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Theorem seqcaopr2

Description: The sum of two infinite series (generalized to an arbitrary commutative and associative operation). (Contributed by Mario Carneiro, 30-May-2014)

Ref Expression
Hypotheses seqcaopr2.1 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → x + ˙ y ∈ S
seqcaopr2.2 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → x Q y ∈ S
seqcaopr2.3 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S → x Q z + ˙ y Q w = x + ˙ y Q z + ˙ w
seqcaopr2.4 ⊢ φ → N ∈ ℤ ≥ M
seqcaopr2.5 ⊢ φ ∧ k ∈ M … N → F ⁡ k ∈ S
seqcaopr2.6 ⊢ φ ∧ k ∈ M … N → G ⁡ k ∈ S
seqcaopr2.7 ⊢ φ ∧ k ∈ M … N → H ⁡ k = F ⁡ k Q G ⁡ k
Assertion seqcaopr2 ⊢ φ → seq M + ˙ H ⁡ N = seq M + ˙ F ⁡ N Q seq M + ˙ G ⁡ N

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 seqcaopr2.1 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → x + ˙ y ∈ S
2 seqcaopr2.2 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → x Q y ∈ S
3 seqcaopr2.3 ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S → x Q z + ˙ y Q w = x + ˙ y Q z + ˙ w
4 seqcaopr2.4 ⊢ φ → N ∈ ℤ ≥ M
5 seqcaopr2.5 ⊢ φ ∧ k ∈ M … N → F ⁡ k ∈ S
6 seqcaopr2.6 ⊢ φ ∧ k ∈ M … N → G ⁡ k ∈ S
7 seqcaopr2.7 ⊢ φ ∧ k ∈ M … N → H ⁡ k = F ⁡ k Q G ⁡ k
8 elfzouz ⊢ n ∈ M ..^ N → n ∈ ℤ ≥ M
9 8 adantl ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → n ∈ ℤ ≥ M
10 elfzouz2 ⊢ n ∈ M ..^ N → N ∈ ℤ ≥ n
11 10 adantl ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → N ∈ ℤ ≥ n
12 fzss2 ⊢ N ∈ ℤ ≥ n → M … n ⊆ M … N
13 11 12 syl ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → M … n ⊆ M … N
14 13 sselda ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N ∧ x ∈ M … n → x ∈ M … N
15 6 ralrimiva ⊢ φ → ∀ k ∈ M … N G ⁡ k ∈ S
16 15 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → ∀ k ∈ M … N G ⁡ k ∈ S
17 fveq2 ⊢ k = x → G ⁡ k = G ⁡ x
18 17 eleq1d ⊢ k = x → G ⁡ k ∈ S ↔ G ⁡ x ∈ S
19 18 rspccva ⊢ ∀ k ∈ M … N G ⁡ k ∈ S ∧ x ∈ M … N → G ⁡ x ∈ S
20 16 19 sylan ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N ∧ x ∈ M … N → G ⁡ x ∈ S
21 14 20 syldan ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N ∧ x ∈ M … n → G ⁡ x ∈ S
22 1 adantlr ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → x + ˙ y ∈ S
23 9 21 22 seqcl ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → seq M + ˙ G ⁡ n ∈ S
24 fzofzp1 ⊢ n ∈ M ..^ N → n + 1 ∈ M … N
25 fveq2 ⊢ k = n + 1 → G ⁡ k = G ⁡ n + 1
26 25 eleq1d ⊢ k = n + 1 → G ⁡ k ∈ S ↔ G ⁡ n + 1 ∈ S
27 26 rspccva ⊢ ∀ k ∈ M … N G ⁡ k ∈ S ∧ n + 1 ∈ M … N → G ⁡ n + 1 ∈ S
28 15 24 27 syl2an ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → G ⁡ n + 1 ∈ S
29 5 ralrimiva ⊢ φ → ∀ k ∈ M … N F ⁡ k ∈ S
30 fveq2 ⊢ k = x → F ⁡ k = F ⁡ x
31 30 eleq1d ⊢ k = x → F ⁡ k ∈ S ↔ F ⁡ x ∈ S
32 31 rspccva ⊢ ∀ k ∈ M … N F ⁡ k ∈ S ∧ x ∈ M … N → F ⁡ x ∈ S
33 29 32 sylan ⊢ φ ∧ x ∈ M … N → F ⁡ x ∈ S
34 33 adantlr ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N ∧ x ∈ M … N → F ⁡ x ∈ S
35 14 34 syldan ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N ∧ x ∈ M … n → F ⁡ x ∈ S
36 9 35 22 seqcl ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → seq M + ˙ F ⁡ n ∈ S
37 fveq2 ⊢ k = n + 1 → F ⁡ k = F ⁡ n + 1
38 37 eleq1d ⊢ k = n + 1 → F ⁡ k ∈ S ↔ F ⁡ n + 1 ∈ S
39 38 rspccva ⊢ ∀ k ∈ M … N F ⁡ k ∈ S ∧ n + 1 ∈ M … N → F ⁡ n + 1 ∈ S
40 29 24 39 syl2an ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → F ⁡ n + 1 ∈ S
41 3 anassrs ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S ∧ z ∈ S ∧ w ∈ S → x Q z + ˙ y Q w = x + ˙ y Q z + ˙ w
42 41 ralrimivva ⊢ φ ∧ x ∈ S ∧ y ∈ S → ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S x Q z + ˙ y Q w = x + ˙ y Q z + ˙ w
43 42 ralrimivva ⊢ φ → ∀ x ∈ S ∀ y ∈ S ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S x Q z + ˙ y Q w = x + ˙ y Q z + ˙ w
44 43 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → ∀ x ∈ S ∀ y ∈ S ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S x Q z + ˙ y Q w = x + ˙ y Q z + ˙ w
45 oveq1 ⊢ x = seq M + ˙ F ⁡ n → x Q z = seq M + ˙ F ⁡ n Q z
46 45 oveq1d ⊢ x = seq M + ˙ F ⁡ n → x Q z + ˙ y Q w = seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ y Q w
47 oveq1 ⊢ x = seq M + ˙ F ⁡ n → x + ˙ y = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ y
