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Theorem fprod2d 14028
Description: Write a double product as a product over a two-dimensional region. Compare fsum2d 13825. (Contributed by Scott Fenton, 30-Jan-2018.)
Hypotheses
Ref Expression
fprod2d.1  |-  ( z  =  <. j ,  k
>.  ->  D  =  C )
fprod2d.2  |-  ( ph  ->  A  e.  Fin )
fprod2d.3  |-  ( (
ph  /\  j  e.  A )  ->  B  e.  Fin )
fprod2d.4  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  A  /\  k  e.  B ) )  ->  C  e.  CC )
Assertion
Ref Expression
fprod2d  |-  ( ph  ->  prod_ j  e.  A  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  A  ( { j }  X.  B ) D )
Distinct variable groups:    A, j,
k, z    B, k,
z    z, C    D, j,
k    ph, j, z, k
Allowed substitution hints:    B( j)    C( j, k)    D( z)

Proof of Theorem fprod2d
Dummy variables  w  x  y are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ssid 3450 . 2  |-  A  C_  A
2 fprod2d.2 . . 3  |-  ( ph  ->  A  e.  Fin )
3 sseq1 3452 . . . . . 6  |-  ( w  =  (/)  ->  ( w 
C_  A  <->  (/)  C_  A
) )
4 prodeq1 13956 . . . . . . 7  |-  ( w  =  (/)  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ j  e.  (/)  prod_ k  e.  B  C )
5 iuneq1 4291 . . . . . . . . 9  |-  ( w  =  (/)  ->  U_ j  e.  w  ( {
j }  X.  B
)  =  U_ j  e.  (/)  ( { j }  X.  B ) )
6 0iun 4334 . . . . . . . . 9  |-  U_ j  e.  (/)  ( { j }  X.  B )  =  (/)
75, 6syl6eq 2500 . . . . . . . 8  |-  ( w  =  (/)  ->  U_ j  e.  w  ( {
j }  X.  B
)  =  (/) )
87prodeq1d 13968 . . . . . . 7  |-  ( w  =  (/)  ->  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( { j }  X.  B ) D  = 
prod_ z  e.  (/)  D )
94, 8eqeq12d 2465 . . . . . 6  |-  ( w  =  (/)  ->  ( prod_
j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  = 
prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( {
j }  X.  B
) D  <->  prod_ j  e.  (/)  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  (/)  D ) )
103, 9imbi12d 322 . . . . 5  |-  ( w  =  (/)  ->  ( ( w  C_  A  ->  prod_
j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  = 
prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( {
j }  X.  B
) D )  <->  ( (/)  C_  A  ->  prod_ j  e.  (/)  prod_
k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  (/)  D ) ) )
1110imbi2d 318 . . . 4  |-  ( w  =  (/)  ->  ( (
ph  ->  ( w  C_  A  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( { j }  X.  B ) D ) )  <->  ( ph  ->  (
(/)  C_  A  ->  prod_ j  e.  (/)  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  (/)  D ) ) ) )
12 sseq1 3452 . . . . . 6  |-  ( w  =  x  ->  (
w  C_  A  <->  x  C_  A
) )
13 prodeq1 13956 . . . . . . 7  |-  ( w  =  x  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C )
14 iuneq1 4291 . . . . . . . 8  |-  ( w  =  x  ->  U_ j  e.  w  ( {
j }  X.  B
)  =  U_ j  e.  x  ( {
j }  X.  B
) )
1514prodeq1d 13968 . . . . . . 7  |-  ( w  =  x  ->  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( { j }  X.  B ) D  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( { j }  X.  B ) D )
1613, 15eqeq12d 2465 . . . . . 6  |-  ( w  =  x  ->  ( prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  = 
prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( {
j }  X.  B
) D  <->  prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e. 
U_  j  e.  x  ( { j }  X.  B ) D ) )
1712, 16imbi12d 322 . . . . 5  |-  ( w  =  x  ->  (
( w  C_  A  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( { j }  X.  B ) D )  <-> 
( x  C_  A  ->  prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( { j }  X.  B ) D ) ) )
1817imbi2d 318 . . . 4  |-  ( w  =  x  ->  (
( ph  ->  ( w 
C_  A  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( {
j }  X.  B
) D ) )  <-> 
( ph  ->  ( x 
C_  A  ->  prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( {
j }  X.  B
) D ) ) ) )
19 sseq1 3452 . . . . . 6  |-  ( w  =  ( x  u. 
{ y } )  ->  ( w  C_  A 
<->  ( x  u.  {
y } )  C_  A ) )
20 prodeq1 13956 . . . . . . 7  |-  ( w  =  ( x  u. 
