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Theorem sumcubes

Description: The sum of the first N perfect cubes is the sum of the first N nonnegative integers, squared. This is the Proof by Nicomachus from https://proofwiki.org/wiki/Sum_of_Sequence_of_Cubes using induction and index shifting to collect all the odd numbers. (Contributed by SN, 22-Mar-2025)

Ref Expression
Assertion sumcubes ⊢ N ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 N k 3 = ∑ k = 1 N k 2

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 oveq2 ⊢ x = 0 → 1 … x = 1 … 0
2 1 sumeq1d ⊢ x = 0 → ∑ k = 1 x ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ k = 1 0 ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1
3 1 sumeq1d ⊢ x = 0 → ∑ k = 1 x k = ∑ k = 1 0 k
4 3 oveq2d ⊢ x = 0 → 1 … ∑ k = 1 x k = 1 … ∑ k = 1 0 k
5 4 sumeq1d ⊢ x = 0 → ∑ m = 1 ∑ k = 1 x k 2 ⁢ m − 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 0 k 2 ⁢ m − 1
6 2 5 eqeq12d ⊢ x = 0 → ∑ k = 1 x ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 x k 2 ⁢ m − 1 ↔ ∑ k = 1 0 ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 0 k 2 ⁢ m − 1
7 oveq2 ⊢ x = y → 1 … x = 1 … y
8 7 sumeq1d ⊢ x = y → ∑ k = 1 x ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1
9 7 sumeq1d ⊢ x = y → ∑ k = 1 x k = ∑ k = 1 y k
10 9 oveq2d ⊢ x = y → 1 … ∑ k = 1 x k = 1 … ∑ k = 1 y k
11 10 sumeq1d ⊢ x = y → ∑ m = 1 ∑ k = 1 x k 2 ⁢ m − 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1
12 8 11 eqeq12d ⊢ x = y → ∑ k = 1 x ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 x k 2 ⁢ m − 1 ↔ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1
13 oveq2 ⊢ x = y + 1 → 1 … x = 1 … y + 1
14 13 sumeq1d ⊢ x = y + 1 → ∑ k = 1 x ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ k = 1 y + 1 ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1
15 13 sumeq1d ⊢ x = y + 1 → ∑ k = 1 x k = ∑ k = 1 y + 1 k
16 15 oveq2d ⊢ x = y + 1 → 1 … ∑ k = 1 x k = 1 … ∑ k = 1 y + 1 k
17 16 sumeq1d ⊢ x = y + 1 → ∑ m = 1 ∑ k = 1 x k 2 ⁢ m − 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y + 1 k 2 ⁢ m − 1
18 14 17 eqeq12d ⊢ x = y + 1 → ∑ k = 1 x ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 x k 2 ⁢ m − 1 ↔ ∑ k = 1 y + 1 ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y + 1 k 2 ⁢ m − 1
19 oveq2 ⊢ x = N → 1 … x = 1 … N
20 19 sumeq1d ⊢ x = N → ∑ k = 1 x ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ k = 1 N ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1
21 19 sumeq1d ⊢ x = N → ∑ k = 1 x k = ∑ k = 1 N k
22 21 oveq2d ⊢ x = N → 1 … ∑ k = 1 x k = 1 … ∑ k = 1 N k
23 22 sumeq1d ⊢ x = N → ∑ m = 1 ∑ k = 1 x k 2 ⁢ m − 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 N k 2 ⁢ m − 1
24 20 23 eqeq12d ⊢ x = N → ∑ k = 1 x ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 x k 2 ⁢ m − 1 ↔ ∑ k = 1 N ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 N k 2 ⁢ m − 1
25 sum0 ⊢ ∑ k ∈ ∅ ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = 0
26 sum0 ⊢ ∑ m ∈ ∅ 2 ⁢ m − 1 = 0
27 25 26 eqtr4i ⊢ ∑ k ∈ ∅ ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m ∈ ∅ 2 ⁢ m − 1
28 fz10 ⊢ 1 … 0 = ∅
29 28 sumeq1i ⊢ ∑ k = 1 0 ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ k ∈ ∅ ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1