48 47 oveq1d ⊢ x = seq M + ˙ F ⁡ n → x + ˙ y Q z + ˙ w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ y Q z + ˙ w
49 46 48 eqeq12d ⊢ x = seq M + ˙ F ⁡ n → x Q z + ˙ y Q w = x + ˙ y Q z + ˙ w ↔ seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ y Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ y Q z + ˙ w
50 49 2ralbidv ⊢ x = seq M + ˙ F ⁡ n → ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S x Q z + ˙ y Q w = x + ˙ y Q z + ˙ w ↔ ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ y Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ y Q z + ˙ w
51 oveq1 ⊢ y = F ⁡ n + 1 → y Q w = F ⁡ n + 1 Q w
52 51 oveq2d ⊢ y = F ⁡ n + 1 → seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ y Q w = seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ F ⁡ n + 1 Q w
53 oveq2 ⊢ y = F ⁡ n + 1 → seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ y = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1
54 53 oveq1d ⊢ y = F ⁡ n + 1 → seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ y Q z + ˙ w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q z + ˙ w
55 52 54 eqeq12d ⊢ y = F ⁡ n + 1 → seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ y Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ y Q z + ˙ w ↔ seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ F ⁡ n + 1 Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q z + ˙ w
56 55 2ralbidv ⊢ y = F ⁡ n + 1 → ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ y Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ y Q z + ˙ w ↔ ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ F ⁡ n + 1 Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q z + ˙ w
57 50 56 rspc2va ⊢ seq M + ˙ F ⁡ n ∈ S ∧ F ⁡ n + 1 ∈ S ∧ ∀ x ∈ S ∀ y ∈ S ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S x Q z + ˙ y Q w = x + ˙ y Q z + ˙ w → ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ F ⁡ n + 1 Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q z + ˙ w
58 36 40 44 57 syl21anc ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ F ⁡ n + 1 Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q z + ˙ w
59 oveq2 ⊢ z = seq M + ˙ G ⁡ n → seq M + ˙ F ⁡ n Q z = seq M + ˙ F ⁡ n Q seq M + ˙ G ⁡ n
60 59 oveq1d ⊢ z = seq M + ˙ G ⁡ n → seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ F ⁡ n + 1 Q w = seq M + ˙ F ⁡ n Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q w
61 oveq1 ⊢ z = seq M + ˙ G ⁡ n → z + ˙ w = seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ w
62 61 oveq2d ⊢ z = seq M + ˙ G ⁡ n → seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q z + ˙ w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ w
63 60 62 eqeq12d ⊢ z = seq M + ˙ G ⁡ n → seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ F ⁡ n + 1 Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q z + ˙ w ↔ seq M + ˙ F ⁡ n Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ w
64 oveq2 ⊢ w = G ⁡ n + 1 → F ⁡ n + 1 Q w = F ⁡ n + 1 Q G ⁡ n + 1
65 64 oveq2d ⊢ w = G ⁡ n + 1 → seq M + ˙ F ⁡ n Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q w = seq M + ˙ F ⁡ n Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q G ⁡ n + 1
66 oveq2 ⊢ w = G ⁡ n + 1 → seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ w = seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ G ⁡ n + 1
67 66 oveq2d ⊢ w = G ⁡ n + 1 → seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ G ⁡ n + 1
68 65 67 eqeq12d ⊢ w = G ⁡ n + 1 → seq M + ˙ F ⁡ n Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ w ↔ seq M + ˙ F ⁡ n Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q G ⁡ n + 1 = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ G ⁡ n + 1
69 63 68 rspc2va ⊢ seq M + ˙ G ⁡ n ∈ S ∧ G ⁡ n + 1 ∈ S ∧ ∀ z ∈ S ∀ w ∈ S seq M + ˙ F ⁡ n Q z + ˙ F ⁡ n + 1 Q w = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q z + ˙ w → seq M + ˙ F ⁡ n Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q G ⁡ n + 1 = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ G ⁡ n + 1
70 23 28 58 69 syl21anc ⊢ φ ∧ n ∈ M ..^ N → seq M + ˙ F ⁡ n Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q G ⁡ n + 1 = seq M + ˙ F ⁡ n + ˙ F ⁡ n + 1 Q seq M + ˙ G ⁡ n + ˙ G ⁡ n + 1
71 1 2 4 5 6 7 70 seqcaopr3 ⊢ φ → seq M + ˙ H ⁡ N = seq M + ˙ F ⁡ N Q seq M + ˙ G ⁡ N