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Theorem telgsumfzs

Description: Telescoping group sum ranging over a finite set of sequential integers, using explicit substitution. (Contributed by AV, 23-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses telgsumfzs.b B = Base G
telgsumfzs.g φ G Abel
telgsumfzs.m - ˙ = - G
telgsumfzs.n φ N M
telgsumfzs.f φ k M N + 1 C B
Assertion telgsumfzs φ G i = M N i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ N + 1 / k C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 telgsumfzs.b B = Base G
2 telgsumfzs.g φ G Abel
3 telgsumfzs.m - ˙ = - G
4 telgsumfzs.n φ N M
5 telgsumfzs.f φ k M N + 1 C B
6 oveq1 x = M x + 1 = M + 1
7 6 oveq2d x = M M x + 1 = M M + 1
8 7 raleqdv x = M k M x + 1 C B k M M + 1 C B
9 8 anbi2d x = M φ k M x + 1 C B φ k M M + 1 C B
10 oveq2 x = M M x = M M
11 10 mpteq1d x = M i M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = i M M i / k C - ˙ i + 1 / k C
12 11 oveq2d x = M G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = G i = M M i / k C - ˙ i + 1 / k C
13 6 csbeq1d x = M x + 1 / k C = M + 1 / k C
14 13 oveq2d x = M M / k C - ˙ x + 1 / k C = M / k C - ˙ M + 1 / k C
15 12 14 eqeq12d x = M G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ x + 1 / k C G i = M M i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ M + 1 / k C
16 9 15 imbi12d x = M φ k M x + 1 C B G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ x + 1 / k C φ k M M + 1 C B G i = M M i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ M + 1 / k C
17 oveq1 x = y x + 1 = y + 1
18 17 oveq2d x = y M x + 1 = M y + 1
19 18 raleqdv x = y k M x + 1 C B k M y + 1 C B
20 19 anbi2d x = y φ k M x + 1 C B φ k M y + 1 C B
21 oveq2 x = y M x = M y
22 21 mpteq1d x = y i M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = i M y i / k C - ˙ i + 1 / k C
23 22 oveq2d x = y G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = G i = M y i / k C - ˙ i + 1 / k C
24 17 csbeq1d x = y x + 1 / k C = y + 1 / k C
25 24 oveq2d x = y M / k C - ˙ x + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 / k C
26 23 25 eqeq12d x = y G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ x + 1 / k C G i = M y i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 / k C
27 20 26 imbi12d x = y φ k M x + 1 C B G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ x + 1 / k C φ k M y + 1 C B G i = M y i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 / k C
28 oveq1 x = y + 1 x + 1 = y + 1 + 1
29 28 oveq2d x = y + 1 M x + 1 = M y + 1 + 1
30 29 raleqdv x = y + 1 k M x + 1 C B k M y + 1 + 1 C B
31 30 anbi2d x = y + 1 φ k M x + 1 C B φ k M y + 1 + 1 C B
32 oveq2 x = y + 1 M x = M y + 1
33 32 mpteq1d x = y + 1 i M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = i M y + 1 i / k C - ˙ i + 1 / k C
34 33 oveq2d x = y + 1 G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = G i = M y + 1 i / k C - ˙ i + 1 / k C
35 28 csbeq1d x = y + 1 x + 1 / k C = y + 1 + 1 / k C
36 35 oveq2d x = y + 1 M / k C - ˙ x + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 + 1 / k C
37 34 36 eqeq12d x = y + 1 G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ x + 1 / k C G i = M y + 1 i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 + 1 / k C
38 31 37 imbi12d x = y + 1 φ k M x + 1 C B G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ x + 1 / k C φ k M y + 1 + 1 C B G i = M y + 1 i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 + 1 / k C
39 oveq1 x = N x + 1 = N + 1
40 39 oveq2d x = N M x + 1 = M N + 1
41 40 raleqdv x = N k M x + 1 C B k M N + 1 C B
42 41 anbi2d x = N φ k M x + 1 C B φ k M N + 1 C B
43 oveq2 x = N M x = M N
44 43 mpteq1d x = N i M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = i M N i / k C - ˙ i + 1 / k C
