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Theorem srgbinomlem3

Description: Lemma 3 for srgbinomlem . (Contributed by AV, 23-Aug-2019) (Proof shortened by AV, 27-Oct-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 srgbinomlem3 ⊢ φ ∧ ψ → N × ˙ A + ˙ B × ˙ A = ∑ R k = 0 N + 1 ( N 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 12 adantl ⊢ φ ∧ ψ → N × ˙ A + ˙ B = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
14 13 oveq1d ⊢ φ ∧ ψ → N × ˙ A + ˙ B × ˙ A = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B × ˙ A
15 srgcmn ⊢ R ∈ SRing → R ∈ CMnd
16 7 15 syl ⊢ φ → R ∈ CMnd
17 simpl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → φ
18 elfzelz ⊢ k ∈ 0 … N + 1 → k ∈ ℤ
19 bccl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ ℤ → ( N k) ∈ ℕ 0
20 11 18 19 syl2an ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N k) ∈ ℕ 0
21 fznn0sub ⊢ k ∈ 0 … N + 1 → N + 1 - k ∈ ℕ 0
22 21 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → N + 1 - k ∈ ℕ 0
23 elfznn0 ⊢ k ∈ 0 … N + 1 → k ∈ ℕ 0
24 23 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → k ∈ ℕ 0
25 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 srgbinomlem2 ⊢ φ ∧ ( N k) ∈ ℕ 0 ∧ N + 1 - k ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ ℕ 0 → ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
26 17 20 22 24 25 syl13anc ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N + 1 → ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
27 1 4 16 11 26 gsummptfzsplit ⊢ φ → ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ∑ R k ∈ N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
28 srgmnd ⊢ R ∈ SRing → R ∈ Mnd
29 7 28 syl ⊢ φ → R ∈ Mnd
30 ovexd ⊢ φ → N + 1 ∈ V
31 id ⊢ φ → φ
32 11 nn0zd ⊢ φ → N ∈ ℤ
33 32 peano2zd ⊢ φ → N + 1 ∈ ℤ
34 bccl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ N + 1 ∈ ℤ → ( N N + 1 ) ∈ ℕ 0
35 11 33 34 syl2anc ⊢ φ → ( N N + 1 ) ∈ ℕ 0
36 11 nn0cnd ⊢ φ → N ∈ ℂ
37 peano2cn ⊢ N ∈ ℂ → N + 1 ∈ ℂ
38 36 37 syl ⊢ φ → N + 1 ∈ ℂ
39 38 subidd ⊢ φ → N + 1 - N + 1 = 0
40 0nn0 ⊢ 0 ∈ ℕ 0
41 39 40 eqeltrdi ⊢ φ → N + 1 - N + 1 ∈ ℕ 0
42 peano2nn0 ⊢ N ∈ ℕ 0 → N + 1 ∈ ℕ 0
43 11 42 syl ⊢ φ → N + 1 ∈ ℕ 0
44 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 srgbinomlem2 ⊢ φ ∧ ( N N + 1 ) ∈ ℕ 0 ∧ N + 1 - N + 1 ∈ ℕ 0 ∧ N + 1 ∈ ℕ 0 → ( N N + 1 ) · ˙ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B ∈ S
45 31 35 41 43 44 syl13anc ⊢ φ → ( N N + 1 ) · ˙ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B ∈ S
46 oveq2 ⊢ k = N + 1 → ( N k) = ( N N + 1 )
47 oveq2 ⊢ k = N + 1 → N + 1 - k = N + 1 - N + 1
48 47 oveq1d ⊢ k = N + 1 → N + 1 - k × ˙ A = N + 1 - N + 1 × ˙ A
49 oveq1 ⊢ k = N + 1 → k × ˙ B = N + 1 × ˙ B
50 48 49 oveq12d ⊢ k = N + 1 → N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B
51 46 50 oveq12d ⊢ k = N + 1 → ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ( N N + 1 ) · ˙ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B
52 1 51 gsumsn ⊢ R ∈ Mnd ∧ N + 1 ∈ V ∧ ( N N + 1 ) · ˙ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B ∈ S → ∑ R k ∈ N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ( N N + 1 ) · ˙ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B
53 29 30 45 52 syl3anc ⊢ φ → ∑ R k ∈ N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ( N N + 1 ) · ˙ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B
54 11 nn0red ⊢ φ → N ∈ ℝ
55 54 ltp1d ⊢ φ → N < N + 1
56 55 olcd ⊢ φ → N + 1 < 0 ∨ N < N + 1
57 bcval4 ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ N + 1 ∈ ℤ ∧ N + 1 < 0 ∨ N < N + 1 → ( N N + 1 ) = 0
58 11 33 56 57 syl3anc ⊢ φ → ( N N + 1 ) = 0
59 58 oveq1d ⊢ φ → ( N N + 1 ) · ˙ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B = 0 · ˙ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B
60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 srgbinomlem1 ⊢ φ ∧ N + 1 - N + 1 ∈ ℕ 0 ∧ N + 1 ∈ ℕ 0 → N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B ∈ S
61 31 41 43 60 syl12anc ⊢ φ → N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B ∈ S
62 eqid ⊢ 0 R = 0 R
63 1 62 3 mulg0 ⊢ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B ∈ S → 0 · ˙ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B = 0 R
64 61 63 syl ⊢ φ → 0 · ˙ N + 1 - N + 1 × ˙ A × ˙ N + 1 × ˙ B = 0 R
