Metamath Proof Explorer


Theorem fwddifn0

Description: The value of the n-iterated forward difference operator at zero is just the function value. (Contributed by Scott Fenton, 28-May-2020)

Ref Expression
Hypotheses fwddifn0.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โІ โ„‚ )
fwddifn0.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : ๐ด โŸถ โ„‚ )
fwddifn0.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ด )
Assertion fwddifn0 ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 0 โ–ณn ๐น ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fwddifn0.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โІ โ„‚ )
2 fwddifn0.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น : ๐ด โŸถ โ„‚ )
3 fwddifn0.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ ๐ด )
4 0nn0 โŠข 0 โˆˆ โ„•0
5 4 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 โˆˆ โ„•0 )
6 1 3 sseldd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ )
7 0z โŠข 0 โˆˆ โ„ค
8 fzsn โŠข ( 0 โˆˆ โ„ค โ†’ ( 0 ... 0 ) = { 0 } )
9 7 8 ax-mp โŠข ( 0 ... 0 ) = { 0 }
10 9 eleq2i โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... 0 ) โ†” ๐‘˜ โˆˆ { 0 } )
11 velsn โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ { 0 } โ†” ๐‘˜ = 0 )
12 10 11 bitri โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... 0 ) โ†” ๐‘˜ = 0 )
13 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = 0 โ†’ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) = ( ๐‘‹ + 0 ) )
14 13 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ = 0 ) โ†’ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) = ( ๐‘‹ + 0 ) )
15 6 addridd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ + 0 ) = ๐‘‹ )
16 15 3 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘‹ + 0 ) โˆˆ ๐ด )
17 16 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ = 0 ) โ†’ ( ๐‘‹ + 0 ) โˆˆ ๐ด )
18 14 17 eqeltrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ = 0 ) โ†’ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) โˆˆ ๐ด )
19 12 18 sylan2b โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... 0 ) ) โ†’ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) โˆˆ ๐ด )
20 5 1 2 6 19 fwddifnval โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 0 โ–ณn ๐น ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... 0 ) ( ( 0 C ๐‘˜ ) ยท ( ( - 1 โ†‘ ( 0 โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) ) ) ) )
21 15 fveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) )
22 21 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) ) = ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
23 2 3 ffvelcdmd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) โˆˆ โ„‚ )
24 23 mullidd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) )
25 22 24 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) )
26 25 oveq2d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 ยท ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) ) ) = ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) ) )
27 26 24 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 ยท ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) )
28 27 23 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( 1 ยท ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) ) ) โˆˆ โ„‚ )
29 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = 0 โ†’ ( 0 C ๐‘˜ ) = ( 0 C 0 ) )
30 bcnn โŠข ( 0 โˆˆ โ„•0 โ†’ ( 0 C 0 ) = 1 )
31 4 30 ax-mp โŠข ( 0 C 0 ) = 1
32 29 31 eqtrdi โŠข ( ๐‘˜ = 0 โ†’ ( 0 C ๐‘˜ ) = 1 )
33 oveq2 โŠข ( ๐‘˜ = 0 โ†’ ( 0 โˆ’ ๐‘˜ ) = ( 0 โˆ’ 0 ) )
34 0m0e0 โŠข ( 0 โˆ’ 0 ) = 0
35 33 34 eqtrdi โŠข ( ๐‘˜ = 0 โ†’ ( 0 โˆ’ ๐‘˜ ) = 0 )
36 35 oveq2d โŠข ( ๐‘˜ = 0 โ†’ ( - 1 โ†‘ ( 0 โˆ’ ๐‘˜ ) ) = ( - 1 โ†‘ 0 ) )
37 neg1cn โŠข - 1 โˆˆ โ„‚
38 exp0 โŠข ( - 1 โˆˆ โ„‚ โ†’ ( - 1 โ†‘ 0 ) = 1 )
39 37 38 ax-mp โŠข ( - 1 โ†‘ 0 ) = 1
40 36 39 eqtrdi โŠข ( ๐‘˜ = 0 โ†’ ( - 1 โ†‘ ( 0 โˆ’ ๐‘˜ ) ) = 1 )
41 13 fveq2d โŠข ( ๐‘˜ = 0 โ†’ ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) ) = ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) )
42 40 41 oveq12d โŠข ( ๐‘˜ = 0 โ†’ ( ( - 1 โ†‘ ( 0 โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) ) ) = ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) ) )
43 32 42 oveq12d โŠข ( ๐‘˜ = 0 โ†’ ( ( 0 C ๐‘˜ ) ยท ( ( - 1 โ†‘ ( 0 โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) ) ) ) = ( 1 ยท ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) ) ) )
44 43 fsum1 โŠข ( ( 0 โˆˆ โ„ค โˆง ( 1 ยท ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) ) ) โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... 0 ) ( ( 0 C ๐‘˜ ) ยท ( ( - 1 โ†‘ ( 0 โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) ) ) ) = ( 1 ยท ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) ) ) )
45 7 28 44 sylancr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... 0 ) ( ( 0 C ๐‘˜ ) ยท ( ( - 1 โ†‘ ( 0 โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) ) ) ) = ( 1 ยท ( 1 ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + 0 ) ) ) ) )
46 45 27 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... 0 ) ( ( 0 C ๐‘˜ ) ยท ( ( - 1 โ†‘ ( 0 โˆ’ ๐‘˜ ) ) ยท ( ๐น โ€˜ ( ๐‘‹ + ๐‘˜ ) ) ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) )
47 20 46 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( 0 โ–ณn ๐น ) โ€˜ ๐‘‹ ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) )