30 28 sumeq1i ⊢ ∑ k = 1 0 k = ∑ k ∈ ∅ k
31 sum0 ⊢ ∑ k ∈ ∅ k = 0
32 30 31 eqtri ⊢ ∑ k = 1 0 k = 0
33 32 oveq2i ⊢ 1 … ∑ k = 1 0 k = 1 … 0
34 33 28 eqtri ⊢ 1 … ∑ k = 1 0 k = ∅
35 34 sumeq1i ⊢ ∑ m = 1 ∑ k = 1 0 k 2 ⁢ m − 1 = ∑ m ∈ ∅ 2 ⁢ m − 1
36 27 29 35 3eqtr4i ⊢ ∑ k = 1 0 ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 0 k 2 ⁢ m − 1
37 simpr ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1
38 fzfid ⊢ y ∈ ℕ 0 → 1 … y ∈ Fin
39 elfznn ⊢ k ∈ 1 … y → k ∈ ℕ
40 39 adantl ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … y → k ∈ ℕ
41 40 nnnn0d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … y → k ∈ ℕ 0
42 38 41 fsumnn0cl ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k ∈ ℕ 0
43 42 nn0zd ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k ∈ ℤ
44 nn0p1nn ⊢ ∑ k = 1 y k ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k + 1 ∈ ℕ
45 42 44 syl ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k + 1 ∈ ℕ
46 45 nnzd ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k + 1 ∈ ℤ
47 peano2nn0 ⊢ y ∈ ℕ 0 → y + 1 ∈ ℕ 0
48 47 nn0zd ⊢ y ∈ ℕ 0 → y + 1 ∈ ℤ
49 43 48 zaddcld ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k + y + 1 ∈ ℤ
50 2cnd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → 2 ∈ ℂ
51 elfzelz ⊢ m ∈ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → m ∈ ℤ
52 51 zcnd ⊢ m ∈ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → m ∈ ℂ
53 52 adantl ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → m ∈ ℂ
54 50 53 mulcld ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → 2 ⁢ m ∈ ℂ
55 1cnd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → 1 ∈ ℂ
56 54 55 subcld ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → 2 ⁢ m − 1 ∈ ℂ
57 oveq2 ⊢ m = l + ∑ k = 1 y k → 2 ⁢ m = 2 ⁢ l + ∑ k = 1 y k
58 57 oveq1d ⊢ m = l + ∑ k = 1 y k → 2 ⁢ m − 1 = 2 ⁢ l + ∑ k = 1 y k − 1
59 43 46 49 56 58 fsumshftm ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ m = ∑ k = 1 y k + 1 ∑ k = 1 y k + y + 1 2 ⁢ m − 1 = ∑ l = ∑ k = 1 y k + 1 - ∑ k = 1 y k ∑ k = 1 y k + y + 1 - ∑ k = 1 y k 2 ⁢ l + ∑ k = 1 y k − 1
60 elfzelz ⊢ k ∈ 1 … y → k ∈ ℤ
61 60 adantl ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … y → k ∈ ℤ
62 61 zred ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … y → k ∈ ℝ
63 38 62 fsumrecl ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k ∈ ℝ
64 63 recnd ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k ∈ ℂ
65 1cnd ⊢ y ∈ ℕ 0 → 1 ∈ ℂ
66 64 65 pncan2d ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k + 1 - ∑ k = 1 y k = 1
67 47 nn0cnd ⊢ y ∈ ℕ 0 → y + 1 ∈ ℂ
68 64 67 pncan2d ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k + y + 1 - ∑ k = 1 y k = y + 1
69 66 68 oveq12d ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k + 1 - ∑ k = 1 y k … ∑ k = 1 y k + y + 1 - ∑ k = 1 y k = 1 … y + 1
70 elfzelz ⊢ l ∈ ∑ k = 1 y k + 1 - ∑ k = 1 y k … ∑ k = 1 y k + y + 1 - ∑ k = 1 y k → l ∈ ℤ
71 70 zcnd ⊢ l ∈ ∑ k = 1 y k + 1 - ∑ k = 1 y k … ∑ k = 1 y k + y + 1 - ∑ k = 1 y k → l ∈ ℂ
72 2cnd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ∈ ℂ
73 simpr ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → l ∈ ℂ
74 64 adantr ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → ∑ k = 1 y k ∈ ℂ
