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Theorem stoweidlem40

Description: This lemma proves that q_n is in the subalgebra, as in the proof of Lemma 1 in BrosowskiDeutsh p. 90. Q is used to represent q_n in the paper, N is used to represent n in the paper, and M is used to represent k^n in the paper. (Contributed by Glauco Siliprandi, 20-Apr-2017)

Ref Expression
Hypotheses stoweidlem40.1 𝑡 𝑃
stoweidlem40.2 𝑡 𝜑
stoweidlem40.3 𝑄 = ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) ↑ 𝑀 ) )
stoweidlem40.4 𝐹 = ( 𝑡𝑇 ↦ ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) )
stoweidlem40.5 𝐺 = ( 𝑡𝑇 ↦ 1 )
stoweidlem40.6 𝐻 = ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) )
stoweidlem40.7 ( 𝜑𝑃𝐴 )
stoweidlem40.8 ( 𝜑𝑃 : 𝑇 ⟶ ℝ )
stoweidlem40.9 ( ( 𝜑𝑓𝐴 ) → 𝑓 : 𝑇 ⟶ ℝ )
stoweidlem40.10 ( ( 𝜑𝑓𝐴𝑔𝐴 ) → ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝑓𝑡 ) + ( 𝑔𝑡 ) ) ) ∈ 𝐴 )
stoweidlem40.11 ( ( 𝜑𝑓𝐴𝑔𝐴 ) → ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝑓𝑡 ) · ( 𝑔𝑡 ) ) ) ∈ 𝐴 )
stoweidlem40.12 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) → ( 𝑡𝑇𝑥 ) ∈ 𝐴 )
stoweidlem40.13 ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ )
stoweidlem40.14 ( 𝜑𝑀 ∈ ℕ )
Assertion stoweidlem40 ( 𝜑𝑄𝐴 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 stoweidlem40.1 𝑡 𝑃
2 stoweidlem40.2 𝑡 𝜑
3 stoweidlem40.3 𝑄 = ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) ↑ 𝑀 ) )
4 stoweidlem40.4 𝐹 = ( 𝑡𝑇 ↦ ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) )
5 stoweidlem40.5 𝐺 = ( 𝑡𝑇 ↦ 1 )
6 stoweidlem40.6 𝐻 = ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) )
7 stoweidlem40.7 ( 𝜑𝑃𝐴 )
8 stoweidlem40.8 ( 𝜑𝑃 : 𝑇 ⟶ ℝ )
9 stoweidlem40.9 ( ( 𝜑𝑓𝐴 ) → 𝑓 : 𝑇 ⟶ ℝ )
10 stoweidlem40.10 ( ( 𝜑𝑓𝐴𝑔𝐴 ) → ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝑓𝑡 ) + ( 𝑔𝑡 ) ) ) ∈ 𝐴 )
11 stoweidlem40.11 ( ( 𝜑𝑓𝐴𝑔𝐴 ) → ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝑓𝑡 ) · ( 𝑔𝑡 ) ) ) ∈ 𝐴 )
12 stoweidlem40.12 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ℝ ) → ( 𝑡𝑇𝑥 ) ∈ 𝐴 )
13 stoweidlem40.13 ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ )
14 stoweidlem40.14 ( 𝜑𝑀 ∈ ℕ )
15 simpr ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → 𝑡𝑇 )
16 1red ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → 1 ∈ ℝ )
17 8 ffvelrnda ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → ( 𝑃𝑡 ) ∈ ℝ )
18 13 nnnn0d ( 𝜑𝑁 ∈ ℕ0 )
19 18 adantr ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → 𝑁 ∈ ℕ0 )
20 17 19 reexpcld ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ∈ ℝ )
21 16 20 resubcld ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) ∈ ℝ )
