Metamath Proof Explorer


Theorem axlowdimlem17

Description: Lemma for axlowdim . Establish a congruence result. (Contributed by Scott Fenton, 22-Apr-2013) (Proof shortened by Mario Carneiro, 22-May-2014)

Ref Expression
Hypotheses axlowdimlem16.1 ⊢ P = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0
axlowdimlem16.2 ⊢ Q = I + 1 1 ∪ 1 … N ∖ I + 1 × 0
axlowdimlem17.3 ⊢ A = 1 X 2 Y ∪ 3 … N × 0
axlowdimlem17.4 ⊢ X ∈ ℝ
axlowdimlem17.5 ⊢ Y ∈ ℝ
Assertion axlowdimlem17 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → P A Cgr Q A

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 axlowdimlem16.1 ⊢ P = 3 − 1 ∪ 1 … N ∖ 3 × 0
2 axlowdimlem16.2 ⊢ Q = I + 1 1 ∪ 1 … N ∖ I + 1 × 0
3 axlowdimlem17.3 ⊢ A = 1 X 2 Y ∪ 3 … N × 0
4 axlowdimlem17.4 ⊢ X ∈ ℝ
5 axlowdimlem17.5 ⊢ Y ∈ ℝ
6 uzuzle23 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → N ∈ ℤ ≥ 2
7 6 ad2antrr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → N ∈ ℤ ≥ 2
8 fzss2 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 2 → 1 … 2 ⊆ 1 … N
9 7 8 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → 1 … 2 ⊆ 1 … N
10 simpr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → i ∈ 1 … 2
11 9 10 sseldd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → i ∈ 1 … N
12 fznuz ⊢ i ∈ 1 … 2 → ¬ i ∈ ℤ ≥ 2 + 1
13 12 adantl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → ¬ i ∈ ℤ ≥ 2 + 1
14 3z ⊢ 3 ∈ ℤ
15 uzid ⊢ 3 ∈ ℤ → 3 ∈ ℤ ≥ 3
16 14 15 ax-mp ⊢ 3 ∈ ℤ ≥ 3
17 df-3 ⊢ 3 = 2 + 1
18 17 fveq2i ⊢ ℤ ≥ 3 = ℤ ≥ 2 + 1
19 16 18 eleqtri ⊢ 3 ∈ ℤ ≥ 2 + 1
20 eleq1 ⊢ i = 3 → i ∈ ℤ ≥ 2 + 1 ↔ 3 ∈ ℤ ≥ 2 + 1
21 19 20 mpbiri ⊢ i = 3 → i ∈ ℤ ≥ 2 + 1
22 21 necon3bi ⊢ ¬ i ∈ ℤ ≥ 2 + 1 → i ≠ 3
23 13 22 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → i ≠ 3
24 1 axlowdimlem9 ⊢ i ∈ 1 … N ∧ i ≠ 3 → P ⁡ i = 0
25 11 23 24 syl2anc ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → P ⁡ i = 0
26 elfzuz ⊢ I ∈ 2 … N − 1 → I ∈ ℤ ≥ 2
27 26 ad2antlr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → I ∈ ℤ ≥ 2
28 eluzp1p1 ⊢ I ∈ ℤ ≥ 2 → I + 1 ∈ ℤ ≥ 2 + 1
29 27 28 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → I + 1 ∈ ℤ ≥ 2 + 1
30 uzss ⊢ I + 1 ∈ ℤ ≥ 2 + 1 → ℤ ≥ I + 1 ⊆ ℤ ≥ 2 + 1
31 29 30 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → ℤ ≥ I + 1 ⊆ ℤ ≥ 2 + 1
32 31 13 ssneldd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → ¬ i ∈ ℤ ≥ I + 1
33 eluzelz ⊢ I + 1 ∈ ℤ ≥ 2 + 1 → I + 1 ∈ ℤ
34 29 33 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → I + 1 ∈ ℤ
35 uzid ⊢ I + 1 ∈ ℤ → I + 1 ∈ ℤ ≥ I + 1
36 34 35 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → I + 1 ∈ ℤ ≥ I + 1
37 eleq1 ⊢ i = I + 1 → i ∈ ℤ ≥ I + 1 ↔ I + 1 ∈ ℤ ≥ I + 1