75 72 73 74 adddid ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ⁢ l + ∑ k = 1 y k = 2 ⁢ l + 2 ⁢ ∑ k = 1 y k
76 75 oveq1d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ⁢ l + ∑ k = 1 y k − 1 = 2 ⁢ l + 2 ⁢ ∑ k = 1 y k - 1
77 72 73 mulcld ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ⁢ l ∈ ℂ
78 72 74 mulcld ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ⁢ ∑ k = 1 y k ∈ ℂ
79 1cnd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 1 ∈ ℂ
80 77 78 79 addsubassd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ⁢ l + 2 ⁢ ∑ k = 1 y k - 1 = 2 ⁢ l + 2 ⁢ ∑ k = 1 y k - 1
81 77 78 79 addsub12d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ⁢ l + 2 ⁢ ∑ k = 1 y k - 1 = 2 ⁢ ∑ k = 1 y k + 2 ⁢ l - 1
82 arisum ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k = y 2 + y 2
83 82 oveq2d ⊢ y ∈ ℕ 0 → 2 ⁢ ∑ k = 1 y k = 2 ⁢ y 2 + y 2
84 nn0cn ⊢ y ∈ ℕ 0 → y ∈ ℂ
85 84 sqcld ⊢ y ∈ ℕ 0 → y 2 ∈ ℂ
86 85 84 addcld ⊢ y ∈ ℕ 0 → y 2 + y ∈ ℂ
87 2cnd ⊢ y ∈ ℕ 0 → 2 ∈ ℂ
88 2ne0 ⊢ 2 ≠ 0
89 88 a1i ⊢ y ∈ ℕ 0 → 2 ≠ 0
90 86 87 89 divcan2d ⊢ y ∈ ℕ 0 → 2 ⁢ y 2 + y 2 = y 2 + y
91 binom21 ⊢ y ∈ ℂ → y + 1 2 = y 2 + 2 ⁢ y + 1
92 84 91 syl ⊢ y ∈ ℕ 0 → y + 1 2 = y 2 + 2 ⁢ y + 1
93 92 oveq1d ⊢ y ∈ ℕ 0 → y + 1 2 − y + 1 = y 2 + 2 ⁢ y + 1 - y + 1
94 87 84 mulcld ⊢ y ∈ ℕ 0 → 2 ⁢ y ∈ ℂ
95 85 94 addcld ⊢ y ∈ ℕ 0 → y 2 + 2 ⁢ y ∈ ℂ
96 95 84 65 pnpcan2d ⊢ y ∈ ℕ 0 → y 2 + 2 ⁢ y + 1 - y + 1 = y 2 + 2 ⁢ y - y
97 85 94 84 addsubassd ⊢ y ∈ ℕ 0 → y 2 + 2 ⁢ y - y = y 2 + 2 ⁢ y - y
98 84 2timesd ⊢ y ∈ ℕ 0 → 2 ⁢ y = y + y
99 84 84 98 mvrladdd ⊢ y ∈ ℕ 0 → 2 ⁢ y − y = y
100 99 oveq2d ⊢ y ∈ ℕ 0 → y 2 + 2 ⁢ y - y = y 2 + y
101 97 100 eqtrd ⊢ y ∈ ℕ 0 → y 2 + 2 ⁢ y - y = y 2 + y
102 93 96 101 3eqtrrd ⊢ y ∈ ℕ 0 → y 2 + y = y + 1 2 − y + 1
103 83 90 102 3eqtrd ⊢ y ∈ ℕ 0 → 2 ⁢ ∑ k = 1 y k = y + 1 2 − y + 1
104 103 adantr ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ⁢ ∑ k = 1 y k = y + 1 2 − y + 1
105 104 oveq1d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ⁢ ∑ k = 1 y k + 2 ⁢ l - 1 = y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1
106 81 105 eqtrd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ⁢ l + 2 ⁢ ∑ k = 1 y k - 1 = y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1
107 76 80 106 3eqtrd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ℂ → 2 ⁢ l + ∑ k = 1 y k − 1 = y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1
108 71 107 sylan2 ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ l ∈ ∑ k = 1 y k + 1 - ∑ k = 1 y k … ∑ k = 1 y k + y + 1 - ∑ k = 1 y k → 2 ⁢ l + ∑ k = 1 y k − 1 = y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1
109 69 108 sumeq12dv ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ l = ∑ k = 1 y k + 1 - ∑ k = 1 y k ∑ k = 1 y k + y + 1 - ∑ k = 1 y k 2 ⁢ l + ∑ k = 1 y k − 1 = ∑ l = 1 y + 1 y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1
110 59 109 eqtr2d ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ l = 1 y + 1 y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = ∑ k = 1 y k + 1 ∑ k = 1 y k + y + 1 2 ⁢ m − 1
111 110 adantr ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → ∑ l = 1 y + 1 y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = ∑ k = 1 y k + 1 ∑ k = 1 y k + y + 1 2 ⁢ m − 1
