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Theorem tsmsf1o

Description: Re-index an infinite group sum using a bijection. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Sep-2015)

Ref Expression
Hypotheses tsmsf1o.b ⊢ B = Base G
tsmsf1o.1 ⊢ φ → G ∈ CMnd
tsmsf1o.2 ⊢ φ → G ∈ TopSp
tsmsf1o.a ⊢ φ → A ∈ V
tsmsf1o.f ⊢ φ → F : A ⟶ B
tsmsf1o.s ⊢ φ → H : C ⟶ 1-1 onto A
Assertion tsmsf1o ⊢ φ → G tsums F = G tsums F ∘ H

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 tsmsf1o.b ⊢ B = Base G
2 tsmsf1o.1 ⊢ φ → G ∈ CMnd
3 tsmsf1o.2 ⊢ φ → G ∈ TopSp
4 tsmsf1o.a ⊢ φ → A ∈ V
5 tsmsf1o.f ⊢ φ → F : A ⟶ B
6 tsmsf1o.s ⊢ φ → H : C ⟶ 1-1 onto A
7 f1opwfi ⊢ H : C ⟶ 1-1 onto A → a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a : 𝒫 C ∩ Fin ⟶ 1-1 onto 𝒫 A ∩ Fin
8 6 7 syl ⊢ φ → a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a : 𝒫 C ∩ Fin ⟶ 1-1 onto 𝒫 A ∩ Fin
9 f1of ⊢ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a : 𝒫 C ∩ Fin ⟶ 1-1 onto 𝒫 A ∩ Fin → a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a : 𝒫 C ∩ Fin ⟶ 𝒫 A ∩ Fin
10 8 9 syl ⊢ φ → a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a : 𝒫 C ∩ Fin ⟶ 𝒫 A ∩ Fin
11 eqid ⊢ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a = a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a
12 11 fmpt ⊢ ∀ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin H a ∈ 𝒫 A ∩ Fin ↔ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a : 𝒫 C ∩ Fin ⟶ 𝒫 A ∩ Fin
13 10 12 sylibr ⊢ φ → ∀ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin H a ∈ 𝒫 A ∩ Fin
14 sseq1 ⊢ y = H a → y ⊆ z ↔ H a ⊆ z
15 14 imbi1d ⊢ y = H a → y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
16 15 ralbidv ⊢ y = H a → ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
17 11 16 rexrnmptw ⊢ ∀ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin H a ∈ 𝒫 A ∩ Fin → ∃ y ∈ ran ⁡ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∃ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
18 13 17 syl ⊢ φ → ∃ y ∈ ran ⁡ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∃ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
19 f1ofo ⊢ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a : 𝒫 C ∩ Fin ⟶ 1-1 onto 𝒫 A ∩ Fin → a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a : 𝒫 C ∩ Fin ⟶ onto 𝒫 A ∩ Fin
20 forn ⊢ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a : 𝒫 C ∩ Fin ⟶ onto 𝒫 A ∩ Fin → ran ⁡ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a = 𝒫 A ∩ Fin
21 8 19 20 3syl ⊢ φ → ran ⁡ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a = 𝒫 A ∩ Fin
22 21 rexeqdv ⊢ φ → ∃ y ∈ ran ⁡ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
23 imaeq2 ⊢ a = b → H a = H b
24 23 cbvmptv ⊢ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a = b ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H b
25 24 fmpt ⊢ ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin H b ∈ 𝒫 A ∩ Fin ↔ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a : 𝒫 C ∩ Fin ⟶ 𝒫 A ∩ Fin
26 10 25 sylibr ⊢ φ → ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin H b ∈ 𝒫 A ∩ Fin
27 sseq2 ⊢ z = H b → H a ⊆ z ↔ H a ⊆ H b
