  | 
q  ||  A } 
( X `  ( L `  j )
)  x.  sum_ k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B } 
( X `  ( L `  k )
) )  =  sum_ i  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  ( A  x.  B
) }  ( X `
 ( L `  i ) ) )
32 rpvmasum.a . . . . 5  |-  ( ph  ->  N  e.  NN )
33 rpvmasum2.1 . . . . 5  |-  .1.  =  ( 0g `  G )
34 dchrisum0f.f . . . . 5  |-  F  =  ( b  e.  NN  |->  sum_ v  e.  { q  e.  NN  |  q 
||  b }  ( X `  ( L `  v ) ) )
358, 10, 32, 7, 9, 33, 34dchrisum0fval 21152 . . . 4  |-  ( A  e.  NN  ->  ( F `  A )  =  sum_ j  e.  {
q  e.  NN  | 
q  ||  A } 
( X `  ( L `  j )
) )
361, 35syl 16 . . 3  |-  ( ph  ->  ( F `  A
)  =  sum_ j  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  A } 
( X `  ( L `  j )
) )
378, 10, 32, 7, 9, 33, 34dchrisum0fval 21152 . . . 4  |-  ( B  e.  NN  ->  ( F `  B )  =  sum_ k  e.  {
q  e.  NN  | 
q  ||  B } 
( X `  ( L `  k )
) )
382, 37syl 16 . . 3  |-  ( ph  ->  ( F `  B
)  =  sum_ k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B } 
( X `  ( L `  k )
) )
3936, 38oveq12d 6058 . 2  |-  ( ph  ->  ( ( F `  A )  x.  ( F `  B )
)  =  ( sum_ j  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  A }  ( X `  ( L `  j
) )  x.  sum_ k  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  B }  ( X `  ( L `  k
) ) ) )
401, 2nnmulcld 10003 . . 3  |-  ( ph  ->  ( A  x.  B
)  e.  NN )
418, 10, 32, 7, 9, 33, 34dchrisum0fval 21152 . . 3  |-  ( ( A  x.  B )  e.  NN  ->  ( F `  ( A  x.  B ) )  = 
sum_ i  e.  {
q  e.  NN  | 
q  ||  ( A  x.  B ) }  ( X `  ( L `  i ) ) )
4240, 41syl 16 . 2  |-  ( ph  ->  ( F `  ( A  x.  B )
)  =  sum_ i  e.  { q  e.  NN  |  q  ||  ( A  x.  B ) }  ( X `  ( L `  i )
) )
4331, 39, 423eqtr4rd 2447 1  |-  ( ph  ->  ( F `  ( A  x.  B )
)  =  ( ( F `  A )  x.  ( F `  B ) ) )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 359    = wceq 1649    e. wcel 1721   {crab 2670   class class class wbr 4172    e. cmpt 4226   ` cfv 5413  (class class class)co 6040   1c1 8947    x. cmul 8951   NNcn 9956   ZZcz 10238   sum_csu 12434    || cdivides 12807    gcd cgcd 12961   Basecbs 13424   0gc0g 13678   ZRHomczrh 16733  ℤ/nczn 16736  DChrcdchr 20969
This theorem is referenced by:  dchrisum0flblem2  21156
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1552  ax-5 1563  ax-17 1623  ax-9 1662  ax-8 1683  ax-13 1723  ax-14 1725  ax-6 1740  ax-7 1745  ax-11 1757  ax-12 1946  ax-ext 2385  ax-rep 4280  ax-sep 4290  ax-nul 4298  ax-pow 4337  ax-pr 4363  ax-un 4660  ax-inf2 7552  ax-cnex 9002  ax-resscn 9003  ax-1cn 9004  ax-icn 9005  ax-addcl 9006  ax-addrcl 9007  ax-mulcl 9008  ax-mulrcl 9009  ax-mulcom 9010  ax-addass 9011  ax-mulass 9012  ax-distr 9013  ax-i2m1 9014  ax-1ne0 9015  ax-1rid 9016  ax-rnegex 9017  ax-rrecex 9018  ax-cnre 9019  ax-pre-lttri 9020  ax-pre-lttrn 9021  ax-pre-ltadd 9022  ax-pre-mulgt0 9023  ax-pre-sup 9024  ax-addf 9025  ax-mulf 9026
