Metamath Proof Explorer


Theorem indsumin

Description: Finite sum of a product with the indicator function / Cartesian product with the indicator function. (Contributed by Thierry Arnoux, 11-Dec-2021)

Ref Expression
Hypotheses indsumin.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‚ โˆˆ ๐‘‰ )
indsumin.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ Fin )
indsumin.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โŠ† ๐‘‚ )
indsumin.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โŠ† ๐‘‚ )
indsumin.5 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
Assertion indsumin ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ๐ถ )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 indsumin.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘‚ โˆˆ ๐‘‰ )
2 indsumin.2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ Fin )
3 indsumin.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โŠ† ๐‘‚ )
4 indsumin.4 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ต โŠ† ๐‘‚ )
5 indsumin.5 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
6 inindif โŠข ( ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โˆฉ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) = โˆ…
7 6 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โˆฉ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) = โˆ… )
8 inundif โŠข ( ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โˆช ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) = ๐ด
9 8 eqcomi โŠข ๐ด = ( ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โˆช ( ๐ด โˆ– ๐ต ) )
10 9 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด = ( ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โˆช ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) )
11 pr01ssre โŠข { 0 , 1 } โŠ† โ„
12 ax-resscn โŠข โ„ โŠ† โ„‚
13 11 12 sstri โŠข { 0 , 1 } โŠ† โ„‚
14 indf โŠข ( ( ๐‘‚ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐ต โŠ† ๐‘‚ ) โ†’ ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) : ๐‘‚ โŸถ { 0 , 1 } )
15 1 4 14 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) : ๐‘‚ โŸถ { 0 , 1 } )
16 15 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) : ๐‘‚ โŸถ { 0 , 1 } )
17 3 sselda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ๐‘‚ )
18 16 17 ffvelcdmd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ { 0 , 1 } )
19 13 18 sselid โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
20 19 5 mulcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) โˆˆ โ„‚ )
21 7 10 2 20 fsumsplit โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) = ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) + ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) ) )
22 1 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ) โ†’ ๐‘‚ โˆˆ ๐‘‰ )
23 4 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ) โ†’ ๐ต โŠ† ๐‘‚ )
24 inss2 โŠข ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โŠ† ๐ต
25 24 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โŠ† ๐ต )
26 25 sselda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ๐ต )
27 ind1 โŠข ( ( ๐‘‚ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐ต โŠ† ๐‘‚ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ต ) โ†’ ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) = 1 )
28 22 23 26 27 syl3anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ) โ†’ ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) = 1 )
29 28 oveq1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ) โ†’ ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) = ( 1 ยท ๐ถ ) )
30 inss1 โŠข ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โŠ† ๐ด
31 30 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โŠ† ๐ด )
32 31 sselda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด )
33 32 5 syldan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
34 33 mullidd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ) โ†’ ( 1 ยท ๐ถ ) = ๐ถ )
35 29 34 eqtrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ) โ†’ ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) = ๐ถ )
36 35 sumeq2dv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ๐ถ )
37 1 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) โ†’ ๐‘‚ โˆˆ ๐‘‰ )
38 4 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) โ†’ ๐ต โŠ† ๐‘‚ )
39 3 ssdifd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) โŠ† ( ๐‘‚ โˆ– ๐ต ) )
40 39 sselda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐‘‚ โˆ– ๐ต ) )
41 ind0 โŠข ( ( ๐‘‚ โˆˆ ๐‘‰ โˆง ๐ต โŠ† ๐‘‚ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐‘‚ โˆ– ๐ต ) ) โ†’ ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) = 0 )
42 37 38 40 41 syl3anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) โ†’ ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) = 0 )
43 42 oveq1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) โ†’ ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) = ( 0 ยท ๐ถ ) )
44 difssd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) โŠ† ๐ด )
45 44 sselda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด )
46 45 5 syldan โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) โ†’ ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
47 46 mul02d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) โ†’ ( 0 ยท ๐ถ ) = 0 )
48 43 47 eqtrd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ) โ†’ ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) = 0 )
49 48 sumeq2dv โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) 0 )
50 diffi โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) โˆˆ Fin )
51 2 50 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) โˆˆ Fin )
52 sumz โŠข ( ( ( ๐ด โˆ– ๐ต ) โŠ† ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 0 ) โˆจ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) โˆˆ Fin ) โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) 0 = 0 )
53 52 olcs โŠข ( ( ๐ด โˆ– ๐ต ) โˆˆ Fin โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) 0 = 0 )
54 51 53 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) 0 = 0 )
55 49 54 eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) = 0 )
56 36 55 oveq12d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) + ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– ๐ต ) ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) ) = ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ๐ถ + 0 ) )
57 infi โŠข ( ๐ด โˆˆ Fin โ†’ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โˆˆ Fin )
58 2 57 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) โˆˆ Fin )
59 58 33 fsumcl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ๐ถ โˆˆ โ„‚ )
60 59 addridd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ๐ถ + 0 ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ๐ถ )
61 21 56 60 3eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ( ( ( ( ๐Ÿญ โ€˜ ๐‘‚ ) โ€˜ ๐ต ) โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ๐ถ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆฉ ๐ต ) ๐ถ )