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Theorem psrdi

Description: Distributive law for the ring of power series (left-distributivity). (Contributed by Mario Carneiro, 7-Jan-2015)

Ref Expression
Hypotheses psrring.s ⊢ S = I mPwSer R
psrring.i ⊢ φ → I ∈ V
psrring.r ⊢ φ → R ∈ Ring
psrass.d ⊢ D = f ∈ ℕ 0 I | f -1 ℕ ∈ Fin
psrass.t ⊢ × ˙ = ⋅ S
psrass.b ⊢ B = Base S
psrass.x ⊢ φ → X ∈ B
psrass.y ⊢ φ → Y ∈ B
psrass.z ⊢ φ → Z ∈ B
psrdi.a ⊢ + ˙ = + S
Assertion psrdi ⊢ φ → X × ˙ Y + ˙ Z = X × ˙ Y + ˙ X × ˙ Z

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 psrring.s ⊢ S = I mPwSer R
2 psrring.i ⊢ φ → I ∈ V
3 psrring.r ⊢ φ → R ∈ Ring
4 psrass.d ⊢ D = f ∈ ℕ 0 I | f -1 ℕ ∈ Fin
5 psrass.t ⊢ × ˙ = ⋅ S
6 psrass.b ⊢ B = Base S
7 psrass.x ⊢ φ → X ∈ B
8 psrass.y ⊢ φ → Y ∈ B
9 psrass.z ⊢ φ → Z ∈ B
10 psrdi.a ⊢ + ˙ = + S
11 eqid ⊢ + R = + R
12 1 6 11 10 8 9 psradd ⊢ φ → Y + ˙ Z = Y + R f Z
13 12 fveq1d ⊢ φ → Y + ˙ Z ⁡ k − f x = Y + R f Z ⁡ k − f x
14 13 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Y + ˙ Z ⁡ k − f x = Y + R f Z ⁡ k − f x
15 ssrab2 ⊢ y ∈ D | y ≤ f k ⊆ D
16 eqid ⊢ y ∈ D | y ≤ f k = y ∈ D | y ≤ f k
17 4 16 psrbagconcl ⊢ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → k − f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k
18 17 adantll ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → k − f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k
19 15 18 sselid ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → k − f x ∈ D
20 eqid ⊢ Base R = Base R
21 1 20 4 6 8 psrelbas ⊢ φ → Y : D ⟶ Base R
22 21 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Y : D ⟶ Base R
23 22 ffnd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Y Fn D
24 1 20 4 6 9 psrelbas ⊢ φ → Z : D ⟶ Base R
25 24 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Z : D ⟶ Base R
26 25 ffnd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Z Fn D
27 ovex ⊢ ℕ 0 I ∈ V
28 4 27 rabex2 ⊢ D ∈ V
29 28 a1i ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → D ∈ V
30 inidm ⊢ D ∩ D = D
31 eqidd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ∧ k − f x ∈ D → Y ⁡ k − f x = Y ⁡ k − f x
32 eqidd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ∧ k − f x ∈ D → Z ⁡ k − f x = Z ⁡ k − f x
33 23 26 29 29 30 31 32 ofval ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ∧ k − f x ∈ D → Y + R f Z ⁡ k − f x = Y ⁡ k − f x + R Z ⁡ k − f x
34 19 33 mpdan ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Y + R f Z ⁡ k − f x = Y ⁡ k − f x + R Z ⁡ k − f x
35 14 34 eqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Y + ˙ Z ⁡ k − f x = Y ⁡ k − f x + R Z ⁡ k − f x
36 35 oveq2d ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X ⁡ x ⋅ R Y + ˙ Z ⁡ k − f x = X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R Z ⁡ k − f x
37 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → R ∈ Ring
38 1 20 4 6 7 psrelbas ⊢ φ → X : D ⟶ Base R
39 38 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X : D ⟶ Base R
40 simpr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k
41 15 40 sselid ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → x ∈ D
42 39 41 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X ⁡ x ∈ Base R
43 22 19 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Y ⁡ k − f x ∈ Base R
44 25 19 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Z ⁡ k − f x ∈ Base R
45 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
46 20 11 45 ringdi ⊢ R ∈ Ring ∧ X ⁡ x ∈ Base R ∧ Y ⁡ k − f x ∈ Base R ∧ Z ⁡ k − f x ∈ Base R → X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R Z ⁡ k − f x = X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
47 37 42 43 44 46 syl13anc ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R Z ⁡ k − f x = X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
48 36 47 eqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X ⁡ x ⋅ R Y + ˙ Z ⁡ k − f x = X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
49 48 mpteq2dva ⊢ φ ∧ k ∈ D → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y + ˙ Z ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
50 4 psrbaglefi ⊢ k ∈ D → y ∈ D | y ≤ f k ∈ Fin
51 50 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ D → y ∈ D | y ≤ f k ∈ Fin
52 20 45 37 42 43 ringcld ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x ∈ Base R
53 20 45 37 42 44 ringcld ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x ∈ Base R
54 eqidd ⊢ φ ∧ k ∈ D → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x
55 eqidd ⊢ φ ∧ k ∈ D → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
56 51 52 53 54 55 offval2 ⊢ φ ∧ k ∈ D → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
57 49 56 eqtr4d ⊢ φ ∧ k ∈ D → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y + ˙ Z ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
58 57 oveq2d ⊢ φ ∧ k ∈ D → ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y + ˙ Z ⁡ k − f x = ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
59 3 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ D → R ∈ Ring
60 59 ringcmnd ⊢ φ ∧ k ∈ D → R ∈ CMnd
61 eqid ⊢ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x
62 eqid ⊢ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
63 20 11 60 51 52 53 61 62 gsummptfidmadd2 ⊢ φ ∧ k ∈ D → ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
64 58 63 eqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ D → ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y + ˙ Z ⁡ k − f x = ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
65 64 mpteq2dva ⊢ φ → k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y + ˙ Z ⁡ k − f x = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
66 3 ringgrpd ⊢ φ → R ∈ Grp
67 66 grpmgmd ⊢ φ → R ∈ Mgm
68 1 6 10 67 8 9 psraddcl ⊢ φ → Y + ˙ Z ∈ B
69 1 6 45 5 4 7 68 psrmulfval ⊢ φ → X × ˙ Y + ˙ Z = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y + ˙ Z ⁡ k − f x
70 1 6 5 3 7 8 psrmulcl ⊢ φ → X × ˙ Y ∈ B
71 1 6 5 3 7 9 psrmulcl ⊢ φ → X × ˙ Z ∈ B
72 1 6 11 10 70 71 psradd ⊢ φ → X × ˙ Y + ˙ X × ˙ Z = X × ˙ Y + R f X × ˙ Z
73 28 a1i ⊢ φ → D ∈ V
74 ovexd ⊢ φ ∧ k ∈ D → ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x ∈ V
75 ovexd ⊢ φ ∧ k ∈ D → ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x ∈ V
76 1 6 45 5 4 7 8 psrmulfval ⊢ φ → X × ˙ Y = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x
77 1 6 45 5 4 7 9 psrmulfval ⊢ φ → X × ˙ Z = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
78 73 74 75 76 77 offval2 ⊢ φ → X × ˙ Y + R f X × ˙ Z = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
79 72 78 eqtrd ⊢ φ → X × ˙ Y + ˙ X × ˙ Z = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Y ⁡ k − f x + R ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
80 65 69 79 3eqtr4d ⊢ φ → X × ˙ Y + ˙ Z = X × ˙ Y + ˙ X × ˙ Z