28 reseq2 ⊢ z = H b → F ↾ z = F ↾ H b
29 28 oveq2d ⊢ z = H b → ∑ G F ↾ z = ∑ G F ↾ H b
30 29 eleq1d ⊢ z = H b → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∑ G F ↾ H b ∈ u
31 27 30 imbi12d ⊢ z = H b → H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ H a ⊆ H b → ∑ G F ↾ H b ∈ u
32 24 31 ralrnmptw ⊢ ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin H b ∈ 𝒫 A ∩ Fin → ∀ z ∈ ran ⁡ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin H a ⊆ H b → ∑ G F ↾ H b ∈ u
33 26 32 syl ⊢ φ → ∀ z ∈ ran ⁡ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin H a ⊆ H b → ∑ G F ↾ H b ∈ u
34 21 raleqdv ⊢ φ → ∀ z ∈ ran ⁡ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ⟼ H a H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
35 33 34 bitr3d ⊢ φ → ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin H a ⊆ H b → ∑ G F ↾ H b ∈ u ↔ ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
36 35 adantr ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin → ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin H a ⊆ H b → ∑ G F ↾ H b ∈ u ↔ ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
37 f1of1 ⊢ H : C ⟶ 1-1 onto A → H : C ⟶ 1-1 A
38 6 37 syl ⊢ φ → H : C ⟶ 1-1 A
39 38 ad2antrr ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → H : C ⟶ 1-1 A
40 elfpw ⊢ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ↔ a ⊆ C ∧ a ∈ Fin
41 40 simplbi ⊢ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin → a ⊆ C
42 41 ad2antlr ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → a ⊆ C
43 elfpw ⊢ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin ↔ b ⊆ C ∧ b ∈ Fin
44 43 simplbi ⊢ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → b ⊆ C
45 44 adantl ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → b ⊆ C
46 f1imass ⊢ H : C ⟶ 1-1 A ∧ a ⊆ C ∧ b ⊆ C → H a ⊆ H b ↔ a ⊆ b
47 39 42 45 46 syl12anc ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → H a ⊆ H b ↔ a ⊆ b
48 eqid ⊢ 0 G = 0 G
49 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → G ∈ CMnd
50 elinel2 ⊢ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → b ∈ Fin
51 50 adantl ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → b ∈ Fin
52 f1ores ⊢ H : C ⟶ 1-1 A ∧ b ⊆ C → H ↾ b : b ⟶ 1-1 onto H b
53 39 45 52 syl2anc ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → H ↾ b : b ⟶ 1-1 onto H b
54 f1ofo ⊢ H ↾ b : b ⟶ 1-1 onto H b → H ↾ b : b ⟶ onto H b
55 53 54 syl ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → H ↾ b : b ⟶ onto H b
56 fofi ⊢ b ∈ Fin ∧ H ↾ b : b ⟶ onto H b → H b ∈ Fin
57 51 55 56 syl2anc ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → H b ∈ Fin
58 5 ad2antrr ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → F : A ⟶ B
59 imassrn ⊢ H b ⊆ ran ⁡ H
60 6 ad2antrr ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → H : C ⟶ 1-1 onto A
61 f1ofo ⊢ H : C ⟶ 1-1 onto A → H : C ⟶ onto A
62 forn ⊢ H : C ⟶ onto A → ran ⁡ H = A
63 60 61 62 3syl ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → ran ⁡ H = A
64 59 63 sseqtrid ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → H b ⊆ A
65 58 64 fssresd ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → F ↾ H b : H b ⟶ B