{ y } )  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ j  e.  ( x  u.  { y } ) prod_ k  e.  B  C )
21 iuneq1 4291 . . . . . . . 8  |-  ( w  =  ( x  u. 
{ y } )  ->  U_ j  e.  w  ( { j }  X.  B )  =  U_ j  e.  ( x  u.  { y } ) ( { j }  X.  B ) )
2221prodeq1d 13968 . . . . . . 7  |-  ( w  =  ( x  u. 
{ y } )  ->  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( { j }  X.  B ) D  = 
prod_ z  e.  U_  j  e.  ( x  u.  {
y } ) ( { j }  X.  B ) D )
2320, 22eqeq12d 2465 . . . . . 6  |-  ( w  =  ( x  u. 
{ y } )  ->  ( prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( { j }  X.  B ) D  <->  prod_ j  e.  ( x  u.  { y } ) prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  ( x  u.  {
y } ) ( { j }  X.  B ) D ) )
2419, 23imbi12d 322 . . . . 5  |-  ( w  =  ( x  u. 
{ y } )  ->  ( ( w 
C_  A  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( {
j }  X.  B
) D )  <->  ( (
x  u.  { y } )  C_  A  ->  prod_ j  e.  ( x  u.  { y } ) prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  ( x  u.  {
y } ) ( { j }  X.  B ) D ) ) )
2524imbi2d 318 . . . 4  |-  ( w  =  ( x  u. 
{ y } )  ->  ( ( ph  ->  ( w  C_  A  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( { j }  X.  B ) D ) )  <->  ( ph  ->  ( ( x  u.  {
y } )  C_  A  ->  prod_ j  e.  ( x  u.  { y } ) prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  ( x  u.  {
y } ) ( { j }  X.  B ) D ) ) ) )
26 sseq1 3452 . . . . . 6  |-  ( w  =  A  ->  (
w  C_  A  <->  A  C_  A
) )
27 prodeq1 13956 . . . . . . 7  |-  ( w  =  A  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ j  e.  A  prod_ k  e.  B  C )
28 iuneq1 4291 . . . . . . . 8  |-  ( w  =  A  ->  U_ j  e.  w  ( {
j }  X.  B
)  =  U_ j  e.  A  ( {
j }  X.  B
) )
2928prodeq1d 13968 . . . . . . 7  |-  ( w  =  A  ->  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( { j }  X.  B ) D  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  A  ( { j }  X.  B ) D )
3027, 29eqeq12d 2465 . . . . . 6  |-  ( w  =  A  ->  ( prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  = 
prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( {
j }  X.  B
) D  <->  prod_ j  e.  A  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e. 
U_  j  e.  A  ( { j }  X.  B ) D ) )
3126, 30imbi12d 322 . . . . 5  |-  ( w  =  A  ->  (
( w  C_  A  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( { j }  X.  B ) D )  <-> 
( A  C_  A  ->  prod_ j  e.  A  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  A  ( { j }  X.  B ) D ) ) )
3231imbi2d 318 . . . 4  |-  ( w  =  A  ->  (
( ph  ->  ( w 
C_  A  ->  prod_ j  e.  w  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  w  ( {
j }  X.  B
) D ) )  <-> 
( ph  ->  ( A 
C_  A  ->  prod_ j  e.  A  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  A  ( {
j }  X.  B
) D ) ) ) )
33 prod0 13990 . . . . . 6  |-  prod_ j  e.  (/)  prod_ k  e.  B  C  =  1
34 prod0 13990 . . . . . 6  |-  prod_ z  e.  (/)  D  =  1
3533, 34eqtr4i 2475 . . . . 5  |-  prod_ j  e.  (/)  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  (/)  D
36352a1i 12 . . . 4  |-  ( ph  ->  ( (/)  C_  A  ->  prod_ j  e.  (/)  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  (/)  D ) )
37 ssun1 3596 . . . . . . . . . 10  |-  x  C_  ( x  u.  { y } )
38 sstr 3439 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( x  C_  ( x  u.  { y } )  /\  ( x  u. 
{ y } ) 
C_  A )  ->  x  C_  A )
3937, 38mpan 675 . . . . . . . . 9  |-  ( ( x  u.  { y } )  C_  A  ->  x  C_  A )
4039imim1i 60 . . . . . . . 8  |-  ( ( x  C_  A  ->  prod_
j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  = 
prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( {
j }  X.  B
) D )  -> 
( ( x  u. 
