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Theorem srgbinomlem

Description: Lemma for srgbinom . Inductive step, analogous to binomlem . (Contributed by AV, 24-Aug-2019)

Ref Expression
Hypotheses srgbinom.s ⊢ S = Base R
srgbinom.m ⊢ × ˙ = ⋅ R
srgbinom.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
srgbinom.a ⊢ + ˙ = + R
srgbinom.g ⊢ G = mulGrp R
srgbinom.e ⊢ × ˙ = ⋅ G
srgbinomlem.r ⊢ φ → R ∈ SRing
srgbinomlem.a ⊢ φ → A ∈ S
srgbinomlem.b ⊢ φ → B ∈ S
srgbinomlem.c ⊢ φ → A × ˙ B = B × ˙ A
srgbinomlem.n ⊢ φ → N ∈ ℕ 0
srgbinomlem.i ⊢ ψ → N × ˙ A + ˙ B = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
Assertion srgbinomlem ⊢ φ ∧ ψ → N + 1 × ˙ A + ˙ B = ∑ R k = 0 N + 1 ( N + 1 k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 srgbinom.s ⊢ S = Base R
2 srgbinom.m ⊢ × ˙ = ⋅ R
3 srgbinom.t ⊢ · ˙ = ⋅ R
4 srgbinom.a ⊢ + ˙ = + R
5 srgbinom.g ⊢ G = mulGrp R
6 srgbinom.e ⊢ × ˙ = ⋅ G
7 srgbinomlem.r ⊢ φ → R ∈ SRing
8 srgbinomlem.a ⊢ φ → A ∈ S
9 srgbinomlem.b ⊢ φ → B ∈ S
10 srgbinomlem.c ⊢ φ → A × ˙ B = B × ˙ A
11 srgbinomlem.n ⊢ φ → N ∈ ℕ 0
12 srgbinomlem.i ⊢ ψ → N × ˙ A + ˙ B = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 srgbinomlem3 ⊢ φ ∧ ψ → N × ˙ A + ˙ B × ˙ A = ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 srgbinomlem4 ⊢ φ ∧ ψ → N × ˙ A + ˙ B × ˙ B = ∑ R k = 0 N + 1 ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
15 13 14 oveq12d ⊢ φ ∧ ψ → N × ˙ A + ˙ B × ˙ A + ˙ N × ˙ A + ˙ B × ˙ B = ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ∑ R k = 0 N + 1 ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
16 5 srgmgp ⊢ R ∈ SRing → G ∈ Mnd
17 7 16 syl ⊢ φ → G ∈ Mnd
18 srgmnd ⊢ R ∈ SRing → R ∈ Mnd
19 7 18 syl ⊢ φ → R ∈ Mnd
20 1 4 mndcl ⊢ R ∈ Mnd ∧ A ∈ S ∧ B ∈ S → A + ˙ B ∈ S
21 19 8 9 20 syl3anc ⊢ φ → A + ˙ B ∈ S
22 17 11 21 3jca ⊢ φ → G ∈ Mnd ∧ N ∈ ℕ 0 ∧ A + ˙ B ∈ S
23 22 adantr ⊢ φ ∧ ψ → G ∈ Mnd ∧ N ∈ ℕ 0 ∧ A + ˙ B ∈ S
24 5 1 mgpbas ⊢ S = Base G
25 5 2 mgpplusg ⊢ × ˙ = + G
26 24 6 25 mulgnn0p1 ⊢ G ∈ Mnd ∧ N ∈ ℕ 0 ∧ A + ˙ B ∈ S → N + 1 × ˙ A + ˙ B = N × ˙ A + ˙ B × ˙ A + ˙ B
27 23 26 syl ⊢ φ ∧ ψ → N + 1 × ˙ A + ˙ B = N × ˙ A + ˙ B × ˙ A + ˙ B
28 24 6 17 11 21 mulgnn0cld ⊢ φ → N × ˙ A + ˙ B ∈ S
29 28 8 9 3jca ⊢ φ → N × ˙ A + ˙ B ∈ S ∧ A ∈ S ∧ B ∈ S
30 7 29 jca ⊢ φ → R ∈ SRing ∧ N × ˙ A + ˙ B ∈ S ∧ A ∈ S ∧ B ∈ S
31 30 adantr ⊢ φ ∧ ψ → R ∈ SRing ∧ N × ˙ A + ˙ B ∈ S ∧ A ∈ S ∧ B ∈ S
32 1 4 2 srgdi ⊢ R ∈ SRing ∧ N × ˙ A + ˙ B ∈ S ∧ A ∈ S ∧ B ∈ S → N × ˙ A + ˙ B × ˙ A + ˙ B = N × ˙ A + ˙ B × ˙ A + ˙ N × ˙ A + ˙ B × ˙ B
33 31 32 syl ⊢ φ ∧ ψ → N × ˙ A + ˙ B × ˙ A + ˙ B = N × ˙ A + ˙ B × ˙ A + ˙ N × ˙ A + ˙ B × ˙ B
34 27 33 eqtrd ⊢ φ ∧ ψ → N + 1 × ˙ A + ˙ B = N × ˙ A + ˙ B × ˙ A + ˙ N × ˙ A + ˙ B × ˙ B
35 elfzelz ⊢ k ∈ 0 … N + 1 → k ∈ ℤ
36 bcpasc ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ ℤ → ( N k) + ( N k − 1 ) = ( N + 1 k)
37 11 35 36 syl2an ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N k) + ( N k − 1 ) = ( N + 1 k)
38 37 oveq1d ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N k) + ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ( N + 1 k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
39 19 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → R ∈ Mnd
40 bccl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ ℤ → ( N k) ∈ ℕ 0
41 11 35 40 syl2an ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N k) ∈ ℕ 0
