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Theorem telgsumfzslem

Description: Lemma for telgsumfzs (induction step). (Contributed by AV, 23-Nov-2019)

Ref Expression
Hypotheses telgsumfzs.b ⊢ B = Base G
telgsumfzs.g ⊢ φ → G ∈ Abel
telgsumfzs.m ⊢ - ˙ = - G
Assertion telgsumfzslem ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C → ∑ G i = M y + 1 ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 telgsumfzs.b ⊢ B = Base G
2 telgsumfzs.g ⊢ φ → G ∈ Abel
3 telgsumfzs.m ⊢ - ˙ = - G
4 eqid ⊢ + G = + G
5 2 adantr ⊢ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → G ∈ Abel
6 ablcmn ⊢ G ∈ Abel → G ∈ CMnd
7 5 6 syl ⊢ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → G ∈ CMnd
8 7 adantl ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → G ∈ CMnd
9 fzfid ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → M … y + 1 ∈ Fin
10 ablgrp ⊢ G ∈ Abel → G ∈ Grp
11 2 10 syl ⊢ φ → G ∈ Grp
12 11 ad2antrl ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → G ∈ Grp
13 12 adantr ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ i ∈ M … y + 1 → G ∈ Grp
14 fzelp1 ⊢ i ∈ M … y + 1 → i ∈ M … y + 1 + 1
15 simpr ⊢ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B
16 15 adantl ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B
17 rspcsbela ⊢ i ∈ M … y + 1 + 1 ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ⦋ i / k⦌ C ∈ B
18 14 16 17 syl2anr ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ i ∈ M … y + 1 → ⦋ i / k⦌ C ∈ B
19 fzp1elp1 ⊢ i ∈ M … y + 1 → i + 1 ∈ M … y + 1 + 1
20 rspcsbela ⊢ i + 1 ∈ M … y + 1 + 1 ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ⦋ i + 1 / k⦌ C ∈ B
21 19 16 20 syl2anr ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ i ∈ M … y + 1 → ⦋ i + 1 / k⦌ C ∈ B
22 1 3 grpsubcl ⊢ G ∈ Grp ∧ ⦋ i / k⦌ C ∈ B ∧ ⦋ i + 1 / k⦌ C ∈ B → ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C ∈ B
23 13 18 21 22 syl3anc ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ i ∈ M … y + 1 → ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C ∈ B
24 fzp1disj ⊢ M … y ∩ y + 1 = ∅
25 24 a1i ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → M … y ∩ y + 1 = ∅
26 fzsuc ⊢ y ∈ ℤ ≥ M → M … y + 1 = M … y ∪ y + 1
27 26 adantr ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → M … y + 1 = M … y ∪ y + 1
28 1 4 8 9 23 25 27 gsummptfidmsplit ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ∑ G i = M y + 1 ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C + G ∑ G i ∈ y + 1 ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C
29 28 adantr ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C → ∑ G i = M y + 1 ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C + G ∑ G i ∈ y + 1 ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C
30 simpr ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C → ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C
31 11 grpmndd ⊢ φ → G ∈ Mnd
32 31 ad2antrl ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → G ∈ Mnd
33 ovexd ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → y + 1 ∈ V
34 peano2uz ⊢ y ∈ ℤ ≥ M → y + 1 ∈ ℤ ≥ M
35 eluzfz2 ⊢ y + 1 ∈ ℤ ≥ M → y + 1 ∈ M … y + 1
36 34 35 syl ⊢ y ∈ ℤ ≥ M → y + 1 ∈ M … y + 1
37 fzelp1 ⊢ y + 1 ∈ M … y + 1 → y + 1 ∈ M … y + 1 + 1
38 36 37 syl ⊢ y ∈ ℤ ≥ M → y + 1 ∈ M … y + 1 + 1
39 rspcsbela ⊢ y + 1 ∈ M … y + 1 + 1 ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ⦋ y + 1 / k⦌ C ∈ B
40 38 15 39 syl2an ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ⦋ y + 1 / k⦌ C ∈ B
41 peano2uz ⊢ y + 1 ∈ ℤ ≥ M → y + 1 + 1 ∈ ℤ ≥ M
42 34 41 syl ⊢ y ∈ ℤ ≥ M → y + 1 + 1 ∈ ℤ ≥ M
43 eluzfz2 ⊢ y + 1 + 1 ∈ ℤ ≥ M → y + 1 + 1 ∈ M … y + 1 + 1
44 42 43 syl ⊢ y ∈ ℤ ≥ M → y + 1 + 1 ∈ M … y + 1 + 1
45 rspcsbela ⊢ y + 1 + 1 ∈ M … y + 1 + 1 ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C ∈ B
46 44 15 45 syl2an ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C ∈ B
47 1 3 grpsubcl ⊢ G ∈ Grp ∧ ⦋ y + 1 / k⦌ C ∈ B ∧ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C ∈ B → ⦋ y + 1 / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C ∈ B
48 12 40 46 47 syl3anc ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ⦋ y + 1 / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C ∈ B
49 csbeq1 ⊢ i = y + 1 → ⦋ i / k⦌ C = ⦋ y + 1 / k⦌ C
50 oveq1 ⊢ i = y + 1 → i + 1 = y + 1 + 1
51 50 csbeq1d ⊢ i = y + 1 → ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C
52 49 51 oveq12d ⊢ i = y + 1 → ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ y + 1 / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C
53 52 adantl ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ i = y + 1 → ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ y + 1 / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C
54 1 32 33 48 53 gsumsnd ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ∑ G i ∈ y + 1 ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ y + 1 / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C
55 54 adantr ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C → ∑ G i ∈ y + 1 ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ y + 1 / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C
56 30 55 oveq12d ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C → ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C + G ∑ G i ∈ y + 1 ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C + G ⦋ y + 1 / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C
57 eluzfz1 ⊢ y + 1 + 1 ∈ ℤ ≥ M → M ∈ M … y + 1 + 1
58 42 57 syl ⊢ y ∈ ℤ ≥ M → M ∈ M … y + 1 + 1
59 rspcsbela ⊢ M ∈ M … y + 1 + 1 ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ⦋ M / k⦌ C ∈ B
60 58 15 59 syl2an ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ⦋ M / k⦌ C ∈ B
61 1 4 3 grpnpncan ⊢ G ∈ Grp ∧ ⦋ M / k⦌ C ∈ B ∧ ⦋ y + 1 / k⦌ C ∈ B ∧ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C ∈ B → ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C + G ⦋ y + 1 / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C
62 12 60 40 46 61 syl13anc ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C + G ⦋ y + 1 / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C
63 62 adantr ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C → ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C + G ⦋ y + 1 / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C
64 29 56 63 3eqtrd ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B ∧ ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C → ∑ G i = M y + 1 ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C
65 64 ex ⊢ y ∈ ℤ ≥ M ∧ φ ∧ ∀ k ∈ M … y + 1 + 1 C ∈ B → ∑ G i = M y ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 / k⦌ C → ∑ G i = M y + 1 ⦋ i / k⦌ C - ˙ ⦋ i + 1 / k⦌ C = ⦋ M / k⦌ C - ˙ ⦋ y + 1 + 1 / k⦌ C