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

Theorem gsumfsum 19632
 Description: Relate a group sum on ℂfld to a finite sum on the complex numbers. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Dec-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
gsumfsum.1 (𝜑𝐴 ∈ Fin)
gsumfsum.2 ((𝜑𝑘𝐴) → 𝐵 ∈ ℂ)
Assertion
Ref Expression
gsumfsum (𝜑 → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = Σ𝑘𝐴 𝐵)
Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝜑,𝑘
Allowed substitution hint:   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem gsumfsum
Dummy variables 𝑓 𝑛 𝑥 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 mpteq1 4665 . . . . . . 7 (𝐴 = ∅ → (𝑘𝐴𝐵) = (𝑘 ∈ ∅ ↦ 𝐵))
2 mpt0 5934 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ ∅ ↦ 𝐵) = ∅
31, 2syl6eq 2660 . . . . . 6 (𝐴 = ∅ → (𝑘𝐴𝐵) = ∅)
43oveq2d 6565 . . . . 5 (𝐴 = ∅ → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = (ℂfld Σg ∅))
5 cnfld0 19589 . . . . . . 7 0 = (0g‘ℂfld)
65gsum0 17101 . . . . . 6 (ℂfld Σg ∅) = 0
7 sum0 14299 . . . . . 6 Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐵 = 0
86, 7eqtr4i 2635 . . . . 5 (ℂfld Σg ∅) = Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐵
94, 8syl6eq 2660 . . . 4 (𝐴 = ∅ → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐵)
10 sumeq1 14267 . . . 4 (𝐴 = ∅ → Σ𝑘𝐴 𝐵 = Σ𝑘 ∈ ∅ 𝐵)
119, 10eqtr4d 2647 . . 3 (𝐴 = ∅ → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = Σ𝑘𝐴 𝐵)
1211a1i 11 . 2 (𝜑 → (𝐴 = ∅ → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = Σ𝑘𝐴 𝐵))
13 cnfldbas 19571 . . . . . . 7 ℂ = (Base‘ℂfld)
14 cnfldadd 19572 . . . . . . 7 + = (+g‘ℂfld)
15 eqid 2610 . . . . . . 7 (Cntz‘ℂfld) = (Cntz‘ℂfld)
16 cnring 19587 . . . . . . . 8 fld ∈ Ring
17 ringmnd 18379 . . . . . . . 8 (ℂfld ∈ Ring → ℂfld ∈ Mnd)
1816, 17mp1i 13 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → ℂfld ∈ Mnd)
19 gsumfsum.1 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴 ∈ Fin)
2019adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → 𝐴 ∈ Fin)
21 gsumfsum.2 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑘𝐴) → 𝐵 ∈ ℂ)
22 eqid 2610 . . . . . . . . 9 (𝑘𝐴𝐵) = (𝑘𝐴𝐵)
2321, 22fmptd 6292 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑘𝐴𝐵):𝐴⟶ℂ)
2423adantr 480 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → (𝑘𝐴𝐵):𝐴⟶ℂ)
25 ringcmn 18404 . . . . . . . . 9 (ℂfld ∈ Ring → ℂfld ∈ CMnd)
2616, 25mp1i 13 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → ℂfld ∈ CMnd)
2713, 15, 26, 24cntzcmnf 18071 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → ran (𝑘𝐴𝐵) ⊆ ((Cntz‘ℂfld)‘ran (𝑘𝐴𝐵)))
28 simprl 790 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → (#‘𝐴) ∈ ℕ)
29 simprr 792 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)
30 f1of1 6049 . . . . . . . 8 (𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1𝐴)
3129, 30syl 17 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1𝐴)
32 suppssdm 7195 . . . . . . . . 9 ((𝑘𝐴𝐵) supp 0) ⊆ dom (𝑘𝐴𝐵)
33 fdm 5964 . . . . . . . . . 10 ((𝑘𝐴𝐵):𝐴⟶ℂ → dom (𝑘𝐴𝐵) = 𝐴)
3424, 33syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → dom (𝑘𝐴𝐵) = 𝐴)
3532, 34syl5sseq 3616 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → ((𝑘𝐴𝐵) supp 0) ⊆ 𝐴)
