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Theorem sumdchr2

Description: Lemma for sumdchr . (Contributed by Mario Carneiro, 28-Apr-2016)

Ref Expression
Hypotheses sumdchr.g ⊢ G = DChr ⁡ N
sumdchr.d ⊢ D = Base G
sumdchr2.z ⊢ Z = ℤ/Nℤ
sumdchr2.1 ⊢ 1 ˙ = 1 Z
sumdchr2.b ⊢ B = Base Z
sumdchr2.n ⊢ φ → N ∈ ℕ
sumdchr2.x ⊢ φ → A ∈ B
Assertion sumdchr2 ⊢ φ → ∑ x ∈ D x ⁡ A = if A = 1 ˙ D 0

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sumdchr.g ⊢ G = DChr ⁡ N
2 sumdchr.d ⊢ D = Base G
3 sumdchr2.z ⊢ Z = ℤ/Nℤ
4 sumdchr2.1 ⊢ 1 ˙ = 1 Z
5 sumdchr2.b ⊢ B = Base Z
6 sumdchr2.n ⊢ φ → N ∈ ℕ
7 sumdchr2.x ⊢ φ → A ∈ B
8 eqeq2 ⊢ D = if A = 1 ˙ D 0 → ∑ x ∈ D x ⁡ A = D ↔ ∑ x ∈ D x ⁡ A = if A = 1 ˙ D 0
9 eqeq2 ⊢ 0 = if A = 1 ˙ D 0 → ∑ x ∈ D x ⁡ A = 0 ↔ ∑ x ∈ D x ⁡ A = if A = 1 ˙ D 0
10 fveq2 ⊢ A = 1 ˙ → x ⁡ A = x ⁡ 1 ˙
11 1 3 2 dchrmhm ⊢ D ⊆ mulGrp Z MndHom mulGrp ℂ fld
12 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ D → x ∈ D
13 11 12 sselid ⊢ φ ∧ x ∈ D → x ∈ mulGrp Z MndHom mulGrp ℂ fld
14 eqid ⊢ mulGrp Z = mulGrp Z
15 14 4 ringidval ⊢ 1 ˙ = 0 mulGrp Z
16 eqid ⊢ mulGrp ℂ fld = mulGrp ℂ fld
17 cnfld1 ⊢ 1 = 1 ℂ fld
18 16 17 ringidval ⊢ 1 = 0 mulGrp ℂ fld
19 15 18 mhm0 ⊢ x ∈ mulGrp Z MndHom mulGrp ℂ fld → x ⁡ 1 ˙ = 1
20 13 19 syl ⊢ φ ∧ x ∈ D → x ⁡ 1 ˙ = 1
21 10 20 sylan9eqr ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ A = 1 ˙ → x ⁡ A = 1
22 21 an32s ⊢ φ ∧ A = 1 ˙ ∧ x ∈ D → x ⁡ A = 1
23 22 sumeq2dv ⊢ φ ∧ A = 1 ˙ → ∑ x ∈ D x ⁡ A = ∑ x ∈ D 1
24 1 2 dchrfi ⊢ N ∈ ℕ → D ∈ Fin
25 6 24 syl ⊢ φ → D ∈ Fin
26 ax-1cn ⊢ 1 ∈ ℂ
27 fsumconst ⊢ D ∈ Fin ∧ 1 ∈ ℂ → ∑ x ∈ D 1 = D ⋅ 1
28 25 26 27 sylancl ⊢ φ → ∑ x ∈ D 1 = D ⋅ 1
29 hashcl ⊢ D ∈ Fin → D ∈ ℕ 0
30 6 24 29 3syl ⊢ φ → D ∈ ℕ 0
31 30 nn0cnd ⊢ φ → D ∈ ℂ
32 31 mulridd ⊢ φ → D ⋅ 1 = D
33 28 32 eqtrd ⊢ φ → ∑ x ∈ D 1 = D
34 33 adantr ⊢ φ ∧ A = 1 ˙ → ∑ x ∈ D 1 = D
35 23 34 eqtrd ⊢ φ ∧ A = 1 ˙ → ∑ x ∈ D x ⁡ A = D
36 df-ne ⊢ A ≠ 1 ˙ ↔ ¬ A = 1 ˙
37 6 adantr ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ → N ∈ ℕ
38 simpr ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ → A ≠ 1 ˙
39 7 adantr ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ → A ∈ B
40 1 3 2 5 4 37 38 39 dchrpt ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ → ∃ y ∈ D y ⁡ A ≠ 1
41 37 adantr ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → N ∈ ℕ
42 41 24 syl ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → D ∈ Fin
43 simpr ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → x ∈ D
44 1 3 2 5 43 dchrf ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → x : B ⟶ ℂ
45 39 adantr ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → A ∈ B
46 45 adantr ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → A ∈ B
47 44 46 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → x ⁡ A ∈ ℂ
48 42 47 fsumcl ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → ∑ x ∈ D x ⁡ A ∈ ℂ
49 0cnd ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → 0 ∈ ℂ
50 simprl ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ∈ D
51 1 3 2 5 50 dchrf ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y : B ⟶ ℂ
52 51 45 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A ∈ ℂ
53 subcl ⊢ y ⁡ A ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → y ⁡ A − 1 ∈ ℂ
54 52 26 53 sylancl ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A − 1 ∈ ℂ
55 simprr ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A ≠ 1
56 subeq0 ⊢ y ⁡ A ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ → y ⁡ A − 1 = 0 ↔ y ⁡ A = 1
57 52 26 56 sylancl ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A − 1 = 0 ↔ y ⁡ A = 1
58 57 necon3bid ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A − 1 ≠ 0 ↔ y ⁡ A ≠ 1
