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

Theorem musumsum 22537
Description: Evaluate a collapsing sum over the Möbius function. (Contributed by Mario Carneiro, 4-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
musumsum.1  |-  ( m  =  1  ->  B  =  C )
musumsum.2  |-  ( ph  ->  A  e.  Fin )
musumsum.3  |-  ( ph  ->  A  C_  NN )
musumsum.4  |-  ( ph  ->  1  e.  A )
musumsum.5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  B  e.  CC )
Assertion
Ref Expression
musumsum  |-  ( ph  -> 
sum_ m  e.  A  sum_ k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  ( (
mmu `  k )  x.  B )  =  C )
Distinct variable groups:    k, m, A    k, n, m    ph, k, m    B, k    C, m
Allowed substitution hints:    ph( n)    A( n)    B( m, n)    C( k, n)

Proof of Theorem musumsum
StepHypRef Expression
1 musumsum.3 . . . . . . 7  |-  ( ph  ->  A  C_  NN )
21sselda 3361 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  m  e.  NN )
3 musum 22536 . . . . . 6  |-  ( m  e.  NN  ->  sum_ k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m } 
( mmu `  k
)  =  if ( m  =  1 ,  1 ,  0 ) )
42, 3syl 16 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  sum_ k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m } 
( mmu `  k
)  =  if ( m  =  1 ,  1 ,  0 ) )
54oveq1d 6111 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  ( sum_ k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  ( mmu `  k )  x.  B
)  =  ( if ( m  =  1 ,  1 ,  0 )  x.  B ) )
6 fzfid 11800 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  (
1 ... m )  e. 
Fin )
7 sgmss 22449 . . . . . . 7  |-  ( m  e.  NN  ->  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  C_  ( 1 ... m ) )
82, 7syl 16 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  C_  ( 1 ... m ) )
9 ssfi 7538 . . . . . 6  |-  ( ( ( 1 ... m
)  e.  Fin  /\  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  C_  ( 1 ... m
) )  ->  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  e.  Fin )
106, 8, 9syl2anc 661 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  e.  Fin )
11 musumsum.5 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  B  e.  CC )
12 elrabi 3119 . . . . . . . 8  |-  ( k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  ->  k  e.  NN )
13 mucl 22484 . . . . . . . 8  |-  ( k  e.  NN  ->  (
mmu `  k )  e.  ZZ )
1412, 13syl 16 . . . . . . 7  |-  ( k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  ->  ( mmu `  k )  e.  ZZ )
1514zcnd 10753 . . . . . 6  |-  ( k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  ->  ( mmu `  k )  e.  CC )
1615adantl 466 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  m  e.  A )  /\  k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m }
)  ->  ( mmu `  k )  e.  CC )
1710, 11, 16fsummulc1 13257 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  ( sum_ k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  ( mmu `  k )  x.  B
)  =  sum_ k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m } 
( ( mmu `  k )  x.  B