45 44 oveq2d x = N G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = G i = M N i / k C - ˙ i + 1 / k C
46 39 csbeq1d x = N x + 1 / k C = N + 1 / k C
47 46 oveq2d x = N M / k C - ˙ x + 1 / k C = M / k C - ˙ N + 1 / k C
48 45 47 eqeq12d x = N G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ x + 1 / k C G i = M N i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ N + 1 / k C
49 42 48 imbi12d x = N φ k M x + 1 C B G i = M x i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ x + 1 / k C φ k M N + 1 C B G i = M N i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ N + 1 / k C
50 eluzel2 N M M
51 4 50 syl φ M
52 51 adantr φ k M M + 1 C B M
53 fzsn M M M = M
54 52 53 syl φ k M M + 1 C B M M = M
55 54 mpteq1d φ k M M + 1 C B i M M i / k C - ˙ i + 1 / k C = i M i / k C - ˙ i + 1 / k C
56 55 oveq2d φ k M M + 1 C B G i = M M i / k C - ˙ i + 1 / k C = G i M i / k C - ˙ i + 1 / k C
57 ablgrp G Abel G Grp
58 2 57 syl φ G Grp
59 grpmnd G Grp G Mnd
60 58 59 syl φ G Mnd
61 60 adantr φ k M M + 1 C B G Mnd
62 58 adantr φ k M M + 1 C B G Grp
63 uzid M M M
64 52 63 syl φ k M M + 1 C B M M
65 peano2uz M M M + 1 M
66 64 65 syl φ k M M + 1 C B M + 1 M
67 eluzfz1 M + 1 M M M M + 1
68 66 67 syl φ k M M + 1 C B M M M + 1
69 rspcsbela M M M + 1 k M M + 1 C B M / k C B
70 68 69 sylancom φ k M M + 1 C B M / k C B
71 eluzfz2 M + 1 M M + 1 M M + 1
72 66 71 syl φ k M M + 1 C B M + 1 M M + 1
73 rspcsbela M + 1 M M + 1 k M M + 1 C B M + 1 / k C B
74 72 73 sylancom φ k M M + 1 C B M + 1 / k C B
75 1 3 grpsubcl G Grp M / k C B M + 1 / k C B M / k C - ˙ M + 1 / k C B
76 62 70 74 75 syl3anc φ k M M + 1 C B M / k C - ˙ M + 1 / k C B
77 csbeq1 i = M i / k C = M / k C
78 oveq1 i = M i + 1 = M + 1
79 78 csbeq1d i = M i + 1 / k C = M + 1 / k C
80 77 79 oveq12d i = M i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ M + 1 / k C
81 80 adantl φ k M M + 1 C B i = M i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ M + 1 / k C
82 1 61 52 76 81 gsumsnd φ k M M + 1 C B G i M i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ M + 1 / k C
83 56 82 eqtrd φ k M M + 1 C B G i = M M i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ M + 1 / k C
84 1 2 3 telgsumfzslem y M φ k M y + 1 + 1 C B G i = M y i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 / k C G i = M y + 1 i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 + 1 / k C
85 84 ex y M φ k M y + 1 + 1 C B G i = M y i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 / k C G i = M y + 1 i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 + 1 / k C
86 eluzelz y M y
87 86 peano2zd y M y + 1
88 87 peano2zd y M y + 1 + 1
89 peano2z y y + 1
90 89 zred y y + 1
91 86 90 syl y M y + 1
92 91 lep1d y M y + 1 y + 1 + 1
93 eluz2 y + 1 + 1 y + 1 y + 1 y + 1 + 1 y + 1 y + 1 + 1
94 87 88 92 93 syl3anbrc y M y + 1 + 1 y + 1
95 fzss2 y + 1 + 1 y + 1 M y + 1 M y + 1 + 1
96 94 95 syl y M M y + 1 M y + 1 + 1
97 ssralv M y + 1 M y + 1 + 1 k M y + 1 + 1 C B k M y + 1 C B
98 96 97 syl y M k M y + 1 + 1 C B k M y + 1 C B
99 98 adantld y M φ k M y + 1 + 1 C B k M y + 1 C B
100 85 99 a2and y M φ k M y + 1 C B G i = M y i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 / k C φ k M y + 1 + 1 C B G i = M y + 1 i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ y + 1 + 1 / k C
101 16 27 38 49 83 100 uzind4i N M φ k M N + 1 C B G i = M N i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ N + 1 / k C
102 101 expd N M φ k M N + 1 C B G i = M N i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ N + 1 / k C
103 4 102 mpcom φ k M N + 1 C B G i = M N i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ N + 1 / k C
104 5 103 mpd φ G i = M N i / k C - ˙ i + 1 / k C = M / k C - ˙ N + 1 / k C