Metamath Proof Explorer


Theorem etransclem31

Description: The N -th derivative of H applied to Y . (Contributed by Glauco Siliprandi, 5-Apr-2020)

Ref Expression
Hypotheses etransclem31.s ⊢ φ → S ∈ ℝ ℂ
etransclem31.x ⊢ φ → X ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 S
etransclem31.p ⊢ φ → P ∈ ℕ
etransclem31.m ⊢ φ → M ∈ ℕ 0
etransclem31.f ⊢ F = x ∈ X ⟼ x P − 1 ⁢ ∏ j = 1 M x − j P
etransclem31.n ⊢ φ → N ∈ ℕ 0
etransclem31.h ⊢ H = j ∈ 0 … M ⟼ x ∈ X ⟼ x − j if j = 0 P − 1 P
etransclem31.c ⊢ C = n ∈ ℕ 0 ⟼ c ∈ 0 … n 0 … M | ∑ j = 0 M c ⁡ j = n
etransclem31.y ⊢ φ → Y ∈ X
Assertion etransclem31 ⊢ φ → S D n F ⁡ N ⁡ Y = ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y P - 1 - c ⁡ 0 ⁢ ∏ j = 1 M if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 etransclem31.s ⊢ φ → S ∈ ℝ ℂ
2 etransclem31.x ⊢ φ → X ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 S
3 etransclem31.p ⊢ φ → P ∈ ℕ
4 etransclem31.m ⊢ φ → M ∈ ℕ 0
5 etransclem31.f ⊢ F = x ∈ X ⟼ x P − 1 ⁢ ∏ j = 1 M x − j P
6 etransclem31.n ⊢ φ → N ∈ ℕ 0
7 etransclem31.h ⊢ H = j ∈ 0 … M ⟼ x ∈ X ⟼ x − j if j = 0 P − 1 P
8 etransclem31.c ⊢ C = n ∈ ℕ 0 ⟼ c ∈ 0 … n 0 … M | ∑ j = 0 M c ⁡ j = n
9 etransclem31.y ⊢ φ → Y ∈ X
10 1 2 3 4 5 6 7 8 etransclem30 ⊢ φ → S D n F ⁡ N = x ∈ X ⟼ ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ x
11 fveq2 ⊢ x = Y → S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ x = S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y
12 11 prodeq2ad ⊢ x = Y → ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ x = ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y
13 12 oveq2d ⊢ x = Y → N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ x = N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y
14 13 sumeq2sdv ⊢ x = Y → ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ x = ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y
15 14 adantl ⊢ φ ∧ x = Y → ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ x = ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y
16 8 6 etransclem16 ⊢ φ → C ⁡ N ∈ Fin
17 6 faccld ⊢ φ → N ! ∈ ℕ
18 17 nncnd ⊢ φ → N ! ∈ ℂ
19 18 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → N ! ∈ ℂ
20 fzfid ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → 0 … M ∈ Fin
21 fzssnn0 ⊢ 0 … N ⊆ ℕ 0
22 ssrab2 ⊢ c ∈ 0 … N 0 … M | ∑ j = 0 M c ⁡ j = N ⊆ 0 … N 0 … M
23 simpr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → c ∈ C ⁡ N
24 8 6 etransclem12 ⊢ φ → C ⁡ N = c ∈ 0 … N 0 … M | ∑ j = 0 M c ⁡ j = N
25 24 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → C ⁡ N = c ∈ 0 … N 0 … M | ∑ j = 0 M c ⁡ j = N
26 23 25 eleqtrd ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → c ∈ c ∈ 0 … N 0 … M | ∑ j = 0 M c ⁡ j = N
27 22 26 sselid ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → c ∈ 0 … N 0 … M
28 27 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → c ∈ 0 … N 0 … M
29 elmapi ⊢ c ∈ 0 … N 0 … M → c : 0 … M ⟶ 0 … N
30 28 29 syl ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → c : 0 … M ⟶ 0 … N
31 simpr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → j ∈ 0 … M
32 30 31 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → c ⁡ j ∈ 0 … N
33 21 32 sselid ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → c ⁡ j ∈ ℕ 0
34 33 faccld ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → c ⁡ j ! ∈ ℕ
35 34 nncnd ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → c ⁡ j ! ∈ ℂ