112 37 111 oveq12d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 + ∑ l = 1 y + 1 y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 + ∑ m = ∑ k = 1 y k + 1 ∑ k = 1 y k + y + 1 2 ⁢ m − 1
113 id ⊢ y ∈ ℕ 0 → y ∈ ℕ 0
114 fzfid ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … y + 1 → 1 … k ∈ Fin
115 elfzelz ⊢ k ∈ 1 … y + 1 → k ∈ ℤ
116 115 zcnd ⊢ k ∈ 1 … y + 1 → k ∈ ℂ
117 116 sqcld ⊢ k ∈ 1 … y + 1 → k 2 ∈ ℂ
118 117 116 subcld ⊢ k ∈ 1 … y + 1 → k 2 − k ∈ ℂ
119 2cnd ⊢ l ∈ 1 … k → 2 ∈ ℂ
120 elfzelz ⊢ l ∈ 1 … k → l ∈ ℤ
121 120 zcnd ⊢ l ∈ 1 … k → l ∈ ℂ
122 119 121 mulcld ⊢ l ∈ 1 … k → 2 ⁢ l ∈ ℂ
123 1cnd ⊢ l ∈ 1 … k → 1 ∈ ℂ
124 122 123 subcld ⊢ l ∈ 1 … k → 2 ⁢ l − 1 ∈ ℂ
125 addcl ⊢ k 2 − k ∈ ℂ ∧ 2 ⁢ l − 1 ∈ ℂ → k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 ∈ ℂ
126 118 124 125 syl2an ⊢ k ∈ 1 … y + 1 ∧ l ∈ 1 … k → k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 ∈ ℂ
127 126 adantll ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … y + 1 ∧ l ∈ 1 … k → k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 ∈ ℂ
128 114 127 fsumcl ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … y + 1 → ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 ∈ ℂ
129 oveq2 ⊢ k = y + 1 → 1 … k = 1 … y + 1
130 oveq1 ⊢ k = y + 1 → k 2 = y + 1 2
131 id ⊢ k = y + 1 → k = y + 1
132 130 131 oveq12d ⊢ k = y + 1 → k 2 − k = y + 1 2 − y + 1
133 132 oveq1d ⊢ k = y + 1 → k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1
134 133 adantr ⊢ k = y + 1 ∧ l ∈ 1 … k → k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1
135 129 134 sumeq12dv ⊢ k = y + 1 → ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ l = 1 y + 1 y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1
136 113 128 135 fz1sump1 ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y + 1 ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 + ∑ l = 1 y + 1 y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1
137 136 adantr ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → ∑ k = 1 y + 1 ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 + ∑ l = 1 y + 1 y + 1 2 − y + 1 + 2 ⁢ l - 1
138 116 adantl ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … y + 1 → k ∈ ℂ
139 113 138 131 fz1sump1 ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y + 1 k = ∑ k = 1 y k + y + 1
140 139 adantr ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → ∑ k = 1 y + 1 k = ∑ k = 1 y k + y + 1
141 140 oveq2d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → 1 … ∑ k = 1 y + 1 k = 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1
142 141 sumeq1d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → ∑ m = 1 ∑ k = 1 y + 1 k 2 ⁢ m − 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k + y + 1 2 ⁢ m − 1
143 63 ltp1d ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k < ∑ k = 1 y k + 1
144 fzdisj ⊢ ∑ k = 1 y k < ∑ k = 1 y k + 1 → 1 … ∑ k = 1 y k ∩ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 = ∅
145 143 144 syl ⊢ y ∈ ℕ 0 → 1 … ∑ k = 1 y k ∩ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 = ∅
146 nnuz ⊢ ℕ = ℤ ≥ 1
147 45 146 eleqtrdi ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k + 1 ∈ ℤ ≥ 1
148 43 uzidd ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k ∈ ℤ ≥ ∑ k = 1 y k
149 uzaddcl ⊢ ∑ k = 1 y k ∈ ℤ ≥ ∑ k = 1 y k ∧ y + 1 ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k + y + 1 ∈ ℤ ≥ ∑ k = 1 y k