22 4 fvmpt2 ( ( 𝑡𝑇 ∧ ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) ∈ ℝ ) → ( 𝐹𝑡 ) = ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) )
23 15 21 22 syl2anc ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → ( 𝐹𝑡 ) = ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) )
24 23 eqcomd ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) = ( 𝐹𝑡 ) )
25 24 oveq1d ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → ( ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) ↑ 𝑀 ) = ( ( 𝐹𝑡 ) ↑ 𝑀 ) )
26 2 25 mpteq2da ( 𝜑 → ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) ↑ 𝑀 ) ) = ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝐹𝑡 ) ↑ 𝑀 ) ) )
27 3 26 eqtrid ( 𝜑𝑄 = ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝐹𝑡 ) ↑ 𝑀 ) ) )
28 nfmpt1 𝑡 ( 𝑡𝑇 ↦ ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) )
29 4 28 nfcxfr 𝑡 𝐹
30 1re 1 ∈ ℝ
31 5 fvmpt2 ( ( 𝑡𝑇 ∧ 1 ∈ ℝ ) → ( 𝐺𝑡 ) = 1 )
32 30 31 mpan2 ( 𝑡𝑇 → ( 𝐺𝑡 ) = 1 )
33 32 eqcomd ( 𝑡𝑇 → 1 = ( 𝐺𝑡 ) )
34 33 adantl ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → 1 = ( 𝐺𝑡 ) )
35 6 fvmpt2 ( ( 𝑡𝑇 ∧ ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ∈ ℝ ) → ( 𝐻𝑡 ) = ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) )
36 15 20 35 syl2anc ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → ( 𝐻𝑡 ) = ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) )
37 36 eqcomd ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) = ( 𝐻𝑡 ) )
38 34 37 oveq12d ( ( 𝜑𝑡𝑇 ) → ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) = ( ( 𝐺𝑡 ) − ( 𝐻𝑡 ) ) )
39 2 38 mpteq2da ( 𝜑 → ( 𝑡𝑇 ↦ ( 1 − ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) ) = ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝐺𝑡 ) − ( 𝐻𝑡 ) ) ) )
40 4 39 eqtrid ( 𝜑𝐹 = ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝐺𝑡 ) − ( 𝐻𝑡 ) ) ) )
41 12 stoweidlem4 ( ( 𝜑 ∧ 1 ∈ ℝ ) → ( 𝑡𝑇 ↦ 1 ) ∈ 𝐴 )
42 30 41 mpan2 ( 𝜑 → ( 𝑡𝑇 ↦ 1 ) ∈ 𝐴 )
43 5 42 eqeltrid ( 𝜑𝐺𝐴 )
44 1 2 9 11 12 7 18 stoweidlem19 ( 𝜑 → ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) ) ∈ 𝐴 )
45 6 44 eqeltrid ( 𝜑𝐻𝐴 )
46 nfmpt1 𝑡 ( 𝑡𝑇 ↦ 1 )
47 5 46 nfcxfr 𝑡 𝐺
48 nfmpt1 𝑡 ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝑃𝑡 ) ↑ 𝑁 ) )
49 6 48 nfcxfr 𝑡 𝐻
50 47 49 2 9 10 11 12 stoweidlem33 ( ( 𝜑𝐺𝐴𝐻𝐴 ) → ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝐺𝑡 ) − ( 𝐻𝑡 ) ) ) ∈ 𝐴 )
51 43 45 50 mpd3an23 ( 𝜑 → ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝐺𝑡 ) − ( 𝐻𝑡 ) ) ) ∈ 𝐴 )
52 40 51 eqeltrd ( 𝜑𝐹𝐴 )
53 14 nnnn0d ( 𝜑𝑀 ∈ ℕ0 )
54 29 2 9 11 12 52 53 stoweidlem19 ( 𝜑 → ( 𝑡𝑇 ↦ ( ( 𝐹𝑡 ) ↑ 𝑀 ) ) ∈ 𝐴 )
55 27 54 eqeltrd ( 𝜑𝑄𝐴 )