38 36 37 syl5ibrcom ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → i = I + 1 → i ∈ ℤ ≥ I + 1
39 38 necon3bd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → ¬ i ∈ ℤ ≥ I + 1 → i ≠ I + 1
40 32 39 mpd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → i ≠ I + 1
41 2 axlowdimlem12 ⊢ i ∈ 1 … N ∧ i ≠ I + 1 → Q ⁡ i = 0
42 11 40 41 syl2anc ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → Q ⁡ i = 0
43 25 42 eqtr4d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → P ⁡ i = Q ⁡ i
44 43 oveq1d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → P ⁡ i − A ⁡ i = Q ⁡ i − A ⁡ i
45 44 oveq1d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … 2 → P ⁡ i − A ⁡ i 2 = Q ⁡ i − A ⁡ i 2
46 45 sumeq2dv ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → ∑ i = 1 2 P ⁡ i − A ⁡ i 2 = ∑ i = 1 2 Q ⁡ i − A ⁡ i 2
47 1 2 axlowdimlem16 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → ∑ i = 3 N P ⁡ i 2 = ∑ i = 3 N Q ⁡ i 2
48 3 fveq1i ⊢ A ⁡ i = 1 X 2 Y ∪ 3 … N × 0 ⁡ i
49 axlowdimlem2 ⊢ 1 … 2 ∩ 3 … N = ∅
50 4 5 axlowdimlem4 ⊢ 1 X 2 Y : 1 … 2 ⟶ ℝ
51 ffn ⊢ 1 X 2 Y : 1 … 2 ⟶ ℝ → 1 X 2 Y Fn 1 … 2
52 50 51 ax-mp ⊢ 1 X 2 Y Fn 1 … 2
53 axlowdimlem1 ⊢ 3 … N × 0 : 3 … N ⟶ ℝ
54 ffn ⊢ 3 … N × 0 : 3 … N ⟶ ℝ → 3 … N × 0 Fn 3 … N
55 53 54 ax-mp ⊢ 3 … N × 0 Fn 3 … N
56 fvun2 ⊢ 1 X 2 Y Fn 1 … 2 ∧ 3 … N × 0 Fn 3 … N ∧ 1 … 2 ∩ 3 … N = ∅ ∧ i ∈ 3 … N → 1 X 2 Y ∪ 3 … N × 0 ⁡ i = 3 … N × 0 ⁡ i
57 52 55 56 mp3an12 ⊢ 1 … 2 ∩ 3 … N = ∅ ∧ i ∈ 3 … N → 1 X 2 Y ∪ 3 … N × 0 ⁡ i = 3 … N × 0 ⁡ i
58 49 57 mpan ⊢ i ∈ 3 … N → 1 X 2 Y ∪ 3 … N × 0 ⁡ i = 3 … N × 0 ⁡ i
59 48 58 eqtrid ⊢ i ∈ 3 … N → A ⁡ i = 3 … N × 0 ⁡ i
60 c0ex ⊢ 0 ∈ V
61 60 fvconst2 ⊢ i ∈ 3 … N → 3 … N × 0 ⁡ i = 0
62 59 61 eqtrd ⊢ i ∈ 3 … N → A ⁡ i = 0
63 62 adantl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → A ⁡ i = 0
64 63 oveq2d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → P ⁡ i − A ⁡ i = P ⁡ i − 0
65 1 axlowdimlem7 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → P ∈ 𝔼 ⁡ N
66 65 ad2antrr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → P ∈ 𝔼 ⁡ N
67 3nn ⊢ 3 ∈ ℕ
68 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
69 67 68 eleqtri ⊢ 3 ∈ ℤ ≥ 1
70 fzss1 ⊢ 3 ∈ ℤ ≥ 1 → 3 … N ⊆ 1 … N
71 69 70 ax-mp ⊢ 3 … N ⊆ 1 … N
72 71 sseli ⊢ i ∈ 3 … N → i ∈ 1 … N
73 72 adantl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → i ∈ 1 … N
74 fveecn ⊢ P ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ i ∈ 1 … N → P ⁡ i ∈ ℂ
75 66 73 74 syl2anc ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → P ⁡ i ∈ ℂ
76 75 subid1d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → P ⁡ i − 0 = P ⁡ i
77 64 76 eqtrd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → P ⁡ i − A ⁡ i = P ⁡ i