36 f1ofo 6057 . . . . . . . . 9 (𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴𝑓:(1...(#‘𝐴))–onto𝐴)
37 forn 6031 . . . . . . . . 9 (𝑓:(1...(#‘𝐴))–onto𝐴 → ran 𝑓 = 𝐴)
3829, 36, 373syl 18 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → ran 𝑓 = 𝐴)
3935, 38sseqtr4d 3605 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → ((𝑘𝐴𝐵) supp 0) ⊆ ran 𝑓)
40 eqid 2610 . . . . . . 7 (((𝑘𝐴𝐵) ∘ 𝑓) supp 0) = (((𝑘𝐴𝐵) ∘ 𝑓) supp 0)
4113, 5, 14, 15, 18, 20, 24, 27, 28, 31, 39, 40gsumval3 18131 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = (seq1( + , ((𝑘𝐴𝐵) ∘ 𝑓))‘(#‘𝐴)))
42 sumfc 14287 . . . . . . 7 Σ𝑥𝐴 ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑥) = Σ𝑘𝐴 𝐵
43 fveq2 6103 . . . . . . . 8 (𝑥 = (𝑓𝑛) → ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑥) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝑓𝑛)))
4424ffvelrnda 6267 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) ∧ 𝑥𝐴) → ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑥) ∈ ℂ)
45 f1of 6050 . . . . . . . . . 10 (𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴𝑓:(1...(#‘𝐴))⟶𝐴)
4629, 45syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → 𝑓:(1...(#‘𝐴))⟶𝐴)
47 fvco3 6185 . . . . . . . . 9 ((𝑓:(1...(#‘𝐴))⟶𝐴𝑛 ∈ (1...(#‘𝐴))) → (((𝑘𝐴𝐵) ∘ 𝑓)‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝑓𝑛)))
4846, 47sylan 487 . . . . . . . 8 (((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) ∧ 𝑛 ∈ (1...(#‘𝐴))) → (((𝑘𝐴𝐵) ∘ 𝑓)‘𝑛) = ((𝑘𝐴𝐵)‘(𝑓𝑛)))
4943, 28, 29, 44, 48fsum 14298 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → Σ𝑥𝐴 ((𝑘𝐴𝐵)‘𝑥) = (seq1( + , ((𝑘𝐴𝐵) ∘ 𝑓))‘(#‘𝐴)))
5042, 49syl5eqr 2658 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → Σ𝑘𝐴 𝐵 = (seq1( + , ((𝑘𝐴𝐵) ∘ 𝑓))‘(#‘𝐴)))
5141, 50eqtr4d 2647 . . . . 5 ((𝜑 ∧ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)) → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = Σ𝑘𝐴 𝐵)
5251expr 641 . . . 4 ((𝜑 ∧ (#‘𝐴) ∈ ℕ) → (𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴 → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = Σ𝑘𝐴 𝐵))
5352exlimdv 1848 . . 3 ((𝜑 ∧ (#‘𝐴) ∈ ℕ) → (∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴 → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = Σ𝑘𝐴 𝐵))
5453expimpd 627 . 2 (𝜑 → (((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ ∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴) → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = Σ𝑘𝐴 𝐵))
55 fz1f1o 14288 . . 3 (𝐴 ∈ Fin → (𝐴 = ∅ ∨ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ ∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)))
5619, 55syl 17 . 2 (𝜑 → (𝐴 = ∅ ∨ ((#‘𝐴) ∈ ℕ ∧ ∃𝑓 𝑓:(1...(#‘𝐴))–1-1-onto𝐴)))
5712, 54, 56mpjaod 395 1 (𝜑 → (ℂfld Σg (𝑘𝐴𝐵)) = Σ𝑘𝐴 𝐵)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ∨ wo 382   ∧ wa 383   = wceq 1475  ∃wex 1695   ∈ wcel 1977  ∅c0 3874   ↦ cmpt 4643  dom cdm 5038  ran crn 5039   ∘ ccom 5042  ⟶wf 5800  –1-1→wf1 5801  –onto→wfo 5802  –1-1-onto→wf1o 5803  ‘cfv 5804  (class class class)co 6549   supp csupp 7182  Fincfn 7841  ℂcc 9813  0cc0 9815  1c1 9816   + caddc 9818  ℕcn 10897  ...cfz 12197  seqcseq 12663  #chash 12979  Σcsu 14264   Σg cgsu 15924  Mndcmnd 17117  Cntzccntz 