59 55 58 mpbird ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A − 1 ≠ 0
60 oveq2 ⊢ z = x → y + G z = y + G x
61 60 fveq1d ⊢ z = x → y + G z ⁡ A = y + G x ⁡ A
62 61 cbvsumv ⊢ ∑ z ∈ D y + G z ⁡ A = ∑ x ∈ D y + G x ⁡ A
63 eqid ⊢ + G = + G
64 50 adantr ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → y ∈ D
65 1 3 2 63 64 43 dchrmul ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → y + G x = y × f x
66 65 fveq1d ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → y + G x ⁡ A = y × f x ⁡ A
67 51 adantr ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → y : B ⟶ ℂ
68 67 ffnd ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → y Fn B
69 44 ffnd ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → x Fn B
70 5 fvexi ⊢ B ∈ V
71 70 a1i ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → B ∈ V
72 fnfvof ⊢ y Fn B ∧ x Fn B ∧ B ∈ V ∧ A ∈ B → y × f x ⁡ A = y ⁡ A ⁢ x ⁡ A
73 68 69 71 46 72 syl22anc ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → y × f x ⁡ A = y ⁡ A ⁢ x ⁡ A
74 66 73 eqtrd ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ x ∈ D → y + G x ⁡ A = y ⁡ A ⁢ x ⁡ A
75 74 sumeq2dv ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → ∑ x ∈ D y + G x ⁡ A = ∑ x ∈ D y ⁡ A ⁢ x ⁡ A
76 62 75 eqtrid ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → ∑ z ∈ D y + G z ⁡ A = ∑ x ∈ D y ⁡ A ⁢ x ⁡ A
77 fveq1 ⊢ x = y + G z → x ⁡ A = y + G z ⁡ A
78 1 dchrabl ⊢ N ∈ ℕ → G ∈ Abel
79 ablgrp ⊢ G ∈ Abel → G ∈ Grp
80 41 78 79 3syl ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → G ∈ Grp
81 eqid ⊢ a ∈ D ⟼ b ∈ D ⟼ a + G b = a ∈ D ⟼ b ∈ D ⟼ a + G b
82 81 2 63 grplactf1o ⊢ G ∈ Grp ∧ y ∈ D → a ∈ D ⟼ b ∈ D ⟼ a + G b ⁡ y : D ⟶ 1-1 onto D
83 80 50 82 syl2anc ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → a ∈ D ⟼ b ∈ D ⟼ a + G b ⁡ y : D ⟶ 1-1 onto D
84 81 2 grplactval ⊢ y ∈ D ∧ z ∈ D → a ∈ D ⟼ b ∈ D ⟼ a + G b ⁡ y ⁡ z = y + G z
85 50 84 sylan ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 ∧ z ∈ D → a ∈ D ⟼ b ∈ D ⟼ a + G b ⁡ y ⁡ z = y + G z
86 77 42 83 85 47 fsumf1o ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → ∑ x ∈ D x ⁡ A = ∑ z ∈ D y + G z ⁡ A
87 42 52 47 fsummulc2 ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A = ∑ x ∈ D y ⁡ A ⁢ x ⁡ A
88 76 86 87 3eqtr4rd ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A = ∑ x ∈ D x ⁡ A
89 48 mullidd ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → 1 ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A = ∑ x ∈ D x ⁡ A
90 88 89 oveq12d ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A − 1 ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A = ∑ x ∈ D x ⁡ A − ∑ x ∈ D x ⁡ A
91 48 subidd ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → ∑ x ∈ D x ⁡ A − ∑ x ∈ D x ⁡ A = 0
92 90 91 eqtrd ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A − 1 ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A = 0
93 26 a1i ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → 1 ∈ ℂ
94 52 93 48 subdird ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A − 1 ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A = y ⁡ A ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A − 1 ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A
95 54 mul01d ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A − 1 ⋅ 0 = 0
96 92 94 95 3eqtr4d ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → y ⁡ A − 1 ⁢ ∑ x ∈ D x ⁡ A = y ⁡ A − 1 ⋅ 0
97 48 49 54 59 96 mulcanad ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ ∧ y ∈ D ∧ y ⁡ A ≠ 1 → ∑ x ∈ D x ⁡ A = 0
98 40 97 rexlimddv ⊢ φ ∧ A ≠ 1 ˙ → ∑ x ∈ D x ⁡ A = 0
99 36 98 sylan2br ⊢ φ ∧ ¬ A = 1 ˙ → ∑ x ∈ D x ⁡ A = 0
100 8 9 35 99 ifbothda ⊢ φ → ∑ x ∈ D x ⁡ A = if A = 1 ˙ D 0