{ y } ) 
C_  A  ->  prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( {
j }  X.  B
) D ) )
41 fprod2d.1 . . . . . . . . . . 11  |-  ( z  =  <. j ,  k
>.  ->  D  =  C )
422ad2antrr 731 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  -.  y  e.  x )  /\  ( x  u.  {
y } )  C_  A )  ->  A  e.  Fin )
43 fprod2d.3 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  j  e.  A )  ->  B  e.  Fin )
4443adantlr 720 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ph  /\  -.  y  e.  x )  /\  j  e.  A
)  ->  B  e.  Fin )
4544adantlr 720 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ph  /\  -.  y  e.  x
)  /\  ( x  u.  { y } ) 
C_  A )  /\  j  e.  A )  ->  B  e.  Fin )
46 fprod2d.4 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( (
ph  /\  ( j  e.  A  /\  k  e.  B ) )  ->  C  e.  CC )
4746adantlr 720 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( ph  /\  -.  y  e.  x )  /\  ( j  e.  A  /\  k  e.  B
) )  ->  C  e.  CC )
4847adantlr 720 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ( ph  /\  -.  y  e.  x
)  /\  ( x  u.  { y } ) 
C_  A )  /\  ( j  e.  A  /\  k  e.  B
) )  ->  C  e.  CC )
49 simplr 761 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  -.  y  e.  x )  /\  ( x  u.  {
y } )  C_  A )  ->  -.  y  e.  x )
50 simpr 463 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( ph  /\  -.  y  e.  x )  /\  ( x  u.  {
y } )  C_  A )  ->  (
x  u.  { y } )  C_  A
)
51 biid 240 . . . . . . . . . . 11  |-  ( prod_
j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  = 
prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( {
j }  X.  B
) D  <->  prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e. 
U_  j  e.  x  ( { j }  X.  B ) D )
5241, 42, 45, 48, 49, 50, 51fprod2dlem 14027 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( ( ph  /\  -.  y  e.  x
)  /\  ( x  u.  { y } ) 
C_  A )  /\  prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  = 
prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( {
j }  X.  B
) D )  ->  prod_ j  e.  ( x  u.  { y } ) prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e. 
U_  j  e.  ( x  u.  { y } ) ( { j }  X.  B
) D )
5352exp31 608 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  -.  y  e.  x )  ->  (
( x  u.  {
y } )  C_  A  ->  ( prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( { j }  X.  B ) D  ->  prod_ j  e.  ( x  u.  {
y } ) prod_
k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  ( x  u.  { y } ) ( { j }  X.  B ) D ) ) )
5453a2d 29 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  -.  y  e.  x )  ->  (
( ( x  u. 
{ y } ) 
C_  A  ->  prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( {
j }  X.  B
) D )  -> 
( ( x  u. 
{ y } ) 
C_  A  ->  prod_ j  e.  ( x  u. 
{ y } )
prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e. 
U_  j  e.  ( x  u.  { y } ) ( { j }  X.  B
) D ) ) )
5540, 54syl5 33 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  -.  y  e.  x )  ->  (
( x  C_  A  ->  prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( { j }  X.  B ) D )  ->  ( ( x  u.  { y } )  C_  A  ->  prod_
j  e.  ( x  u.  { y } ) prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e. 
U_  j  e.  ( x  u.  { y } ) ( { j }  X.  B
) D ) ) )
5655expcom 437 . . . . . 6  |-  ( -.  y  e.  x  -> 
( ph  ->  ( ( x  C_  A  ->  prod_
j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  = 
prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( {
j }  X.  B
) D )  -> 
( ( x  u. 
{ y } ) 
C_  A  ->  prod_ j  e.  ( x  u. 
{ y } )
prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e. 
U_  j  e.  ( x  u.  { y } ) ( { j }  X.  B
) D ) ) ) )
5756a2d 29 . . . . 5  |-  ( -.  y  e.  x  -> 
( ( ph  ->  ( x  C_  A  ->  prod_
j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  = 
prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( {
j }  X.  B
) D ) )  ->  ( ph  ->  ( ( x  u.  {
y } )  C_  A  ->  prod_ j  e.  ( x  u.  { y } ) prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  ( x  u.  {
y } ) ( { j }  X.  B ) D ) ) ) )
5857adantl 468 . . . 4  |-  ( ( x  e.  Fin  /\  -.  y  e.  x
)  ->  ( ( ph  ->  ( x  C_  A  ->  prod_ j  e.  x  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  x  ( { j }  X.  B ) D ) )  ->  ( ph  ->  ( ( x  u. 
{ y } ) 
C_  A  ->  prod_ j  e.  ( x  u. 
{ y } )
prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e. 
