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Theorem coe1mul3

Description: The coefficient vector of multiplication in the univariate polynomial ring, at indices high enough that at most one component can be active in the sum. (Contributed by Stefan O'Rear, 25-Mar-2015)

Ref Expression
Hypotheses coe1mul3.s ⊢ Y = Poly 1 ⁡ R
coe1mul3.t ⊢ ∙ ˙ = ⋅ Y
coe1mul3.u ⊢ · ˙ = ⋅ R
coe1mul3.b ⊢ B = Base Y
coe1mul3.d ⊢ D = deg 1 ⁡ R
coe1mul3.r ⊢ φ → R ∈ Ring
coe1mul3.f1 ⊢ φ → F ∈ B
coe1mul3.f2 ⊢ φ → I ∈ ℕ 0
coe1mul3.f3 ⊢ φ → D ⁡ F ≤ I
coe1mul3.g1 ⊢ φ → G ∈ B
coe1mul3.g2 ⊢ φ → J ∈ ℕ 0
coe1mul3.g3 ⊢ φ → D ⁡ G ≤ J
Assertion coe1mul3 ⊢ φ → coe 1 ⁡ F ∙ ˙ G ⁡ I + J = coe 1 ⁡ F ⁡ I · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ J

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 coe1mul3.s ⊢ Y = Poly 1 ⁡ R
2 coe1mul3.t ⊢ ∙ ˙ = ⋅ Y
3 coe1mul3.u ⊢ · ˙ = ⋅ R
4 coe1mul3.b ⊢ B = Base Y
5 coe1mul3.d ⊢ D = deg 1 ⁡ R
6 coe1mul3.r ⊢ φ → R ∈ Ring
7 coe1mul3.f1 ⊢ φ → F ∈ B
8 coe1mul3.f2 ⊢ φ → I ∈ ℕ 0
9 coe1mul3.f3 ⊢ φ → D ⁡ F ≤ I
10 coe1mul3.g1 ⊢ φ → G ∈ B
11 coe1mul3.g2 ⊢ φ → J ∈ ℕ 0
12 coe1mul3.g3 ⊢ φ → D ⁡ G ≤ J
13 1 2 3 4 coe1mul ⊢ R ∈ Ring ∧ F ∈ B ∧ G ∈ B → coe 1 ⁡ F ∙ ˙ G = x ∈ ℕ 0 ⟼ ∑ R y = 0 x coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ x − y
14 6 7 10 13 syl3anc ⊢ φ → coe 1 ⁡ F ∙ ˙ G = x ∈ ℕ 0 ⟼ ∑ R y = 0 x coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ x − y
15 14 fveq1d ⊢ φ → coe 1 ⁡ F ∙ ˙ G ⁡ I + J = x ∈ ℕ 0 ⟼ ∑ R y = 0 x coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ x − y ⁡ I + J
16 8 11 nn0addcld ⊢ φ → I + J ∈ ℕ 0
17 oveq2 ⊢ x = I + J → 0 … x = 0 … I + J
18 fvoveq1 ⊢ x = I + J → coe 1 ⁡ G ⁡ x − y = coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y
19 18 oveq2d ⊢ x = I + J → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ x − y = coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y
20 17 19 mpteq12dv ⊢ x = I + J → y ∈ 0 … x ⟼ coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ x − y = y ∈ 0 … I + J ⟼ coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y
21 20 oveq2d ⊢ x = I + J → ∑ R y = 0 x coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ x − y = ∑ R y = 0 I + J coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y
22 eqid ⊢ x ∈ ℕ 0 ⟼ ∑ R y = 0 x coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ x − y = x ∈ ℕ 0 ⟼ ∑ R y = 0 x coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ x − y
23 ovex ⊢ ∑ R y = 0 I + J coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y ∈ V
24 21 22 23 fvmpt ⊢ I + J ∈ ℕ 0 → x ∈ ℕ 0 ⟼ ∑ R y = 0 x coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ x − y ⁡ I + J = ∑ R y = 0 I + J coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y
25 16 24 syl ⊢ φ → x ∈ ℕ 0 ⟼ ∑ R y = 0 x coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ x − y ⁡ I + J = ∑ R y = 0 I + J coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y
26 eqid ⊢ Base R = Base R
27 eqid ⊢ 0 R = 0 R
28 ringmnd ⊢ R ∈ Ring → R ∈ Mnd
29 6 28 syl ⊢ φ → R ∈ Mnd
30 ovexd ⊢ φ → 0 … I + J ∈ V
31 8 nn0red ⊢ φ → I ∈ ℝ
32 nn0addge1 ⊢ I ∈ ℝ ∧ J ∈ ℕ 0 → I ≤ I + J
33 31 11 32 syl2anc ⊢ φ → I ≤ I + J
34 fznn0 ⊢ I + J ∈ ℕ 0 → I ∈ 0 … I + J ↔ I ∈ ℕ 0 ∧ I ≤ I + J
35 16 34 syl ⊢ φ → I ∈ 0 … I + J ↔ I ∈ ℕ 0 ∧ I ≤ I + J
36 8 33 35 mpbir2and ⊢ φ → I ∈ 0 … I + J
37 6 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → R ∈ Ring
38 eqid ⊢ coe 1 ⁡ F = coe 1 ⁡ F
39 38 4 1 26 coe1f ⊢ F ∈ B → coe 1 ⁡ F : ℕ 0 ⟶ Base R
40 7 39 syl ⊢ φ → coe 1 ⁡ F : ℕ 0 ⟶ Base R
41 elfznn0 ⊢ y ∈ 0 … I + J → y ∈ ℕ 0
42 ffvelcdm ⊢ coe 1 ⁡ F : ℕ 0 ⟶ Base R ∧ y ∈ ℕ 0 → coe 1 ⁡ F ⁡ y ∈ Base R
43 40 41 42 syl2an ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → coe 1 ⁡ F ⁡ y ∈ Base R
