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Theorem psrmonmul

Description: The product of two power series monomials adds the exponent vectors together. For example, the product of ( x ^ 2 ) ( y ^ 2 ) with ( y ^ 1 ) ( z ^ 3 ) is ( x ^ 2 ) ( y ^ 3 ) ( z ^ 3 ) , where the exponent vectors <. 2 , 2 , 0 >. and <. 0 , 1 , 3 >. are added to give <. 2 , 3 , 3 >. . (Contributed by Thierry Arnoux, 16-Mar-2026)

Ref Expression
Hypotheses psrmon.s S = I mPwSer R
psrmon.b B = Base S
psrmon.z 0 ˙ = 0 R
psrmon.o 1 ˙ = 1 R
psrmon.d D = h 0 I | finSupp 0 h
psrmon.i φ I W
psrmon.r φ R Ring
psrmon.x φ X D
psrmonmul.t · ˙ = S
psrmonmul.y φ Y D
Assertion psrmonmul φ y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ · ˙ y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = y D if y = X + f Y 1 ˙ 0 ˙

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 psrmon.s S = I mPwSer R
2 psrmon.b B = Base S
3 psrmon.z 0 ˙ = 0 R
4 psrmon.o 1 ˙ = 1 R
5 psrmon.d D = h 0 I | finSupp 0 h
6 psrmon.i φ I W
7 psrmon.r φ R Ring
8 psrmon.x φ X D
9 psrmonmul.t · ˙ = S
10 psrmonmul.y φ Y D
11 eqid R = R
12 5 psrbasfsupp D = h 0 I | h -1 Fin
13 1 2 3 4 5 6 7 8 psrmon φ y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ B
14 1 2 3 4 5 6 7 10 psrmon φ y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ B
15 1 2 11 9 12 13 14 psrmulfval φ y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ · ˙ y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = k D R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
16 eqeq1 y = k y = X + f Y k = X + f Y
17 16 ifbid y = k if y = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
18 17 cbvmptv y D if y = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = k D if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
19 simpr φ k D X x D | x f k X x D | x f k
20 19 snssd φ k D X x D | x f k X x D | x f k
21 20 resmptd φ k D X x D | x f k j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = j X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
22 21 oveq2d φ k D X x D | x f k R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = R j X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
23 7 ad2antrr φ k D X x D | x f k R Ring
24 ringmnd R Ring R Mnd
25 23 24 syl φ k D X x D | x f k R Mnd
26 8 ad2antrr φ k D X x D | x f k X D
27 iftrue y = X if y = X 1 ˙ 0 ˙ = 1 ˙
28 eqid y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ = y D if y = X 1 ˙ 0 ˙
29 4 fvexi 1 ˙ V
30 27 28 29 fvmpt X D y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X = 1 ˙
31 26 30 syl φ k D X x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X = 1 ˙
32 ssrab2 x D | x f k D
33 eqid x D | x f k = x D | x f k
34 12 33 psrbagconcl k D X x D | x f k k f X x D | x f k
35 34 adantll φ k D X x D | x f k k f X x D | x f k
36 32 35 sselid φ k D X x D | x f k k f X D
37 eqeq1 y = k f X y = Y k f X = Y
38 37 ifbid y = k f X if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
39 eqid y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙
40 3 fvexi 0 ˙ V
41 29 40 ifex if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ V
42 38 39 41 fvmpt k f X D y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
43 36 42 syl φ k D X x D | x f k y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
44 31 43 oveq12d φ k D X x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X = 1 ˙ R if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
45 eqid Base R = Base R
46 45 4 ringidcl R Ring 1 ˙ Base R
47 45 3 ring0cl R Ring 0 ˙ Base R
48 46 47 ifcld R Ring if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ Base R
49 23 48 syl φ k D X x D | x f k if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ Base R
50 45 11 4 23 49 ringlidmd φ k D X x D | x f k 1 ˙ R if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ = if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙
51 12 psrbagf k D k : I 0
52 51 ad2antlr φ k D X x D | x f k k : I 0
53 52 ffvelcdmda φ k D X x D | x f k z I k z 0
54 8 adantr φ k D X D
55 12 psrbagf X D X : I 0
56 54 55 syl φ k D X : I 0
57 56 ffvelcdmda φ k D z I X z 0
58 57 adantlr φ k D X x D | x f k z I X z 0
59 12 psrbagf Y D Y : I 0
60 10 59 syl φ Y : I 0
61 60 adantr φ k D Y : I 0
