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Theorem gsumdixp

Description: Distribute a binary product of sums to a sum of binary products in a ring. (Contributed by Mario Carneiro, 8-Mar-2015) (Revised by AV, 10-Jul-2019)

Ref Expression
Hypotheses gsumdixp.b ⊢ B = Base R
gsumdixp.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
gsumdixp.z ⊢ 0 ˙ = 0 R
gsumdixp.i ⊢ φ → I ∈ V
gsumdixp.j ⊢ φ → J ∈ W
gsumdixp.r ⊢ φ → R ∈ Ring
gsumdixp.x ⊢ φ ∧ x ∈ I → X ∈ B
gsumdixp.y ⊢ φ ∧ y ∈ J → Y ∈ B
gsumdixp.xf ⊢ φ → finSupp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X
gsumdixp.yf ⊢ φ → finSupp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y
Assertion gsumdixp ⊢ φ → ∑ R x ∈ I X · ˙ ∑ R y ∈ J Y = ∑ R x ∈ I , y ∈ J ⟼ X · ˙ Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 gsumdixp.b ⊢ B = Base R
2 gsumdixp.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
3 gsumdixp.z ⊢ 0 ˙ = 0 R
4 gsumdixp.i ⊢ φ → I ∈ V
5 gsumdixp.j ⊢ φ → J ∈ W
6 gsumdixp.r ⊢ φ → R ∈ Ring
7 gsumdixp.x ⊢ φ ∧ x ∈ I → X ∈ B
8 gsumdixp.y ⊢ φ ∧ y ∈ J → Y ∈ B
9 gsumdixp.xf ⊢ φ → finSupp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X
10 gsumdixp.yf ⊢ φ → finSupp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y
11 6 ringcmnd ⊢ φ → R ∈ CMnd
12 5 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ I → J ∈ W
13 6 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → R ∈ Ring
14 7 fmpttd ⊢ φ → x ∈ I ⟼ X : I ⟶ B
15 simpl ⊢ i ∈ I ∧ j ∈ J → i ∈ I
16 ffvelcdm ⊢ x ∈ I ⟼ X : I ⟶ B ∧ i ∈ I → x ∈ I ⟼ X ⁡ i ∈ B
17 14 15 16 syl2an ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → x ∈ I ⟼ X ⁡ i ∈ B
18 8 fmpttd ⊢ φ → y ∈ J ⟼ Y : J ⟶ B
19 simpr ⊢ i ∈ I ∧ j ∈ J → j ∈ J
20 ffvelcdm ⊢ y ∈ J ⟼ Y : J ⟶ B ∧ j ∈ J → y ∈ J ⟼ Y ⁡ j ∈ B
21 18 19 20 syl2an ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → y ∈ J ⟼ Y ⁡ j ∈ B
22 1 2 13 17 21 ringcld ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j ∈ B
23 9 fsuppimpd ⊢ φ → x ∈ I ⟼ X supp 0 ˙ ∈ Fin
24 10 fsuppimpd ⊢ φ → y ∈ J ⟼ Y supp 0 ˙ ∈ Fin
25 xpfi ⊢ x ∈ I ⟼ X supp 0 ˙ ∈ Fin ∧ y ∈ J ⟼ Y supp 0 ˙ ∈ Fin → supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X × supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y ∈ Fin
26 23 24 25 syl2anc ⊢ φ → supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X × supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y ∈ Fin
27 ianor ⊢ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X ∧ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y ↔ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X ∨ ¬ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y
28 brxp ⊢ i supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X × supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y j ↔ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X ∧ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y
29 27 28 xchnxbir ⊢ ¬ i supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X × supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y j ↔ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X ∨ ¬ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y
30 simprl ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → i ∈ I
31 eldif ⊢ i ∈ I ∖ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X ↔ i ∈ I ∧ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X
32 31 biimpri ⊢ i ∈ I ∧ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X → i ∈ I ∖ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X
33 30 32 sylan ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X → i ∈ I ∖ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X
34 14 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → x ∈ I ⟼ X : I ⟶ B
35 ssidd ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → x ∈ I ⟼ X supp 0 ˙ ⊆ x ∈ I ⟼ X supp 0 ˙
36 4 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → I ∈ V
37 3 fvexi ⊢ 0 ˙ ∈ V
38 37 a1i ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → 0 ˙ ∈ V