44 eqid ⊢ coe 1 ⁡ G = coe 1 ⁡ G
45 44 4 1 26 coe1f ⊢ G ∈ B → coe 1 ⁡ G : ℕ 0 ⟶ Base R
46 10 45 syl ⊢ φ → coe 1 ⁡ G : ℕ 0 ⟶ Base R
47 fznn0sub ⊢ y ∈ 0 … I + J → I + J - y ∈ ℕ 0
48 ffvelcdm ⊢ coe 1 ⁡ G : ℕ 0 ⟶ Base R ∧ I + J - y ∈ ℕ 0 → coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y ∈ Base R
49 46 47 48 syl2an ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y ∈ Base R
50 26 3 ringcl ⊢ R ∈ Ring ∧ coe 1 ⁡ F ⁡ y ∈ Base R ∧ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y ∈ Base R → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y ∈ Base R
51 37 43 49 50 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y ∈ Base R
52 51 fmpttd ⊢ φ → y ∈ 0 … I + J ⟼ coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y : 0 … I + J ⟶ Base R
53 eldifsn ⊢ y ∈ 0 … I + J ∖ I ↔ y ∈ 0 … I + J ∧ y ≠ I
54 41 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → y ∈ ℕ 0
55 54 nn0red ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → y ∈ ℝ
56 31 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → I ∈ ℝ
57 55 56 lttri2d ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → y ≠ I ↔ y < I ∨ I < y
58 10 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → G ∈ B
59 47 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → I + J - y ∈ ℕ 0
60 59 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → I + J - y ∈ ℕ 0
61 5 1 4 deg1xrcl ⊢ G ∈ B → D ⁡ G ∈ ℝ *
62 10 61 syl ⊢ φ → D ⁡ G ∈ ℝ *
63 62 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → D ⁡ G ∈ ℝ *
64 11 nn0red ⊢ φ → J ∈ ℝ
65 64 rexrd ⊢ φ → J ∈ ℝ *
66 65 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → J ∈ ℝ *
67 16 nn0red ⊢ φ → I + J ∈ ℝ
68 67 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → I + J ∈ ℝ
69 68 55 resubcld ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → I + J - y ∈ ℝ
70 69 rexrd ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → I + J - y ∈ ℝ *
71 70 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → I + J - y ∈ ℝ *
72 12 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → D ⁡ G ≤ J
73 64 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → J ∈ ℝ
74 55 56 73 ltadd1d ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → y < I ↔ y + J < I + J
75 55 73 68 ltaddsub2d ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → y + J < I + J ↔ J < I + J - y
76 74 75 bitrd ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → y < I ↔ J < I + J - y
77 76 biimpa ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → J < I + J - y
78 63 66 71 72 77 xrlelttrd ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → D ⁡ G < I + J - y
79 5 1 4 27 44 deg1lt ⊢ G ∈ B ∧ I + J - y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ G < I + J - y → coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
80 58 60 78 79 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
81 80 oveq2d ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ 0 R
82 26 3 27 ringrz ⊢ R ∈ Ring ∧ coe 1 ⁡ F ⁡ y ∈ Base R → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ 0 R = 0 R
83 37 43 82 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ 0 R = 0 R
84 83 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ 0 R = 0 R
85 81 84 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
86 7 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → F ∈ B
87 54 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → y ∈ ℕ 0
88 5 1 4 deg1xrcl ⊢ F ∈ B → D ⁡ F ∈ ℝ *
89 7 88 syl ⊢ φ → D ⁡ F ∈ ℝ *
90 89 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → D ⁡ F ∈ ℝ *
91 31 rexrd ⊢ φ → I ∈ ℝ *
92 91 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → I ∈ ℝ *