) )
18 oveq1 6103 . . . . . 6  |-  ( if ( m  =  1 ,  1 ,  0 )  =  1  -> 
( if ( m  =  1 ,  1 ,  0 )  x.  B )  =  ( 1  x.  B ) )
19 oveq1 6103 . . . . . 6  |-  ( if ( m  =  1 ,  1 ,  0 )  =  0  -> 
( if ( m  =  1 ,  1 ,  0 )  x.  B )  =  ( 0  x.  B ) )
2018, 19ifsb 3807 . . . . 5  |-  ( if ( m  =  1 ,  1 ,  0 )  x.  B )  =  if ( m  =  1 ,  ( 1  x.  B ) ,  ( 0  x.  B ) )
21 elsn 3896 . . . . . . . . 9  |-  ( m  e.  { 1 }  <-> 
m  =  1 )
2221bicomi 202 . . . . . . . 8  |-  ( m  =  1  <->  m  e.  { 1 } )
2322a1i 11 . . . . . . 7  |-  ( B  e.  CC  ->  (
m  =  1  <->  m  e.  { 1 } ) )
24 mulid2 9389 . . . . . . 7  |-  ( B  e.  CC  ->  (
1  x.  B )  =  B )
25 mul02 9552 . . . . . . 7  |-  ( B  e.  CC  ->  (
0  x.  B )  =  0 )
2623, 24, 25ifbieq12d 3821 . . . . . 6  |-  ( B  e.  CC  ->  if ( m  =  1 ,  ( 1  x.  B ) ,  ( 0  x.  B ) )  =  if ( m  e.  { 1 } ,  B , 
0 ) )
2711, 26syl 16 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  if ( m  =  1 ,  ( 1  x.  B ) ,  ( 0  x.  B ) )  =  if ( m  e.  { 1 } ,  B , 
0 ) )
2820, 27syl5eq 2487 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  ( if ( m  =  1 ,  1 ,  0 )  x.  B )  =  if ( m  e.  { 1 } ,  B ,  0 ) )
295, 17, 283eqtr3d 2483 . . 3  |-  ( (
ph  /\  m  e.  A )  ->  sum_ k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m } 
( ( mmu `  k )  x.  B
)  =  if ( m  e.  { 1 } ,  B , 
0 ) )
3029sumeq2dv 13185 . 2  |-  ( ph  -> 
sum_ m  e.  A  sum_ k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  ( (
mmu `  k )  x.  B )  =  sum_ m  e.  A  if ( m  e.  { 1 } ,  B , 
0 ) )
31 musumsum.4 . . . 4  |-  ( ph  ->  1  e.  A )
3231snssd 4023 . . 3  |-  ( ph  ->  { 1 }  C_  A )
3332sselda 3361 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { 1 } )  ->  m  e.  A )
3433, 11syldan 470 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  m  e.  { 1 } )  ->  B  e.  CC )
3534ralrimiva 2804 . . 3  |-  ( ph  ->  A. m  e.  {
1 } B  e.  CC )
36 musumsum.2 . . . 4  |-  ( ph  ->  A  e.  Fin )
3736olcd 393 . . 3  |-  ( ph  ->  ( A  C_  ( ZZ>=
`  1 )  \/  A  e.  Fin )
)
38 sumss2 13208 . . 3  |-  ( ( ( { 1 } 
C_  A  /\  A. m  e.  { 1 } B  e.  CC )  /\  ( A  C_  ( ZZ>= `  1 )  \/  A  e.  Fin ) )  ->  sum_ m  e.  { 1 } B  =  sum_ m  e.  A  if ( m  e.  {
1 } ,  B ,  0 ) )
3932, 35, 37, 38syl21anc 1217 . 2  |-  ( ph  -> 
sum_ m  e.  { 1 } B  =  sum_ m  e.  A  if ( m  e.  { 1 } ,  B , 
0 ) )
4011ralrimiva 2804 . . . 4  |-  ( ph  ->  A. m  e.  A  B  e.  CC )
41 musumsum.1 . . . . . 6  |-  ( m  =  1  ->  B  =  C )
4241eleq1d 2509 . . . . 5  |-  ( m  =  1  ->  ( B  e.  CC  <->  C  e.  CC ) )
4342rspcv 3074 . . . 4  |-  ( 1  e.  A  ->  ( A. m  e.  A  B  e.  CC  ->  C  e.  CC ) )
4431, 40, 43sylc 60 . . 3  |-  ( ph  ->  C  e.  CC )
4541sumsn 13222 . . 3  |-  ( ( 1  e.  A  /\  C  e.  CC )  -> 
sum_ m  e.  { 1 } B  =  C )
4631, 44, 45syl2anc 661 . 2  |-  ( ph  -> 
sum_ m  e.  { 1 } B  =  C )
4730, 39, 463eqtr2d 2481 1  |-  ( ph  -> 
sum_ m  e.  A  sum_ k  e.  { n  e.  NN  |  n  ||  m }  ( (
mmu `  k )  x.  B )  =  C )