17571  CMndccmn 18016  Ringcrg 18370  ℂfldccnfld 19567 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1713  ax-4 1728  ax-5 1827  ax-6 1875  ax-7 1922  ax-8 1979  ax-9 1986  ax-10 2006  ax-11 2021  ax-12 2034  ax-13 2234  ax-ext 2590  ax-rep 4699  ax-sep 4709  ax-nul 4717  ax-pow 4769  ax-pr 4833  ax-un 6847  ax-inf2 8421  ax-cnex 9871  ax-resscn 9872  ax-1cn 9873  ax-icn 9874  ax-addcl 9875  ax-addrcl 9876  ax-mulcl 9877  ax-mulrcl 9878  ax-mulcom 9879  ax-addass 9880  ax-mulass 9881  ax-distr 9882  ax-i2m1 9883  ax-1ne0 9884  ax-1rid 9885  ax-rnegex 9886  ax-rrecex 9887  ax-cnre 9888  ax-pre-lttri 9889  ax-pre-lttrn 9890  ax-pre-ltadd 9891  ax-pre-mulgt0 9892  ax-pre-sup 9893  ax-addf 9894  ax-mulf 9895 This theorem depends on definitions:  df-bi 196  df-or 384  df-an 385  df-3or 1032  df-3an 1033  df-tru 1478  df-fal 1481  df-ex 1696  df-nf 1701  df-sb 1868  df-eu 2462  df-mo 2463  df-clab 2597  df-cleq 2603  df-clel 2606  df-nfc 2740  df-ne 2782  df-nel 2783  df-ral 2901  df-rex 2902  df-reu 2903  df-rmo 2904  df-rab 2905  df-v 3175  df-sbc 3403  df-csb 3500  df-dif 3543  df-un 3545  df-in 3547  df-ss 3554  df-pss 3556  df-nul 3875  df-if 4037  df-pw 4110  df-sn 4126  df-pr 4128  df-tp 4130  df-op 4132  df-uni 4373  df-int 4411  df-iun 4457  df-br 4584  df-opab 4644  df-mpt 4645  df-tr 4681  df-eprel 4949  df-id 4953  df-po 4959  df-so 4960  df-fr 4997  df-se 4998  df-we 4999  df-xp 5044  df-rel 5045  df-cnv 5046  df-co 5047  df-dm 5048  df-rn 5049  df-res 5050  df-ima 5051  df-pred 5597  df-ord 5643  df-on 5644  df-lim 5645  df-suc 5646  df-iota 5768  df-fun 5806  df-fn 5807  df-f 5808  df-f1 5809  df-fo 5810  df-f1o 5811  df-fv 5812  df-isom 5813  df-riota 6511  df-ov 6552  df-oprab 6553  df-mpt2 6554  df-om 6958  df-1st 7059  df-2nd 7060  df-supp 7183  df-wrecs 7294  df-recs 7355  df-rdg 7393  df-1o 7447  df-oadd 7451  df-er 7629  df-en 7842  df-dom 7843  df-sdom 7844  df-fin 7845  df-sup 8231  df-oi 8298  df-card 8648  df-pnf 9955  df-mnf 9956  df-xr 9957  df-ltxr 9958  df-le 9959  df-sub 10147  df-neg 10148  df-div 10564  df-nn 10898  df-2 10956  df-3 10957  df-4 10958  df-5 10959  df-6 10960  df-7 10961  df-8 10962  df-9 10963  df-n0 11170  df-z 11255  df-dec 11370  df-uz 11564  df-rp 11709  df-fz 12198  df-fzo 12335  df-seq 12664  df-exp 12723  df-hash 12980  df-cj 13687  df-re 13688  df-im 13689  df-sqrt 13823  df-abs 13824  df-clim 14067  df-sum 14265  df-struct 15697  df-ndx 15698  df-slot 15699  df-base 15700  df-sets 15701  df-plusg 15781  df-mulr 15782  df-starv 15783  df-tset 15787  df-ple 15788  df-ds 15791  df-unif 15792  df-0g 15925  df-gsum 15926  df-mgm 17065  df-sgrp 17107  df-mnd 17118  df-grp 17248  df-minusg 17249  df-cntz 17573  df-cmn 18018  df-abl 18019  df-mgp 18313  df-ur 18325  df-ring 18372  df-cring 18373  df-cnfld 19568 This theorem is referenced by:  regsumfsum  19633  regsumsupp  19787  plypf1  23772  taylpfval  23923  jensen  24515  amgmlem  24516  lgseisenlem4  24903  esumpfinval  29464  esumpfinvalf  29465  esumpcvgval  29467  esumcvg  29475  sge0tsms  39273  aacllem  42356  amgmwlem  42357  amgmlemALT  42358
 Copyright terms: Public domain W3C validator