U_  j  e.  ( x  u.  { y } ) ( { j }  X.  B
) D ) ) ) )
5911, 18, 25, 32, 36, 58findcard2s 7809 . . 3  |-  ( A  e.  Fin  ->  ( ph  ->  ( A  C_  A  ->  prod_ j  e.  A  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  A  ( { j }  X.  B ) D ) ) )
602, 59mpcom 37 . 2  |-  ( ph  ->  ( A  C_  A  ->  prod_ j  e.  A  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  A  ( { j }  X.  B ) D ) )
611, 60mpi 20 1  |-  ( ph  ->  prod_ j  e.  A  prod_ k  e.  B  C  =  prod_ z  e.  U_  j  e.  A  ( { j }  X.  B ) D )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   -. wn 3    -> wi 4    /\ wa 371    = wceq 1443    e. wcel 1886    u. cun 3401    C_ wss 3403   (/)c0 3730   {csn 3967   <.cop 3973   U_ciun 4277    X. cxp 4831   Fincfn 7566   CCcc 9534   1c1 9537   prod_cprod 13952
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1668  ax-4 1681  ax-5 1757  ax-6 1804  ax-7 1850  ax-8 1888  ax-9 1895  ax-10 1914  ax-11 1919  ax-12 1932  ax-13 2090  ax-ext 2430  ax-rep 4514  ax-sep 4524  ax-nul 4533  ax-pow 4580  ax-pr 4638  ax-un 6580  ax-inf2 8143  ax-cnex 9592  ax-resscn 9593  ax-1cn 9594  ax-icn 9595  ax-addcl 9596  ax-addrcl 9597  ax-mulcl 9598  ax-mulrcl 9599  ax-mulcom 9600  ax-addass 9601  ax-mulass 9602  ax-distr 9603  ax-i2m1 9604  ax-1ne0 9605  ax-1rid 9606  ax-rnegex 9607  ax-rrecex 9608  ax-cnre 9609  ax-pre-lttri 9610  ax-pre-lttrn 9611  ax-pre-ltadd 9612  ax-pre-mulgt0 9613  ax-pre-sup 9614
This theorem depends on definitions:  df-bi 189  df-or 372  df-an 373  df-3or 985  df-3an 986  df-tru 1446  df-fal 1449  df-ex 1663  df-nf 1667  df-sb 1797  df-eu 2302  df-mo 2303  df-clab 2437  df-cleq 2443  df-clel 2446  df-nfc 2580  df-ne 2623  df-nel 2624  df-ral 2741  df-rex 2742  df-reu 2743  df-rmo 2744  df-rab 2745  df-v 3046  df-sbc 3267  df-csb 3363  df-dif 3406  df-un 3408  df-in 3410  df-ss 3417  df-pss 3419  df-nul 3731  df-if 3881  df-pw 3952  df-sn 3968  df-pr 3970  df-tp 3972  df-op 3974  df-uni 4198  df-int 4234  df-iun 4279  df-br 4402  df-opab 4461  df-mpt 4462  df-tr 4497  df-eprel 4744  df-id 4748  df-po 4754  df-so 4755  df-fr 4792  df-se 4793  df-we 4794  df-xp 4839  df-rel 4840  df-cnv 4841  df-co 4842  df-dm 4843  df-rn 4844  df-res 4845  df-ima 4846  df-pred 5379  df-ord 5425  df-on 5426  df-lim 5427  df-suc 5428  df-iota 5545  df-fun 5583  df-fn 5584  df-f 5585  df-f1 5586  df-fo 5587  df-f1o 5588  df-fv 5589  df-isom 5590  df-riota 6250  df-ov 6291  df-oprab 6292  df-mpt2 6293  df-om 6690  df-1st 6790  df-2nd 6791  df-wrecs 7025  df-recs 7087  df-rdg 7125  df-1o 7179  df-oadd 7183  df-er 7360  df-en 7567  df-dom 7568  df-sdom 7569  df-fin 7570  df-sup 7953  df-oi 8022  df-card 8370  df-pnf 9674  df-mnf 9675  df-xr 9676  df-ltxr 9677  df-le 9678  df-sub 9859  df-neg 9860  df-div 10267  df-nn 10607  df-2 10665  df-3 10666  df-n0 10867  df-z 10935  df-uz 11157  df-rp 11300  df-fz 11782  df-fzo 11913  df-seq 12211  df-exp 12270  df-hash 12513  df-cj 13155  df-re 13156  df-im 13157  df-sqrt 13291  df-abs 13292  df-clim 13545  df-prod 13953
This theorem is referenced by:  fprodxp  14029  fprodcom2  14031
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