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Theorem psrdir

Description: Distributive law for the ring of power series (right-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 psrdir ⊢ φ → X + ˙ Y × ˙ Z = X × ˙ Z + ˙ Y × ˙ 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 7 8 psradd ⊢ φ → X + ˙ Y = X + R f Y
13 12 fveq1d ⊢ φ → X + ˙ Y ⁡ x = X + R f Y ⁡ x
14 13 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X + ˙ Y ⁡ x = X + R f Y ⁡ x
15 ssrab2 ⊢ y ∈ D | y ≤ f k ⊆ D
16 simpr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k
17 15 16 sselid ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → x ∈ D
18 eqid ⊢ Base R = Base R
19 1 18 4 6 7 psrelbas ⊢ φ → X : D ⟶ Base R
20 19 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X : D ⟶ Base R
21 20 ffnd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X Fn D
22 1 18 4 6 8 psrelbas ⊢ φ → Y : D ⟶ Base R
23 22 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Y : D ⟶ Base R
24 23 ffnd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Y Fn D
25 ovex ⊢ ℕ 0 I ∈ V
26 4 25 rabex2 ⊢ D ∈ V
27 26 a1i ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → D ∈ V
28 inidm ⊢ D ∩ D = D
29 eqidd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ∧ x ∈ D → X ⁡ x = X ⁡ x
30 eqidd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ∧ x ∈ D → Y ⁡ x = Y ⁡ x
31 21 24 27 27 28 29 30 ofval ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ∧ x ∈ D → X + R f Y ⁡ x = X ⁡ x + R Y ⁡ x
32 17 31 mpdan ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X + R f Y ⁡ x = X ⁡ x + R Y ⁡ x
33 14 32 eqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X + ˙ Y ⁡ x = X ⁡ x + R Y ⁡ x
34 33 oveq1d ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X + ˙ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = X ⁡ x + R Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
35 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → R ∈ Ring
36 20 17 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X ⁡ x ∈ Base R
37 23 17 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Y ⁡ x ∈ Base R
38 1 18 4 6 9 psrelbas ⊢ φ → Z : D ⟶ Base R
39 38 ad2antrr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Z : D ⟶ Base R
40 simplr ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → k ∈ D
41 eqid ⊢ y ∈ D | y ≤ f k = y ∈ D | y ≤ f k
42 4 41 psrbagconcl ⊢ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → k − f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k
43 40 16 42 syl2anc ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → k − f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k
44 15 43 sselid ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → k − f x ∈ D
45 39 44 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Z ⁡ k − f x ∈ Base R
46 eqid ⊢ ⋅ R = ⋅ R
47 18 11 46 ringdir ⊢ R ∈ Ring ∧ X ⁡ x ∈ Base R ∧ Y ⁡ x ∈ Base R ∧ Z ⁡ k − f x ∈ Base R → X ⁡ x + R Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
48 35 36 37 45 47 syl13anc ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X ⁡ x + R Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
49 34 48 eqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X + ˙ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
50 49 mpteq2dva ⊢ φ ∧ k ∈ D → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X + ˙ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
51 4 psrbaglefi ⊢ k ∈ D → y ∈ D | y ≤ f k ∈ Fin
52 51 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ D → y ∈ D | y ≤ f k ∈ Fin
53 18 46 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ X ⁡ x ∈ Base R ∧ Z ⁡ k − f x ∈ Base R → X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x ∈ Base R
54 35 36 45 53 syl3anc ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x ∈ Base R
55 18 46 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ Y ⁡ x ∈ Base R ∧ Z ⁡ k − f x ∈ Base R → Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x ∈ Base R
56 35 37 45 55 syl3anc ⊢ φ ∧ k ∈ D ∧ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k → Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x ∈ Base R
57 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
58 eqidd ⊢ φ ∧ k ∈ D → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
59 52 54 56 57 58 offval2 ⊢ φ ∧ k ∈ D → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
60 50 59 eqtr4d ⊢ φ ∧ k ∈ D → x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X + ˙ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
61 60 oveq2d ⊢ φ ∧ k ∈ D → ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X + ˙ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
62 3 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ D → R ∈ Ring
63 ringcmn ⊢ R ∈ Ring → R ∈ CMnd
64 62 63 syl ⊢ φ ∧ k ∈ D → R ∈ CMnd
65 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
66 eqid ⊢ x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
67 18 11 64 52 54 56 65 66 gsummptfidmadd2 ⊢ φ ∧ k ∈ D → ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R f x ∈ y ∈ D | y ≤ f k ⟼ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
68 61 67 eqtrd ⊢ φ ∧ k ∈ D → ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X + ˙ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
69 68 mpteq2dva ⊢ φ → k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X + ˙ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
70 3 ringgrpd ⊢ φ → R ∈ Grp
71 70 grpmgmd ⊢ φ → R ∈ Mgm
72 1 6 10 71 7 8 psraddcl ⊢ φ → X + ˙ Y ∈ B
73 1 6 46 5 4 72 9 psrmulfval ⊢ φ → X + ˙ Y × ˙ Z = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X + ˙ Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
74 1 6 5 3 7 9 psrmulcl ⊢ φ → X × ˙ Z ∈ B
75 1 6 5 3 8 9 psrmulcl ⊢ φ → Y × ˙ Z ∈ B
76 1 6 11 10 74 75 psradd ⊢ φ → X × ˙ Z + ˙ Y × ˙ Z = X × ˙ Z + R f Y × ˙ Z
77 26 a1i ⊢ φ → D ∈ V
78 ovexd ⊢ φ ∧ k ∈ D → ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x ∈ V
79 ovexd ⊢ φ ∧ k ∈ D → ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x ∈ V
80 1 6 46 5 4 7 9 psrmulfval ⊢ φ → X × ˙ Z = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
81 1 6 46 5 4 8 9 psrmulfval ⊢ φ → Y × ˙ Z = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
82 77 78 79 80 81 offval2 ⊢ φ → X × ˙ Z + R f Y × ˙ Z = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
83 76 82 eqtrd ⊢ φ → X × ˙ Z + ˙ Y × ˙ Z = k ∈ D ⟼ ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k X ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x + R ∑ R x ∈ y ∈ D | y ≤ f k Y ⁡ x ⋅ R Z ⁡ k − f x
84 69 73 83 3eqtr4d ⊢ φ → X + ˙ Y × ˙ Z = X × ˙ Z + ˙ Y × ˙ Z