62 61 ffvelcdmda φ k D z I Y z 0
63 62 adantlr φ k D X x D | x f k z I Y z 0
64 nn0cn k z 0 k z
65 nn0cn X z 0 X z
66 nn0cn Y z 0 Y z
67 subadd k z X z Y z k z X z = Y z X z + Y z = k z
68 64 65 66 67 syl3an k z 0 X z 0 Y z 0 k z X z = Y z X z + Y z = k z
69 53 58 63 68 syl3anc φ k D X x D | x f k z I k z X z = Y z X z + Y z = k z
70 eqcom X z + Y z = k z k z = X z + Y z
71 69 70 bitrdi φ k D X x D | x f k z I k z X z = Y z k z = X z + Y z
72 71 ralbidva φ k D X x D | x f k z I k z X z = Y z z I k z = X z + Y z
73 mpteqb z I k z X z V z I k z X z = z I Y z z I k z X z = Y z
74 ovexd z I k z X z V
75 73 74 mprg z I k z X z = z I Y z z I k z X z = Y z
76 mpteqb z I k z V z I k z = z I X z + Y z z I k z = X z + Y z
77 fvexd z I k z V
78 76 77 mprg z I k z = z I X z + Y z z I k z = X z + Y z
79 72 75 78 3bitr4g φ k D X x D | x f k z I k z X z = z I Y z z I k z = z I X z + Y z
80 6 ad2antrr φ k D X x D | x f k I W
81 52 feqmptd φ k D X x D | x f k k = z I k z
82 56 feqmptd φ k D X = z I X z
83 82 adantr φ k D X x D | x f k X = z I X z
84 80 53 58 81 83 offval2 φ k D X x D | x f k k f X = z I k z X z
85 61 feqmptd φ k D Y = z I Y z
86 85 adantr φ k D X x D | x f k Y = z I Y z
87 84 86 eqeq12d φ k D X x D | x f k k f X = Y z I k z X z = z I Y z
88 6 adantr φ k D I W
89 88 57 62 82 85 offval2 φ k D X + f Y = z I X z + Y z
90 89 adantr φ k D X x D | x f k X + f Y = z I X z + Y z
91 81 90 eqeq12d φ k D X x D | x f k k = X + f Y z I k z = z I X z + Y z
92 79 87 91 3bitr4d φ k D X x D | x f k k f X = Y k = X + f Y
93 92 ifbid φ k D X x D | x f k if k f X = Y 1 ˙ 0 ˙ = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
94 44 50 93 3eqtrd φ k D X x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
95 93 49 eqeltrrd φ k D X x D | x f k if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ Base R
96 94 95 eqeltrd φ k D X x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X Base R
97 fveq2 j = X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j = y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X
98 oveq2 j = X k f j = k f X
99 98 fveq2d j = X y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X
100 97 99 oveq12d j = X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X
101 45 100 gsumsn R Mnd X D y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X Base R R j X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X
102 25 26 96 101 syl3anc φ k D X x D | x f k R j X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ X R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f X
103 22 102 94 3eqtrd φ k D X x D | x f k R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
104 3 gsum0 R = 0 ˙
105 disjsn x D | x f k X = ¬ X x D | x f k
106 7 ad2antrr φ k D j x D | x f k R Ring
107 1 45 12 2 13 psrelbas φ y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
108 107 ad2antrr φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
109 simpr φ k D j x D | x f k j x D | x f k
110 32 109 sselid φ k D j x D | x f k j D
111 108 110 ffvelcdmd φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j Base R
112 1 45 12 2 14 psrelbas φ y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
113 112 ad2antrr φ k D j x D | x f k y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
114 12 33 psrbagconcl k D j x D | x f k k f j x D | x f k
115 114 adantll φ k D j x D | x f k k f j x D | x f k
116 32 115 sselid φ k D j x D | x f k k f j D
117 113 116 ffvelcdmd φ k D j x D | x f k y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Base R
118 45 11 106 111 117 ringcld φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Base R
119 118 fmpttd φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j : x D | x f k Base R
120 ffn j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j : x D | x f k Base R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Fn x D | x f k
121 fnresdisj j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j Fn x D | x f k x D | x f k X = j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X =
122 119 120 121 3syl φ k D x D | x f k X = j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X =
123 122 biimpa φ k D x D | x f k X = j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X =