42 35 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → k ∈ ℤ
43 peano2zm ⊢ k ∈ ℤ → k − 1 ∈ ℤ
44 42 43 syl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → k − 1 ∈ ℤ
45 bccl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k − 1 ∈ ℤ → ( N k − 1 ) ∈ ℕ 0
46 11 44 45 syl2an2r ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N k − 1 ) ∈ ℕ 0
47 7 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → R ∈ SRing
48 17 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → G ∈ Mnd
49 fznn0sub ⊢ k ∈ 0 … N + 1 → N + 1 - k ∈ ℕ 0
50 49 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → N + 1 - k ∈ ℕ 0
51 8 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → A ∈ S
52 24 6 48 50 51 mulgnn0cld ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → N + 1 - k × ˙ A ∈ S
53 elfznn0 ⊢ k ∈ 0 … N + 1 → k ∈ ℕ 0
54 53 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → k ∈ ℕ 0
55 9 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → B ∈ S
56 24 6 48 54 55 mulgnn0cld ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → k × ˙ B ∈ S
57 1 2 srgcl ⊢ R ∈ SRing ∧ N + 1 - k × ˙ A ∈ S ∧ k × ˙ B ∈ S → N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
58 47 52 56 57 syl3anc ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
59 1 3 4 mulgnn0dir ⊢ R ∈ Mnd ∧ ( N k) ∈ ℕ 0 ∧ ( N k − 1 ) ∈ ℕ 0 ∧ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S → ( N k) + ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
60 39 41 46 58 59 syl13anc ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N k) + ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
61 38 60 eqtr3d ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N + 1 k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
62 61 mpteq2dva ⊢ φ → k ∈ 0 … N + 1 ⟼ ( N + 1 k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = k ∈ 0 … N + 1 ⟼ ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
63 62 oveq2d ⊢ φ → ∑ R k = 0 N + 1 ( N + 1 k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
64 srgcmn ⊢ R ∈ SRing → R ∈ CMnd
65 7 64 syl ⊢ φ → R ∈ CMnd
66 fzfid ⊢ φ → 0 … N + 1 ∈ Fin
67 1 3 39 41 58 mulgnn0cld ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
68 35 43 syl ⊢ k ∈ 0 … N + 1 → k − 1 ∈ ℤ
69 11 68 45 syl2an ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N k − 1 ) ∈ ℕ 0
70 1 3 39 69 58 mulgnn0cld ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
71 eqid ⊢ k ∈ 0 … N + 1 ⟼ ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = k ∈ 0 … N + 1 ⟼ ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
72 eqid ⊢ k ∈ 0 … N + 1 ⟼ ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = k ∈ 0 … N + 1 ⟼ ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
73 1 4 65 66 67 70 71 72 gsummptfidmadd ⊢ φ → ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ∑ R k = 0 N + 1 ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
74 63 73 eqtrd ⊢ φ → ∑ R k = 0 N + 1 ( N + 1 k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ∑ R k = 0 N + 1 ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
75 74 adantr ⊢ φ ∧ ψ → ∑ R k = 0 N + 1 ( N + 1 k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ∑ R k = 0 N + 1 ( N k − 1 ) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
76 15 34 75 3eqtr4d ⊢ φ ∧ ψ → N + 1 × ˙ A + ˙ B = ∑ R k = 0 N + 1 ( N + 1 k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B