78 77 oveq1d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → P ⁡ i − A ⁡ i 2 = P ⁡ i 2
79 78 sumeq2dv ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → ∑ i = 3 N P ⁡ i − A ⁡ i 2 = ∑ i = 3 N P ⁡ i 2
80 63 oveq2d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → Q ⁡ i − A ⁡ i = Q ⁡ i − 0
81 eluz3nn ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → N ∈ ℕ
82 2eluzge1 ⊢ 2 ∈ ℤ ≥ 1
83 fzss1 ⊢ 2 ∈ ℤ ≥ 1 → 2 … N − 1 ⊆ 1 … N − 1
84 82 83 ax-mp ⊢ 2 … N − 1 ⊆ 1 … N − 1
85 84 sseli ⊢ I ∈ 2 … N − 1 → I ∈ 1 … N − 1
86 2 axlowdimlem10 ⊢ N ∈ ℕ ∧ I ∈ 1 … N − 1 → Q ∈ 𝔼 ⁡ N
87 81 85 86 syl2an ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → Q ∈ 𝔼 ⁡ N
88 fveecn ⊢ Q ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ i ∈ 1 … N → Q ⁡ i ∈ ℂ
89 87 72 88 syl2an ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → Q ⁡ i ∈ ℂ
90 89 subid1d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → Q ⁡ i − 0 = Q ⁡ i
91 80 90 eqtrd ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → Q ⁡ i − A ⁡ i = Q ⁡ i
92 91 oveq1d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 3 … N → Q ⁡ i − A ⁡ i 2 = Q ⁡ i 2
93 92 sumeq2dv ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → ∑ i = 3 N Q ⁡ i − A ⁡ i 2 = ∑ i = 3 N Q ⁡ i 2
94 47 79 93 3eqtr4d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → ∑ i = 3 N P ⁡ i − A ⁡ i 2 = ∑ i = 3 N Q ⁡ i − A ⁡ i 2
95 46 94 oveq12d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → ∑ i = 1 2 P ⁡ i − A ⁡ i 2 + ∑ i = 3 N P ⁡ i − A ⁡ i 2 = ∑ i = 1 2 Q ⁡ i − A ⁡ i 2 + ∑ i = 3 N Q ⁡ i − A ⁡ i 2
96 49 a1i ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → 1 … 2 ∩ 3 … N = ∅
97 eluzelre ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → N ∈ ℝ
98 eluzle ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → 3 ≤ N
99 2re ⊢ 2 ∈ ℝ
100 3re ⊢ 3 ∈ ℝ
101 2lt3 ⊢ 2 < 3
102 99 100 101 ltleii ⊢ 2 ≤ 3
103 letr ⊢ 2 ∈ ℝ ∧ 3 ∈ ℝ ∧ N ∈ ℝ → 2 ≤ 3 ∧ 3 ≤ N → 2 ≤ N
104 99 100 103 mp3an12 ⊢ N ∈ ℝ → 2 ≤ 3 ∧ 3 ≤ N → 2 ≤ N
105 102 104 mpani ⊢ N ∈ ℝ → 3 ≤ N → 2 ≤ N
106 97 98 105 sylc ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → 2 ≤ N
107 1le2 ⊢ 1 ≤ 2
108 106 107 jctil ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → 1 ≤ 2 ∧ 2 ≤ N
109 108 adantr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → 1 ≤ 2 ∧ 2 ≤ N
110 eluzelz ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → N ∈ ℤ
111 110 adantr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → N ∈ ℤ
112 2z ⊢ 2 ∈ ℤ
113 1z ⊢ 1 ∈ ℤ
114 elfz ⊢ 2 ∈ ℤ ∧ 1 ∈ ℤ ∧ N ∈ ℤ → 2 ∈ 1 … N ↔ 1 ≤ 2 ∧ 2 ≤ N
115 112 113 114 mp3an12 ⊢ N ∈ ℤ → 2 ∈ 1 … N ↔ 1 ≤ 2 ∧ 2 ≤ N
116 111 115 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → 2 ∈ 1 … N ↔ 1 ≤ 2 ∧ 2 ≤ N