36 20 35 fprodcl ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ∈ ℂ
37 34 nnne0d ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → c ⁡ j ! ≠ 0
38 20 35 37 fprodn0 ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ≠ 0
39 19 36 38 divcld ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ∈ ℂ
40 1 ad2antrr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → S ∈ ℝ ℂ
41 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → X ∈ TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 S
42 3 ad2antrr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → P ∈ ℕ
43 etransclem5 ⊢ j ∈ 0 … M ⟼ x ∈ X ⟼ x − j if j = 0 P − 1 P = k ∈ 0 … M ⟼ y ∈ X ⟼ y − k if k = 0 P − 1 P
44 7 43 eqtri ⊢ H = k ∈ 0 … M ⟼ y ∈ X ⟼ y − k if k = 0 P − 1 P
45 40 41 42 44 31 33 etransclem20 ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j : X ⟶ ℂ
46 9 ad2antrr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → Y ∈ X
47 45 46 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y ∈ ℂ
48 20 47 fprodcl ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y ∈ ℂ
49 39 48 mulcld ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y ∈ ℂ
50 16 49 fsumcl ⊢ φ → ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y ∈ ℂ
51 10 15 9 50 fvmptd ⊢ φ → S D n F ⁡ N ⁡ Y = ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y
52 40 41 42 44 31 33 46 etransclem21 ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y = if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j
53 52 prodeq2dv ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y = ∏ j = 0 M if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j
54 nn0uz ⊢ ℕ 0 = ℤ ≥ 0
55 4 54 eleqtrdi ⊢ φ → M ∈ ℤ ≥ 0
56 55 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → M ∈ ℤ ≥ 0
57 52 47 eqeltrrd ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N ∧ j ∈ 0 … M → if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ∈ ℂ
58 iftrue ⊢ j = 0 → if j = 0 P − 1 P = P − 1
59 fveq2 ⊢ j = 0 → c ⁡ j = c ⁡ 0
60 58 59 breq12d ⊢ j = 0 → if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j ↔ P − 1 < c ⁡ 0
61 58 fveq2d ⊢ j = 0 → if j = 0 P − 1 P ! = P − 1 !
62 58 59 oveq12d ⊢ j = 0 → if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = P - 1 - c ⁡ 0
63 62 fveq2d ⊢ j = 0 → if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! = P - 1 - c ⁡ 0 !
64 61 63 oveq12d ⊢ j = 0 → if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! = P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 !
65 oveq2 ⊢ j = 0 → Y − j = Y − 0
66 65 62 oveq12d ⊢ j = 0 → Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = Y − 0 P - 1 - c ⁡ 0
67 64 66 oveq12d ⊢ j = 0 → if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y − 0 P - 1 - c ⁡ 0
68 60 67 ifbieq2d ⊢ j = 0 → if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y − 0 P - 1 - c ⁡ 0
69 56 57 68 fprod1p ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → ∏ j = 0 M if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y − 0 P - 1 - c ⁡ 0 ⁢ ∏ j = 0 + 1 M if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j
70 1 2 dvdmsscn ⊢ φ → X ⊆ ℂ
71 70 9 sseldd ⊢ φ → Y ∈ ℂ
72 71 subid1d ⊢ φ → Y − 0 = Y
73 72 oveq1d ⊢ φ → Y − 0 P - 1 - c ⁡ 0 = Y P - 1 - c ⁡ 0
74 73 oveq2d ⊢ φ → P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y − 0 P - 1 - c ⁡ 0 = P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y P - 1 - c ⁡ 0