93 55 rexrd ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → y ∈ ℝ *
94 93 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → y ∈ ℝ *
95 9 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → D ⁡ F ≤ I
96 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → I < y
97 90 92 94 95 96 xrlelttrd ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → D ⁡ F < y
98 5 1 4 27 38 deg1lt ⊢ F ∈ B ∧ y ∈ ℕ 0 ∧ D ⁡ F < y → coe 1 ⁡ F ⁡ y = 0 R
99 86 87 97 98 syl3anc ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → coe 1 ⁡ F ⁡ y = 0 R
100 99 oveq1d ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y
101 26 3 27 ringlz ⊢ R ∈ Ring ∧ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y ∈ Base R → 0 R · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
102 37 49 101 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → 0 R · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
103 102 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → 0 R · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
104 100 103 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ I < y → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
105 85 104 jaodan ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y < I ∨ I < y → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
106 105 ex ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → y < I ∨ I < y → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
107 57 106 sylbid ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J → y ≠ I → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
108 107 impr ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∧ y ≠ I → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
109 53 108 sylan2b ⊢ φ ∧ y ∈ 0 … I + J ∖ I → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = 0 R
110 109 30 suppss2 ⊢ φ → y ∈ 0 … I + J ⟼ coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y supp 0 R ⊆ I
111 26 27 29 30 36 52 110 gsumpt ⊢ φ → ∑ R y = 0 I + J coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = y ∈ 0 … I + J ⟼ coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y ⁡ I
112 fveq2 ⊢ y = I → coe 1 ⁡ F ⁡ y = coe 1 ⁡ F ⁡ I
113 oveq2 ⊢ y = I → I + J - y = I + J - I
114 113 fveq2d ⊢ y = I → coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - I
115 112 114 oveq12d ⊢ y = I → coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = coe 1 ⁡ F ⁡ I · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - I
116 eqid ⊢ y ∈ 0 … I + J ⟼ coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = y ∈ 0 … I + J ⟼ coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y
117 ovex ⊢ coe 1 ⁡ F ⁡ I · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - I ∈ V
118 115 116 117 fvmpt ⊢ I ∈ 0 … I + J → y ∈ 0 … I + J ⟼ coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y ⁡ I = coe 1 ⁡ F ⁡ I · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - I
119 36 118 syl ⊢ φ → y ∈ 0 … I + J ⟼ coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y ⁡ I = coe 1 ⁡ F ⁡ I · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - I
120 8 nn0cnd ⊢ φ → I ∈ ℂ
121 11 nn0cnd ⊢ φ → J ∈ ℂ
122 120 121 pncan2d ⊢ φ → I + J - I = J
123 122 fveq2d ⊢ φ → coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - I = coe 1 ⁡ G ⁡ J
124 123 oveq2d ⊢ φ → coe 1 ⁡ F ⁡ I · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - I = coe 1 ⁡ F ⁡ I · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ J
125 111 119 124 3eqtrd ⊢ φ → ∑ R y = 0 I + J coe 1 ⁡ F ⁡ y · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ I + J - y = coe 1 ⁡ F ⁡ I · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ J
126 15 25 125 3eqtrd ⊢ φ → coe 1 ⁡ F ∙ ˙ G ⁡ I + J = coe 1 ⁡ F ⁡ I · ˙ coe 1 ⁡ G ⁡ J