Metamath Proof Explorer


Theorem reprinfz1

Description: For the representation of N , it is sufficient to consider nonnegative integers up to N . Remark of Nathanson p. 123 (Contributed by Thierry Arnoux, 13-Dec-2021)

Ref Expression
Hypotheses reprinfz1.n ⊢ φ → N ∈ ℕ 0
reprinfz1.s ⊢ φ → S ∈ ℕ 0
reprinfz1.a ⊢ φ → A ⊆ ℕ
Assertion reprinfz1 ⊢ φ → A repr ⁡ S N = A ∩ 1 … N repr ⁡ S N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 reprinfz1.n ⊢ φ → N ∈ ℕ 0
2 reprinfz1.s ⊢ φ → S ∈ ℕ 0
3 reprinfz1.a ⊢ φ → A ⊆ ℕ
4 nnex ⊢ ℕ ∈ V
5 4 a1i ⊢ φ → ℕ ∈ V
6 5 3 ssexd ⊢ φ → A ∈ V
7 ovex ⊢ 0 ..^ S ∈ V
8 elmapg ⊢ A ∈ V ∧ 0 ..^ S ∈ V → c ∈ A 0 ..^ S ↔ c : 0 ..^ S ⟶ A
9 6 7 8 sylancl ⊢ φ → c ∈ A 0 ..^ S ↔ c : 0 ..^ S ⟶ A
10 9 biimpa ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S → c : 0 ..^ S ⟶ A
11 10 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → c : 0 ..^ S ⟶ A
12 elmapfn ⊢ c ∈ A 0 ..^ S → c Fn 0 ..^ S
13 12 ad2antlr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → c Fn 0 ..^ S
14 simplr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N ∧ ∃ b ∈ 0 ..^ S ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N
15 1 nn0red ⊢ φ → N ∈ ℝ
16 15 ad3antrrr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → N ∈ ℝ
17 3 ad3antrrr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → A ⊆ ℕ
18 simpllr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c ∈ A 0 ..^ S
19 9 ad3antrrr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c ∈ A 0 ..^ S ↔ c : 0 ..^ S ⟶ A
20 18 19 mpbid ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c : 0 ..^ S ⟶ A
21 simplr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → b ∈ 0 ..^ S
22 20 21 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c ⁡ b ∈ A
23 17 22 sseldd ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c ⁡ b ∈ ℕ
24 23 nnred ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c ⁡ b ∈ ℝ
25 fzofi ⊢ 0 ..^ S ∈ Fin
26 25 a1i ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → 0 ..^ S ∈ Fin
27 3 ad4antr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N ∧ a ∈ 0 ..^ S → A ⊆ ℕ
28 20 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N ∧ a ∈ 0 ..^ S → c ⁡ a ∈ A
29 27 28 sseldd ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N ∧ a ∈ 0 ..^ S → c ⁡ a ∈ ℕ
30 29 nnred ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N ∧ a ∈ 0 ..^ S → c ⁡ a ∈ ℝ
31 26 30 fsumrecl ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a ∈ ℝ
32 simpr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N
33 1 nn0zd ⊢ φ → N ∈ ℤ
34 33 ad3antrrr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → N ∈ ℤ
35 fznn ⊢ N ∈ ℤ → c ⁡ b ∈ 1 … N ↔ c ⁡ b ∈ ℕ ∧ c ⁡ b ≤ N
36 34 35 syl ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c ⁡ b ∈ 1 … N ↔ c ⁡ b ∈ ℕ ∧ c ⁡ b ≤ N
37 23 biantrurd ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c ⁡ b ≤ N ↔ c ⁡ b ∈ ℕ ∧ c ⁡ b ≤ N
38 36 37 bitr4d ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c ⁡ b ∈ 1 … N ↔ c ⁡ b ≤ N
39 38 notbid ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N ↔ ¬ c ⁡ b ≤ N
40 32 39 mpbid ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ¬ c ⁡ b ≤ N
41 16 24 ltnled ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → N < c ⁡ b ↔ ¬ c ⁡ b ≤ N
42 40 41 mpbird ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → N < c ⁡ b
43 24 recnd ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c ⁡ b ∈ ℂ
44 fveq2 ⊢ a = b → c ⁡ a = c ⁡ b
45 44 sumsn ⊢ b ∈ 0 ..^ S ∧ c ⁡ b ∈ ℂ → ∑ a ∈ b c ⁡ a = c ⁡ b
46 21 43 45 syl2anc ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ∑ a ∈ b c ⁡ a = c ⁡ b
47 29 nnnn0d ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N ∧ a ∈ 0 ..^ S → c ⁡ a ∈ ℕ 0