117 109 116 mpbird ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → 2 ∈ 1 … N
118 fzsplit ⊢ 2 ∈ 1 … N → 1 … N = 1 … 2 ∪ 2 + 1 … N
119 117 118 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → 1 … N = 1 … 2 ∪ 2 + 1 … N
120 17 oveq1i ⊢ 3 … N = 2 + 1 … N
121 120 uneq2i ⊢ 1 … 2 ∪ 3 … N = 1 … 2 ∪ 2 + 1 … N
122 119 121 eqtr4di ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → 1 … N = 1 … 2 ∪ 3 … N
123 fzfid ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → 1 … N ∈ Fin
124 65 ad2antrr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … N → P ∈ 𝔼 ⁡ N
125 124 74 sylancom ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … N → P ⁡ i ∈ ℂ
126 4 5 axlowdimlem5 ⊢ N ∈ ℤ ≥ 2 → 1 X 2 Y ∪ 3 … N × 0 ∈ 𝔼 ⁡ N
127 3 126 eqeltrid ⊢ N ∈ ℤ ≥ 2 → A ∈ 𝔼 ⁡ N
128 6 127 syl ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 → A ∈ 𝔼 ⁡ N
129 128 ad2antrr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … N → A ∈ 𝔼 ⁡ N
130 fveecn ⊢ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ i ∈ 1 … N → A ⁡ i ∈ ℂ
131 129 130 sylancom ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … N → A ⁡ i ∈ ℂ
132 125 131 subcld ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … N → P ⁡ i − A ⁡ i ∈ ℂ
133 132 sqcld ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … N → P ⁡ i − A ⁡ i 2 ∈ ℂ
134 96 122 123 133 fsumsplit ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → ∑ i = 1 N P ⁡ i − A ⁡ i 2 = ∑ i = 1 2 P ⁡ i − A ⁡ i 2 + ∑ i = 3 N P ⁡ i − A ⁡ i 2
135 87 88 sylan ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … N → Q ⁡ i ∈ ℂ
136 135 131 subcld ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … N → Q ⁡ i − A ⁡ i ∈ ℂ
137 136 sqcld ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 ∧ i ∈ 1 … N → Q ⁡ i − A ⁡ i 2 ∈ ℂ
138 96 122 123 137 fsumsplit ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → ∑ i = 1 N Q ⁡ i − A ⁡ i 2 = ∑ i = 1 2 Q ⁡ i − A ⁡ i 2 + ∑ i = 3 N Q ⁡ i − A ⁡ i 2
139 95 134 138 3eqtr4d ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → ∑ i = 1 N P ⁡ i − A ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N Q ⁡ i − A ⁡ i 2
140 65 adantr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → P ∈ 𝔼 ⁡ N
141 128 adantr ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → A ∈ 𝔼 ⁡ N
142 brcgr ⊢ P ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ Q ∈ 𝔼 ⁡ N ∧ A ∈ 𝔼 ⁡ N → P A Cgr Q A ↔ ∑ i = 1 N P ⁡ i − A ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N Q ⁡ i − A ⁡ i 2
143 140 141 87 141 142 syl22anc ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → P A Cgr Q A ↔ ∑ i = 1 N P ⁡ i − A ⁡ i 2 = ∑ i = 1 N Q ⁡ i − A ⁡ i 2
144 139 143 mpbird ⊢ N ∈ ℤ ≥ 3 ∧ I ∈ 2 … N − 1 → P A Cgr Q A