This theorem depends on definitions:  df-bi 178  df-or 360  df-an 361  df-3or 937  df-3an 938  df-tru 1325  df-ex 1548  df-nf 1551  df-sb 1656  df-eu 2258  df-mo 2259  df-clab 2391  df-cleq 2397  df-clel 2400  df-nfc 2529  df-ne 2569  df-nel 2570  df-ral 2671  df-rex 2672  df-reu 2673  df-rmo 2674  df-rab 2675  df-v 2918  df-sbc 3122  df-csb 3212  df-dif 3283  df-un 3285  df-in 3287  df-ss 3294  df-pss 3296  df-nul 3589  df-if 3700  df-pw 3761  df-sn 3780  df-pr 3781  df-tp 3782  df-op 3783  df-uni 3976  df-int 4011  df-iun 4055  df-br 4173  df-opab 4227  df-mpt 4228  df-tr 4263  df-eprel 4454  df-id 4458  df-po 4463  df-so 4464  df-fr 4501  df-se 4502  df-we 4503  df-ord 4544  df-on 4545  df-lim 4546  df-suc 4547  df-om 4805  df-xp 4843  df-rel 4844  df-cnv 4845  df-co 4846  df-dm 4847  df-rn 4848  df-res 4849  df-ima 4850  df-iota 5377  df-fun 5415  df-fn 5416  df-f 5417  df-f1 5418  df-fo 5419  df-f1o 5420  df-fv 5421  df-isom 5422  df-ov 6043  df-oprab 6044  df-mpt2 6045  df-1st 6308  df-2nd 6309  df-tpos 6438  df-riota 6508  df-recs 6592  df-rdg 6627  df-1o 6683  df-oadd 6687  df-er 6864  df-ec 6866  df-qs 6870  df-map 6979  df-en 7069  df-dom 7070  df-sdom 7071  df-fin 7072  df-sup 7404  df-oi 7435  df-card 7782  df-pnf 9078  df-mnf 9079  df-xr 9080  df-ltxr 9081  df-le 9082  df-sub 9249  df-neg 9250  df-div 9634  df-nn 9957  df-2 10014  df-3 10015  df-4 10016  df-5 10017  df-6 10018  df-7 10019  df-8 10020  df-9 10021  df-10 10022  df-n0 10178  df-z 10239  df-dec 10339  df-uz 10445  df-rp 10569  df-fz 11000  df-fzo 11091  df-fl 11157  df-mod 11206  df-seq 11279  df-exp 11338  df-hash 11574  df-cj 11859  df-re 11860  df-im 11861  df-sqr 11995  df-abs 11996  df-clim 12237  df-sum 12435  df-dvds 12808  df-gcd 12962  df-struct 13426  df-ndx 13427  df-slot 13428  df-base 13429  df-sets 13430  df-ress 13431  df-plusg 13497  df-mulr 13498  df-starv 13499  df-sca 13500  df-vsca 13501  df-tset 13503  df-ple 13504  df-ds 13506  df-unif 13507  df-0g 13682  df-imas 13689  df-divs 13690  df-mnd 14645  df-mhm 14693  df-grp 14767  df-minusg 14768  df-sbg 14769  df-mulg 14770  df-subg 14896  df-nsg 14897  df-eqg 14898  df-ghm 14959  df-cmn 15369  df-abl 15370  df-mgp 15604  df-rng 15618  df-cring 15619  df-ur 15620  df-oppr 15683  df-dvdsr 15701  df-unit 15702  df-rnghom 15774  df-subrg 15821  df-lmod 15907  df-lss 15964  df-lsp 16003  df-sra 16199  df-rgmod 16200  df-lidl 16201  df-rsp 16202  df-2idl 16258  df-cnfld 16659  df-zrh 16737  df-zn 16740  df-dchr 20970
  Copyright terms: Public domain W3C validator