75 74 ifeq2d ⊢ φ → if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y − 0 P - 1 - c ⁡ 0 = if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y P - 1 - c ⁡ 0
76 0p1e1 ⊢ 0 + 1 = 1
77 76 oveq1i ⊢ 0 + 1 … M = 1 … M
78 77 prodeq1i ⊢ ∏ j = 0 + 1 M if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = ∏ j = 1 M if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j
79 0red ⊢ j ∈ 1 … M → 0 ∈ ℝ
80 1red ⊢ j ∈ 1 … M → 1 ∈ ℝ
81 elfzelz ⊢ j ∈ 1 … M → j ∈ ℤ
82 81 zred ⊢ j ∈ 1 … M → j ∈ ℝ
83 0lt1 ⊢ 0 < 1
84 83 a1i ⊢ j ∈ 1 … M → 0 < 1
85 elfzle1 ⊢ j ∈ 1 … M → 1 ≤ j
86 79 80 82 84 85 ltletrd ⊢ j ∈ 1 … M → 0 < j
87 86 gt0ne0d ⊢ j ∈ 1 … M → j ≠ 0
88 87 neneqd ⊢ j ∈ 1 … M → ¬ j = 0
89 88 iffalsed ⊢ j ∈ 1 … M → if j = 0 P − 1 P = P
90 89 breq1d ⊢ j ∈ 1 … M → if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j ↔ P < c ⁡ j
91 89 fveq2d ⊢ j ∈ 1 … M → if j = 0 P − 1 P ! = P !
92 89 oveq1d ⊢ j ∈ 1 … M → if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = P − c ⁡ j
93 92 fveq2d ⊢ j ∈ 1 … M → if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! = P − c ⁡ j !
94 91 93 oveq12d ⊢ j ∈ 1 … M → if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! = P ! P − c ⁡ j !
95 92 oveq2d ⊢ j ∈ 1 … M → Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = Y − j P − c ⁡ j
96 94 95 oveq12d ⊢ j ∈ 1 … M → if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j
97 90 96 ifbieq2d ⊢ j ∈ 1 … M → if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j
98 97 prodeq2i ⊢ ∏ j = 1 M if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = ∏ j = 1 M if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j
99 78 98 eqtri ⊢ ∏ j = 0 + 1 M if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = ∏ j = 1 M if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j
100 99 a1i ⊢ φ → ∏ j = 0 + 1 M if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = ∏ j = 1 M if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j
101 75 100 oveq12d ⊢ φ → if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y − 0 P - 1 - c ⁡ 0 ⁢ ∏ j = 0 + 1 M if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y P - 1 - c ⁡ 0 ⁢ ∏ j = 1 M if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j
102 101 adantr ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y − 0 P - 1 - c ⁡ 0 ⁢ ∏ j = 0 + 1 M if if j = 0 P − 1 P < c ⁡ j 0 if j = 0 P − 1 P ! if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j if j = 0 P − 1 P − c ⁡ j = if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y P - 1 - c ⁡ 0 ⁢ ∏ j = 1 M if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j
103 53 69 102 3eqtrd ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y = if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y P - 1 - c ⁡ 0 ⁢ ∏ j = 1 M if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j
104 103 oveq2d ⊢ φ ∧ c ∈ C ⁡ N → N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y = N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y P - 1 - c ⁡ 0 ⁢ ∏ j = 1 M if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j
105 104 sumeq2dv ⊢ φ → ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ ∏ j = 0 M S D n H ⁡ j ⁡ c ⁡ j ⁡ Y = ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y P - 1 - c ⁡ 0 ⁢ ∏ j = 1 M if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j
106 51 105 eqtrd ⊢ φ → S D n F ⁡ N ⁡ Y = ∑ c ∈ C ⁡ N N ! ∏ j = 0 M c ⁡ j ! ⁢ if P − 1 < c ⁡ 0 0 P − 1 ! P - 1 - c ⁡ 0 ! ⁢ Y P - 1 - c ⁡ 0 ⁢ ∏ j = 1 M if P < c ⁡ j 0 P ! P − c ⁡ j ! ⁢ Y − j P − c ⁡ j