39 34 35 36 38 suppssr ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ i ∈ I ∖ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X → x ∈ I ⟼ X ⁡ i = 0 ˙
40 33 39 syldan ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X → x ∈ I ⟼ X ⁡ i = 0 ˙
41 40 oveq1d ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙ · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
42 1 2 3 ringlz ⊢ R ∈ Ring ∧ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j ∈ B → 0 ˙ · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙
43 13 21 42 syl2anc ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → 0 ˙ · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙
44 43 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X → 0 ˙ · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙
45 41 44 eqtrd ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙
46 simprr ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → j ∈ J
47 eldif ⊢ j ∈ J ∖ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y ↔ j ∈ J ∧ ¬ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y
48 47 biimpri ⊢ j ∈ J ∧ ¬ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y → j ∈ J ∖ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y
49 46 48 sylan ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y → j ∈ J ∖ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y
50 18 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → y ∈ J ⟼ Y : J ⟶ B
51 ssidd ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → y ∈ J ⟼ Y supp 0 ˙ ⊆ y ∈ J ⟼ Y supp 0 ˙
52 5 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → J ∈ W
53 50 51 52 38 suppssr ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ j ∈ J ∖ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y → y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙
54 49 53 syldan ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y → y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙
55 54 oveq2d ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ 0 ˙
56 1 2 3 ringrz ⊢ R ∈ Ring ∧ x ∈ I ⟼ X ⁡ i ∈ B → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ 0 ˙ = 0 ˙
57 13 17 56 syl2anc ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ 0 ˙ = 0 ˙
58 57 adantr ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ 0 ˙ = 0 ˙
59 55 58 eqtrd ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙
60 45 59 jaodan ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ i ∈ supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X ∨ ¬ j ∈ supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙
61 29 60 sylan2b ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ i supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X × supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y j → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙
62 61 anasss ⊢ φ ∧ i ∈ I ∧ j ∈ J ∧ ¬ i supp 0 ˙⁡ x ∈ I ⟼ X × supp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y j → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = 0 ˙
63 1 3 11 4 12 22 26 62 gsum2d2 ⊢ φ → ∑ R i ∈ I , j ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = ∑ R i ∈ I ∑ R j ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
64 nffvmpt1 ⊢ Ⅎ _ x x ∈ I ⟼ X ⁡ i
65 nfcv ⊢ Ⅎ _ x · ˙
66 nfcv ⊢ Ⅎ _ x y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
67 64 65 66 nfov ⊢ Ⅎ _ x x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
68 nfcv ⊢ Ⅎ _ y x ∈ I ⟼ X ⁡ i
69 nfcv ⊢ Ⅎ _ y · ˙
70 nffvmpt1 ⊢ Ⅎ _ y y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
71 68 69 70 nfov ⊢ Ⅎ _ y x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
72 nfcv ⊢ Ⅎ _ i x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
73 nfcv ⊢ Ⅎ _ j x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
74 fveq2 ⊢ i = x → x ∈ I ⟼ X ⁡ i = x ∈ I ⟼ X ⁡ x
75 fveq2 ⊢ j = y → y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
76 74 75 oveqan12d ⊢ i = x ∧ j = y → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
77 67 71 72 73 76 cbvmpo ⊢ i ∈ I , j ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = x ∈ I , y ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