48 nn0ge0 ⊢ c ⁡ a ∈ ℕ 0 → 0 ≤ c ⁡ a
49 47 48 syl ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N ∧ a ∈ 0 ..^ S → 0 ≤ c ⁡ a
50 snssi ⊢ b ∈ 0 ..^ S → b ⊆ 0 ..^ S
51 50 ad2antlr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → b ⊆ 0 ..^ S
52 26 30 49 51 fsumless ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ∑ a ∈ b c ⁡ a ≤ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a
53 46 52 eqbrtrrd ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → c ⁡ b ≤ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a
54 16 24 31 42 53 ltletrd ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → N < ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a
55 16 54 ltned ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → N ≠ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a
56 55 necomd ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ b ∈ 0 ..^ S ∧ ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a ≠ N
57 56 r19.29an ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∃ b ∈ 0 ..^ S ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a ≠ N
58 57 neneqd ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∃ b ∈ 0 ..^ S ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ¬ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N
59 58 adantlr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N ∧ ∃ b ∈ 0 ..^ S ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N → ¬ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N
60 14 59 pm2.65da ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → ¬ ∃ b ∈ 0 ..^ S ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N
61 dfral2 ⊢ ∀ b ∈ 0 ..^ S c ⁡ b ∈ 1 … N ↔ ¬ ∃ b ∈ 0 ..^ S ¬ c ⁡ b ∈ 1 … N
62 60 61 sylibr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → ∀ b ∈ 0 ..^ S c ⁡ b ∈ 1 … N
63 44 eleq1d ⊢ a = b → c ⁡ a ∈ 1 … N ↔ c ⁡ b ∈ 1 … N
64 63 cbvralvw ⊢ ∀ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a ∈ 1 … N ↔ ∀ b ∈ 0 ..^ S c ⁡ b ∈ 1 … N
65 62 64 sylibr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → ∀ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a ∈ 1 … N
66 13 65 jca ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → c Fn 0 ..^ S ∧ ∀ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a ∈ 1 … N
67 ffnfv ⊢ c : 0 ..^ S ⟶ 1 … N ↔ c Fn 0 ..^ S ∧ ∀ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a ∈ 1 … N
68 66 67 sylibr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → c : 0 ..^ S ⟶ 1 … N
69 11 68 jca ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → c : 0 ..^ S ⟶ A ∧ c : 0 ..^ S ⟶ 1 … N
70 fin ⊢ c : 0 ..^ S ⟶ A ∩ 1 … N ↔ c : 0 ..^ S ⟶ A ∧ c : 0 ..^ S ⟶ 1 … N
71 69 70 sylibr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → c : 0 ..^ S ⟶ A ∩ 1 … N
72 ovex ⊢ 1 … N ∈ V
73 72 inex2 ⊢ A ∩ 1 … N ∈ V
74 73 7 elmap ⊢ c ∈ A ∩ 1 … N 0 ..^ S ↔ c : 0 ..^ S ⟶ A ∩ 1 … N
75 71 74 sylibr ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → c ∈ A ∩ 1 … N 0 ..^ S
76 75 anasss ⊢ φ ∧ c ∈ A 0 ..^ S ∧ ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N → c ∈ A ∩ 1 … N 0 ..^ S
77 76 rabss3d ⊢ φ → c ∈ A 0 ..^ S | ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N ⊆ c ∈ A ∩ 1 … N 0 ..^ S | ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N
78 3 33 2 reprval ⊢ φ → A repr ⁡ S N = c ∈ A 0 ..^ S | ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N
79 inss1 ⊢ A ∩ 1 … N ⊆ A
80 79 a1i ⊢ φ → A ∩ 1 … N ⊆ A
81 80 3 sstrd ⊢ φ → A ∩ 1 … N ⊆ ℕ
82 81 33 2 reprval ⊢ φ → A ∩ 1 … N repr ⁡ S N = c ∈ A ∩ 1 … N 0 ..^ S | ∑ a ∈ 0 ..^ S c ⁡ a = N
83 77 78 82 3sstr4d ⊢ φ → A repr ⁡ S N ⊆ A ∩ 1 … N repr ⁡ S N
84 3 33 2 80 reprss ⊢ φ → A ∩ 1 … N repr ⁡ S N ⊆ A repr ⁡ S N
85 83 84 eqssd ⊢ φ → A repr ⁡ S N = A ∩ 1 … N repr ⁡ S N