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:    -> wi 4    <-> wb 184    \/ wo 368    /\ wa 369    = wceq 1369    e. wcel 1756   A.wral 2720   {crab 2724    C_ wss 3333   ifcif 3796   {csn 3882   class class class wbr 4297   ` cfv 5423  (class class class)co 6096   Fincfn 7315   CCcc 9285   0cc0 9287   1c1 9288    x. cmul 9292   NNcn 10327   ZZcz 10651   ZZ>=cuz 10866   ...cfz 11442   sum_csu 13168    || cdivides 13540   mmucmu 22437
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1591  ax-4 1602  ax-5 1670  ax-6 1708  ax-7 1728  ax-8 1758  ax-9 1760  ax-10 1775  ax-11 1780  ax-12 1792  ax-13 1943  ax-ext 2423  ax-rep 4408  ax-sep 4418  ax-nul 4426  ax-pow 4475  ax-pr 4536  ax-un 6377  ax-inf2 7852  ax-cnex 9343  ax-resscn 9344  ax-1cn 9345  ax-icn 9346  ax-addcl 9347  ax-addrcl 9348  ax-mulcl 9349  ax-mulrcl 9350  ax-mulcom 9351  ax-addass 9352  ax-mulass 9353  ax-distr 9354  ax-i2m1 9355  ax-1ne0 9356  ax-1rid 9357  ax-rnegex 9358  ax-rrecex 9359  ax-cnre 9360  ax-pre-lttri 9361  ax-pre-lttrn 9362  ax-pre-ltadd 9363  ax-pre-mulgt0 9364  ax-pre-sup 9365
This theorem depends on definitions:  df-bi 185  df-or 370  df-an 371  df-3or 966  df-3an 967  df-tru 1372  df-fal 1375  df-ex 1587  df-nf 1590  df-sb 1701  df-eu 2257  df-mo 2258  df-clab 2430  df-cleq 2436  df-clel 2439  df-nfc 2573  df-ne 2613  df-nel 2614  df-ral 2725  df-rex 2726  df-reu 2727  df-rmo 2728  df-rab 2729  df-v 2979  df-sbc 3192  df-csb 3294  df-dif 3336  df-un 3338  df-in 3340  df-ss 3347  df-pss 3349  df-nul 3643  df-if 3797  df-pw 3867  df-sn 3883  df-pr 3885  df-tp 3887  df-op 3889  df-uni 4097  df-int 4134  df-iun 4178  df-disj 4268  df-br 4298  df-opab 4356  df-mpt 4357  df-tr 4391  df-eprel 4637  df-id 4641  df-po 4646  df-so 4647  df-fr 4684  df-se 4685  df-we 4686  df-ord 4727  df-on 4728  df-lim 4729  df-suc 4730  df-xp 4851  df-rel 4852  df-cnv 4853  df-co 4854  df-dm 4855  df-rn 4856  df-res 4857  df-ima 4858  df-iota 5386  df-fun 5425  df-fn 5426  df-f 5427  df-f1 5428  df-fo 5429  df-f1o 5430  df-fv 5431  df-isom 5432  df-riota 6057  df-ov 6099  df-oprab 6100  df-mpt2 6101  df-om 6482  df-1st 6582  df-2nd 6583  df-recs 6837  df-rdg 6871  df-1o 6925  df-2o 6926  df-oadd 6929  df-er 7106  df-map 7221  df-en 7316  df-dom 7317  df-sdom 7318  df-fin 7319  df-sup 7696  df-oi 7729  df-card 8114  df-cda 8342  df-pnf 9425  df-mnf 9426  df-xr 9427  df-ltxr 9428  df-le 9429  df-sub 9602  df-neg 9603  df-div 9999  df-nn 10328  df-2 10385  df-3 10386  df-n0 10585  df-z 10652  df-uz 10867  df-q 10959  df-rp 10997  df-fz 11443  df-fzo 11554  df-fl 11647  df-mod 11714  df-seq 11812  df-exp 11871  df-fac 12057  df-bc 12084  df-hash 12109  df-cj 12593  df-re 12594  df-im 12595  df-sqr 12729  df-abs 12730  df-clim 12971  df-sum 13169  df-dvds 13541  df-gcd 13696  df-prm 13769  df-pc 13909  df-mu 22443
This theorem is referenced by:  dchrmusum2  22748  dchrvmasum2lem  22750  mudivsum  22784  mulogsum  22786  mulog2sumlem2  22789
  Copyright terms: Public domain W3C validator