78 simp2 ⊢ φ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ J → x ∈ I
79 7 3adant3 ⊢ φ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ J → X ∈ B
80 eqid ⊢ x ∈ I ⟼ X = x ∈ I ⟼ X
81 80 fvmpt2 ⊢ x ∈ I ∧ X ∈ B → x ∈ I ⟼ X ⁡ x = X
82 78 79 81 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ J → x ∈ I ⟼ X ⁡ x = X
83 simp3 ⊢ φ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ J → y ∈ J
84 eqid ⊢ y ∈ J ⟼ Y = y ∈ J ⟼ Y
85 84 fvmpt2 ⊢ y ∈ J ∧ Y ∈ B → y ∈ J ⟼ Y ⁡ y = Y
86 83 8 85 3imp3i2an ⊢ φ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ J → y ∈ J ⟼ Y ⁡ y = Y
87 82 86 oveq12d ⊢ φ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ J → x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y = X · ˙ Y
88 87 mpoeq3dva ⊢ φ → x ∈ I , y ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y = x ∈ I , y ∈ J ⟼ X · ˙ Y
89 77 88 eqtrid ⊢ φ → i ∈ I , j ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = x ∈ I , y ∈ J ⟼ X · ˙ Y
90 89 oveq2d ⊢ φ → ∑ R i ∈ I , j ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = ∑ R x ∈ I , y ∈ J ⟼ X · ˙ Y
91 nfcv ⊢ Ⅎ _ x R
92 nfcv ⊢ Ⅎ _ x Σ𝑔
93 nfcv ⊢ Ⅎ _ x J
94 93 67 nfmpt ⊢ Ⅎ _ x j ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
95 91 92 94 nfov ⊢ Ⅎ _ x ∑ R j ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
96 nfcv ⊢ Ⅎ _ i ∑ R y ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
97 74 oveq1d ⊢ i = x → x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
98 97 mpteq2dv ⊢ i = x → j ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = j ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
99 nfcv ⊢ Ⅎ _ y x ∈ I ⟼ X ⁡ x
100 99 69 70 nfov ⊢ Ⅎ _ y x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j
101 75 oveq2d ⊢ j = y → x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
102 100 73 101 cbvmpt ⊢ j ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = y ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
103 98 102 eqtrdi ⊢ i = x → j ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = y ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
104 103 oveq2d ⊢ i = x → ∑ R j ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = ∑ R y ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
105 95 96 104 cbvmpt ⊢ i ∈ I ⟼ ∑ R j ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = x ∈ I ⟼ ∑ R y ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y
106 87 3expa ⊢ φ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ J → x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y = X · ˙ Y
107 106 mpteq2dva ⊢ φ ∧ x ∈ I → y ∈ J ⟼ x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y = y ∈ J ⟼ X · ˙ Y
108 107 oveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ I → ∑ R y ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y = ∑ R y ∈ J X · ˙ Y
109 108 mpteq2dva ⊢ φ → x ∈ I ⟼ ∑ R y ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ x · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ y = x ∈ I ⟼ ∑ R y ∈ J X · ˙ Y
110 105 109 eqtrid ⊢ φ → i ∈ I ⟼ ∑ R j ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = x ∈ I ⟼ ∑ R y ∈ J X · ˙ Y
111 110 oveq2d ⊢ φ → ∑ R i ∈ I ∑ R j ∈ J x ∈ I ⟼ X ⁡ i · ˙ y ∈ J ⟼ Y ⁡ j = ∑ R x ∈ I ∑ R y ∈ J X · ˙ Y
112 63 90 111 3eqtr3d ⊢ φ → ∑ R x ∈ I , y ∈ J ⟼ X · ˙ Y = ∑ R x ∈ I ∑ R y ∈ J X · ˙ Y
113 6 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ I → R ∈ Ring
114 5 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ I → J ∈ W
115 8 adantlr ⊢ φ ∧ x ∈ I ∧ y ∈ J → Y ∈ B
116 10 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ I → finSupp 0 ˙⁡ y ∈ J ⟼ Y
117 1 3 2 113 114 7 115 116 gsummulc2 ⊢ φ ∧ x ∈ I → ∑ R y ∈ J X · ˙ Y = X · ˙ ∑ R y ∈ J Y
118 117 mpteq2dva ⊢ φ → x ∈ I ⟼ ∑ R y ∈ J X · ˙ Y = x ∈ I ⟼ X · ˙ ∑ R y ∈ J Y
119 118 oveq2d ⊢ φ → ∑ R x ∈ I ∑ R y ∈ J X · ˙ Y = ∑ R x ∈ I X · ˙ ∑ R y ∈ J Y
120 1 3 11 5 18 10 gsumcl ⊢ φ → ∑ R y ∈ J Y ∈ B
121 1 3 2 6 4 120 7 9 gsummulc1 ⊢ φ → ∑ R x ∈ I X · ˙ ∑ R y ∈ J Y = ∑ R x ∈ I X · ˙ ∑ R y ∈ J Y
122 112 119 121 3eqtrrd ⊢ φ → ∑ R x ∈ I X · ˙ ∑ R y ∈ J Y = ∑ R x ∈ I , y ∈ J ⟼ X · ˙ Y