150 148 47 149 syl2anc ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y k + y + 1 ∈ ℤ ≥ ∑ k = 1 y k
151 fzsplit2 ⊢ ∑ k = 1 y k + 1 ∈ ℤ ≥ 1 ∧ ∑ k = 1 y k + y + 1 ∈ ℤ ≥ ∑ k = 1 y k → 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 = 1 … ∑ k = 1 y k ∪ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1
152 147 150 151 syl2anc ⊢ y ∈ ℕ 0 → 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 = 1 … ∑ k = 1 y k ∪ ∑ k = 1 y k + 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1
153 fzfid ⊢ y ∈ ℕ 0 → 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 ∈ Fin
154 2cnd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → 2 ∈ ℂ
155 elfzelz ⊢ m ∈ 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → m ∈ ℤ
156 155 zcnd ⊢ m ∈ 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → m ∈ ℂ
157 156 adantl ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → m ∈ ℂ
158 154 157 mulcld ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → 2 ⁢ m ∈ ℂ
159 1cnd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → 1 ∈ ℂ
160 158 159 subcld ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ m ∈ 1 … ∑ k = 1 y k + y + 1 → 2 ⁢ m − 1 ∈ ℂ
161 145 152 153 160 fsumsplit ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k + y + 1 2 ⁢ m − 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 + ∑ m = ∑ k = 1 y k + 1 ∑ k = 1 y k + y + 1 2 ⁢ m − 1
162 161 adantr ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k + y + 1 2 ⁢ m − 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 + ∑ m = ∑ k = 1 y k + 1 ∑ k = 1 y k + y + 1 2 ⁢ m − 1
163 142 162 eqtrd ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → ∑ m = 1 ∑ k = 1 y + 1 k 2 ⁢ m − 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 + ∑ m = ∑ k = 1 y k + 1 ∑ k = 1 y k + y + 1 2 ⁢ m − 1
164 112 137 163 3eqtr4d ⊢ y ∈ ℕ 0 ∧ ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → ∑ k = 1 y + 1 ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y + 1 k 2 ⁢ m − 1
165 164 ex ⊢ y ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 y ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y k 2 ⁢ m − 1 → ∑ k = 1 y + 1 ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 y + 1 k 2 ⁢ m − 1
166 6 12 18 24 36 165 nn0ind ⊢ N ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 N ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ m = 1 ∑ k = 1 N k 2 ⁢ m − 1
167 fz1ssnn ⊢ 1 … N ⊆ ℕ
168 nnssnn0 ⊢ ℕ ⊆ ℕ 0
169 167 168 sstri ⊢ 1 … N ⊆ ℕ 0
170 169 a1i ⊢ N ∈ ℕ 0 → 1 … N ⊆ ℕ 0
171 170 sselda ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → k ∈ ℕ 0
172 nicomachus ⊢ k ∈ ℕ 0 → ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = k 3
173 171 172 syl ⊢ N ∈ ℕ 0 ∧ k ∈ 1 … N → ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = k 3
174 173 sumeq2dv ⊢ N ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 N ∑ l = 1 k k 2 − k + 2 ⁢ l - 1 = ∑ k = 1 N k 3
175 fzfid ⊢ N ∈ ℕ 0 → 1 … N ∈ Fin
176 175 171 fsumnn0cl ⊢ N ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 N k ∈ ℕ 0
177 oddnumth ⊢ ∑ k = 1 N k ∈ ℕ 0 → ∑ m = 1 ∑ k = 1 N k 2 ⁢ m − 1 = ∑ k = 1 N k 2
178 176 177 syl ⊢ N ∈ ℕ 0 → ∑ m = 1 ∑ k = 1 N k 2 ⁢ m − 1 = ∑ k = 1 N k 2
179 166 174 178 3eqtr3d ⊢ N ∈ ℕ 0 → ∑ k = 1 N k 3 = ∑ k = 1 N k 2