124 105 123 sylan2br φ k D ¬ X x D | x f k j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X =
125 124 oveq2d φ k D ¬ X x D | x f k R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = R
126 breq1 x = X x f X + f Y X f X + f Y
127 57 nn0red φ k D z I X z
128 nn0addge1 X z Y z 0 X z X z + Y z
129 127 62 128 syl2anc φ k D z I X z X z + Y z
130 129 ralrimiva φ k D z I X z X z + Y z
131 ovexd φ k D z I X z + Y z V
132 88 57 131 82 89 ofrfval2 φ k D X f X + f Y z I X z X z + Y z
133 130 132 mpbird φ k D X f X + f Y
134 126 54 133 elrabd φ k D X x D | x f X + f Y
135 breq2 k = X + f Y x f k x f X + f Y
136 135 rabbidv k = X + f Y x D | x f k = x D | x f X + f Y
137 136 eleq2d k = X + f Y X x D | x f k X x D | x f X + f Y
138 134 137 syl5ibrcom φ k D k = X + f Y X x D | x f k
139 138 con3dimp φ k D ¬ X x D | x f k ¬ k = X + f Y
140 139 iffalsed φ k D ¬ X x D | x f k if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = 0 ˙
141 104 125 140 3eqtr4a φ k D ¬ X x D | x f k R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
142 103 141 pm2.61dan φ k D R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙
143 7 adantr φ k D R Ring
144 143 ringcmnd φ k D R CMnd
145 12 psrbaglefi k D x D | x f k Fin
146 145 adantl φ k D x D | x f k Fin
147 ssdif x D | x f k D x D | x f k X D X
148 32 147 ax-mp x D | x f k X D X
149 148 sseli j x D | x f k X j D X
150 107 adantr φ k D y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ : D Base R
151 eldifsni y D X y X
152 151 adantl φ k D y D X y X
153 152 neneqd φ k D y D X ¬ y = X
154 153 iffalsed φ k D y D X if y = X 1 ˙ 0 ˙ = 0 ˙
155 ovex 0 I V
156 5 155 rabex2 D V
157 156 a1i φ k D D V
158 154 157 suppss2 φ k D y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ supp 0 ˙ X
159 40 a1i φ k D 0 ˙ V
160 150 158 157 159 suppssr φ k D j D X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j = 0 ˙
161 149 160 sylan2 φ k D j x D | x f k X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j = 0 ˙
162 161 oveq1d φ k D j x D | x f k X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙ R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
163 eldifi j x D | x f k X j x D | x f k
164 45 11 3 106 117 ringlzd φ k D j x D | x f k 0 ˙ R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙
165 163 164 sylan2 φ k D j x D | x f k X 0 ˙ R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙
166 162 165 eqtrd φ k D j x D | x f k X y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j = 0 ˙
167 156 rabex x D | x f k V
168 167 a1i φ k D x D | x f k V
169 166 168 suppss2 φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j supp 0 ˙ X
170 156 mptrabex j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j V
171 funmpt Fun j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
172 170 171 40 3pm3.2i j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j V Fun j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j 0 ˙ V
173 172 a1i φ k D j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j V Fun j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j 0 ˙ V
174 snfi X Fin
175 174 a1i φ k D X Fin
176 suppssfifsupp j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j V Fun j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j 0 ˙ V X Fin j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j supp 0 ˙ X finSupp 0 ˙ j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
177 173 175 169 176 syl12anc φ k D finSupp 0 ˙ j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
178 45 3 144 146 119 169 177 gsumres φ k D R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j X = R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
179 142 178 eqtr3d φ k D if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
180 179 mpteq2dva φ k D if k = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = k D R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
181 18 180 eqtrid φ y D if y = X + f Y 1 ˙ 0 ˙ = k D R j x D | x f k y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ j R y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ k f j
182 15 181 eqtr4d φ y D if y = X 1 ˙ 0 ˙ · ˙ y D if y = Y 1 ˙ 0 ˙ = y D if y = X + f Y 1 ˙ 0 ˙