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Theorem ax5seglem2

Description: Lemma for ax5seg . Rexpress another congruence sum given betweenness. (Contributed by Scott Fenton, 11-Jun-2013)

Ref Expression
Assertion ax5seglem2 ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i → ∑ j = 1 N B ⁡ j − C ⁡ j 2 = 1 − T 2 ⁢ ∑ j = 1 N A ⁡ j − C ⁡ j 2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 simpl2l ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ∧ j ∈ 1 … N → A ∈ 𝔼 ⁡ N
2 fveecn ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ j ∈ 1 … N → A ⁡ j ∈ ℂ
3 1 2 sylancom ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ∧ j ∈ 1 … N → A ⁡ j ∈ ℂ
4 simpl2r ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ∧ j ∈ 1 … N → C ∈ 𝔼 ⁡ N
5 fveecn ⊢ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ j ∈ 1 … N → C ⁡ j ∈ ℂ
6 4 5 sylancom ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ∧ j ∈ 1 … N → C ⁡ j ∈ ℂ
7 elicc01 ⊢ T ∈ 0 1 ↔ T ∈ ℝ ∧ 0 ≤ T ∧ T ≤ 1
8 7 simp1bi ⊢ T ∈ 0 1 → T ∈ ℝ
9 8 recnd ⊢ T ∈ 0 1 → T ∈ ℂ
10 9 adantr ⊢ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i → T ∈ ℂ
11 10 3ad2ant3 ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i → T ∈ ℂ
12 11 adantr ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ∧ j ∈ 1 … N → T ∈ ℂ
13 fveq2 ⊢ i = j → B ⁡ i = B ⁡ j
14 fveq2 ⊢ i = j → A ⁡ i = A ⁡ j
15 14 oveq2d ⊢ i = j → 1 − T ⁢ A ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ j
16 fveq2 ⊢ i = j → C ⁡ i = C ⁡ j
17 16 oveq2d ⊢ i = j → T ⁢ C ⁡ i = T ⁢ C ⁡ j
18 15 17 oveq12d ⊢ i = j → 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j
19 13 18 eqeq12d ⊢ i = j → B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ↔ B ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j
20 19 rspccva ⊢ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ∧ j ∈ 1 … N → B ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j
21 20 adantll ⊢ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ∧ j ∈ 1 … N → B ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j
22 21 3ad2antl3 ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ∧ j ∈ 1 … N → B ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j
23 oveq1 ⊢ B ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j → B ⁡ j − C ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j - C ⁡ j
24 23 oveq1d ⊢ B ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j → B ⁡ j − C ⁡ j 2 = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j - C ⁡ j 2
25 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
26 subcl ⊢ 1 ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ∈ ℂ
27 25 26 mpan ⊢ T ∈ ℂ → 1 − T ∈ ℂ
28 27 3ad2ant3 ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ∈ ℂ
29 simp1 ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → A ⁡ j ∈ ℂ
30 28 29 mulcld ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j ∈ ℂ
31 simp3 ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → T ∈ ℂ
32 simp2 ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → C ⁡ j ∈ ℂ
33 31 32 mulcld ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → T ⁢ C ⁡ j ∈ ℂ
34 30 33 32 addsubassd ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j - C ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j - C ⁡ j
35 subdi ⊢ 1 − T ∈ ℂ ∧ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j − 1 − T ⁢ C ⁡ j
36 27 35 syl3an1 ⊢ T ∈ ℂ ∧ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j − 1 − T ⁢ C ⁡ j
37 36 3coml ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j − 1 − T ⁢ C ⁡ j
38 subdir ⊢ 1 ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ → 1 − T ⁢ C ⁡ j = 1 ⁢ C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j
39 25 38 mp3an1 ⊢ T ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ → 1 − T ⁢ C ⁡ j = 1 ⁢ C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j
40 39 ancoms ⊢ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ C ⁡ j = 1 ⁢ C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j