65 53 59 64 3eqtrd ⊢ φ → ∑ R k ∈ N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = 0 R
66 65 oveq2d ⊢ φ → ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ ∑ R k ∈ N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ 0 R
67 fzfid ⊢ φ → 0 … N ∈ Fin
68 simpl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → φ
69 bccl2 ⊢ k ∈ 0 … N → ( N k) ∈ ℕ
70 69 nnnn0d ⊢ k ∈ 0 … N → ( N k) ∈ ℕ 0
71 70 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → ( N k) ∈ ℕ 0
72 fzelp1 ⊢ k ∈ 0 … N → k ∈ 0 … N + 1
73 72 22 sylan2 ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → N + 1 - k ∈ ℕ 0
74 elfznn0 ⊢ k ∈ 0 … N → k ∈ ℕ 0
75 74 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → k ∈ ℕ 0
76 68 71 73 75 25 syl13anc ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
77 76 ralrimiva ⊢ φ → ∀ k ∈ 0 … N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
78 1 16 67 77 gsummptcl ⊢ φ → ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
79 1 4 62 mndrid ⊢ R ∈ Mnd ∧ ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S → ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ 0 R = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
80 29 78 79 syl2anc ⊢ φ → ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B + ˙ 0 R = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
81 27 66 80 3eqtrd ⊢ φ → ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
82 7 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → R ∈ SRing
83 8 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → A ∈ S
84 9 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → B ∈ S
85 10 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → A × ˙ B = B × ˙ A
86 fznn0sub ⊢ k ∈ 0 … N → N − k ∈ ℕ 0
87 86 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → N − k ∈ ℕ 0
88 1 2 5 6 82 83 84 75 85 87 3 71 srgpcomppsc ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B × ˙ A = ( N k) · ˙ N - k + 1 × ˙ A × ˙ k × ˙ B
89 36 adantr ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → N ∈ ℂ
90 1cnd ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → 1 ∈ ℂ
91 elfzelz ⊢ k ∈ 0 … N → k ∈ ℤ
92 91 zcnd ⊢ k ∈ 0 … N → k ∈ ℂ
93 92 adantl ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → k ∈ ℂ
94 89 90 93 addsubd ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → N + 1 - k = N - k + 1
95 94 oveq1d ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → N + 1 - k × ˙ A = N - k + 1 × ˙ A
96 95 oveq1d ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = N - k + 1 × ˙ A × ˙ k × ˙ B
97 96 oveq2d ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = ( N k) · ˙ N - k + 1 × ˙ A × ˙ k × ˙ B
98 88 97 eqtr4d ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B × ˙ A = ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
99 98 mpteq2dva ⊢ φ → k ∈ 0 … N ⟼ ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B × ˙ A = k ∈ 0 … N ⟼ ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
100 99 oveq2d ⊢ φ → ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B × ˙ A = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
101 ovexd ⊢ φ → 0 … N ∈ V
102 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 srgbinomlem2 ⊢ φ ∧ ( N k) ∈ ℕ 0 ∧ N − k ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ ℕ 0 → ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
103 68 71 87 75 102 syl13anc ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ S
104 eqid ⊢ k ∈ 0 … N ⟼ ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B = k ∈ 0 … N ⟼ ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
105 ovexd ⊢ φ ∧ k ∈ 0 … N → ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B ∈ V
106 fvexd ⊢ φ → 0 R ∈ V
107 104 67 105 106 fsuppmptdm ⊢ φ → finSupp 0 R⁡ k ∈ 0 … N ⟼ ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
108 1 62 4 2 7 101 8 103 107 srgsummulcr ⊢ φ → ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B × ˙ A = ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B × ˙ A
109 81 100 108 3eqtr2rd ⊢ φ → ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B × ˙ A = ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
110 109 adantr ⊢ φ ∧ ψ → ∑ R k = 0 N ( N k) · ˙ N − k × ˙ A × ˙ k × ˙ B × ˙ A = ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B
111 14 110 eqtrd ⊢ φ ∧ ψ → N × ˙ A + ˙ B × ˙ A = ∑ R k = 0 N + 1 ( N k) · ˙ N + 1 - k × ˙ A × ˙ k × ˙ B