66 fvexd ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → 0 G ∈ V
67 65 57 66 fdmfifsupp ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → finSupp 0 G⁡ F ↾ H b
68 1 48 49 57 65 67 53 gsumf1o ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → ∑ G F ↾ H b = ∑ G F ↾ H b ∘ H ↾ b
69 df-ima ⊢ H b = ran ⁡ H ↾ b
70 69 eqimss2i ⊢ ran ⁡ H ↾ b ⊆ H b
71 cores ⊢ ran ⁡ H ↾ b ⊆ H b → F ↾ H b ∘ H ↾ b = F ∘ H ↾ b
72 70 71 ax-mp ⊢ F ↾ H b ∘ H ↾ b = F ∘ H ↾ b
73 resco ⊢ F ∘ H ↾ b = F ∘ H ↾ b
74 72 73 eqtr4i ⊢ F ↾ H b ∘ H ↾ b = F ∘ H ↾ b
75 74 oveq2i ⊢ ∑ G F ↾ H b ∘ H ↾ b = ∑ G F ∘ H ↾ b
76 68 75 eqtrdi ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → ∑ G F ↾ H b = ∑ G F ∘ H ↾ b
77 76 eleq1d ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → ∑ G F ↾ H b ∈ u ↔ ∑ G F ∘ H ↾ b ∈ u
78 47 77 imbi12d ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∧ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin → H a ⊆ H b → ∑ G F ↾ H b ∈ u ↔ a ⊆ b → ∑ G F ∘ H ↾ b ∈ u
79 78 ralbidva ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin → ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin H a ⊆ H b → ∑ G F ↾ H b ∈ u ↔ ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin a ⊆ b → ∑ G F ∘ H ↾ b ∈ u
80 36 79 bitr3d ⊢ φ ∧ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin → ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin a ⊆ b → ∑ G F ∘ H ↾ b ∈ u
81 80 rexbidva ⊢ φ → ∃ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin H a ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∃ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin a ⊆ b → ∑ G F ∘ H ↾ b ∈ u
82 18 22 81 3bitr3d ⊢ φ → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∃ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin a ⊆ b → ∑ G F ∘ H ↾ b ∈ u
83 82 imbi2d ⊢ φ → x ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ x ∈ u → ∃ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin a ⊆ b → ∑ G F ∘ H ↾ b ∈ u
84 83 ralbidv ⊢ φ → ∀ u ∈ TopOpen ⁡ G x ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ ∀ u ∈ TopOpen ⁡ G x ∈ u → ∃ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin a ⊆ b → ∑ G F ∘ H ↾ b ∈ u
85 84 anbi2d ⊢ φ → x ∈ B ∧ ∀ u ∈ TopOpen ⁡ G x ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u ↔ x ∈ B ∧ ∀ u ∈ TopOpen ⁡ G x ∈ u → ∃ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin a ⊆ b → ∑ G F ∘ H ↾ b ∈ u
86 eqid ⊢ TopOpen ⁡ G = TopOpen ⁡ G
87 eqid ⊢ 𝒫 A ∩ Fin = 𝒫 A ∩ Fin
88 1 86 87 2 3 4 5 eltsms ⊢ φ → x ∈ G tsums F ↔ x ∈ B ∧ ∀ u ∈ TopOpen ⁡ G x ∈ u → ∃ y ∈ 𝒫 A ∩ Fin ∀ z ∈ 𝒫 A ∩ Fin y ⊆ z → ∑ G F ↾ z ∈ u
89 eqid ⊢ 𝒫 C ∩ Fin = 𝒫 C ∩ Fin
90 f1dmex ⊢ H : C ⟶ 1-1 A ∧ A ∈ V → C ∈ V
91 38 4 90 syl2anc ⊢ φ → C ∈ V
92 f1of ⊢ H : C ⟶ 1-1 onto A → H : C ⟶ A
93 6 92 syl ⊢ φ → H : C ⟶ A
94 fco ⊢ F : A ⟶ B ∧ H : C ⟶ A → F ∘ H : C ⟶ B
95 5 93 94 syl2anc ⊢ φ → F ∘ H : C ⟶ B
96 1 86 89 2 3 91 95 eltsms ⊢ φ → x ∈ G tsums F ∘ H ↔ x ∈ B ∧ ∀ u ∈ TopOpen ⁡ G x ∈ u → ∃ a ∈ 𝒫 C ∩ Fin ∀ b ∈ 𝒫 C ∩ Fin a ⊆ b → ∑ G F ∘ H ↾ b ∈ u
97 85 88 96 3bitr4d ⊢ φ → x ∈ G tsums F ↔ x ∈ G tsums F ∘ H
98 97 eqrdv ⊢ φ → G tsums F = G tsums F ∘ H