41 40 3adant1 ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ C ⁡ j = 1 ⁢ C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j
42 mullid ⊢ C ⁡ j ∈ ℂ → 1 ⁢ C ⁡ j = C ⁡ j
43 42 oveq1d ⊢ C ⁡ j ∈ ℂ → 1 ⁢ C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j = C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j
44 43 3ad2ant2 ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 ⁢ C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j = C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j
45 41 44 eqtrd ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ C ⁡ j = C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j
46 45 oveq2d ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j − 1 − T ⁢ C ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j
47 30 32 33 subsub2d ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j − T ⁢ C ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j - C ⁡ j
48 37 46 47 3eqtrd ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j - C ⁡ j
49 34 48 eqtr4d ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j - C ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j
50 49 oveq1d ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j - C ⁡ j 2 = 1 − T ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j 2
51 subcl ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ → A ⁡ j − C ⁡ j ∈ ℂ
52 51 3adant3 ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → A ⁡ j − C ⁡ j ∈ ℂ
53 28 52 sqmuld ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j 2 = 1 − T 2 ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j 2
54 50 53 eqtrd ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ → 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j - C ⁡ j 2 = 1 − T 2 ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j 2
55 24 54 sylan9eqr ⊢ A ⁡ j ∈ ℂ ∧ C ⁡ j ∈ ℂ ∧ T ∈ ℂ ∧ B ⁡ j = 1 − T ⁢ A ⁡ j + T ⁢ C ⁡ j → B ⁡ j − C ⁡ j 2 = 1 − T 2 ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j 2
56 3 6 12 22 55 syl31anc ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ∧ j ∈ 1 … N → B ⁡ j − C ⁡ j 2 = 1 − T 2 ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j 2
57 56 sumeq2dv ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i → ∑ j = 1 N B ⁡ j − C ⁡ j 2 = ∑ j = 1 N 1 − T 2 ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j 2
58 fzfid ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i → 1 … N ∈ Fin
59 1re ⊢ 1 ∈ ℝ
60 resubcl ⊢ 1 ∈ ℝ ∧ T ∈ ℝ → 1 − T ∈ ℝ
61 59 8 60 sylancr ⊢ T ∈ 0 1 → 1 − T ∈ ℝ
62 61 resqcld ⊢ T ∈ 0 1 → 1 − T 2 ∈ ℝ
63 62 recnd ⊢ T ∈ 0 1 → 1 − T 2 ∈ ℂ
64 63 adantr ⊢ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i → 1 − T 2 ∈ ℂ
65 64 3ad2ant3 ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i → 1 − T 2 ∈ ℂ
66 2 3adant1 ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ j ∈ 1 … N → A ⁡ j ∈ ℂ
67 66 3adant2r ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ j ∈ 1 … N → A ⁡ j ∈ ℂ
68 5 3adant1 ⊢ N ∈ ℕ ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ j ∈ 1 … N → C ⁡ j ∈ ℂ
69 68 3adant2l ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ j ∈ 1 … N → C ⁡ j ∈ ℂ
70 67 69 subcld ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ j ∈ 1 … N → A ⁡ j − C ⁡ j ∈ ℂ
71 70 sqcld ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ j ∈ 1 … N → A ⁡ j − C ⁡ j 2 ∈ ℂ
72 71 3expa ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ j ∈ 1 … N → A ⁡ j − C ⁡ j 2 ∈ ℂ
73 72 3adantl3 ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i ∧ j ∈ 1 … N → A ⁡ j − C ⁡ j 2 ∈ ℂ
74 58 65 73 fsummulc2 ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i → 1 − T 2 ⁢ ∑ j = 1 N A ⁡ j − C ⁡ j 2 = ∑ j = 1 N 1 − T 2 ⁢ A ⁡ j − C ⁡ j 2
75 57 74 eqtr4d ⊢ N ∈ ℕ ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ C ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ T ∈ 0 1 ∧ ∀ i ∈ 1 … N B ⁡ i = 1 − T ⁢ A ⁡ i + T ⁢ C ⁡ i → ∑ j = 1 N B ⁡ j − C ⁡ j 2 = 1 − T 2 ⁢ ∑ j = 1 N A ⁡ j − C ⁡ j 2