Metamath Proof Explorer


Theorem coeid3

Description: Reconstruct a polynomial as an explicit sum of the coefficient function up to at least the degree of the polynomial. (Contributed by Mario Carneiro, 22-Jul-2014)

Ref Expression
Hypotheses dgrub.1 โŠข ๐ด = ( coeff โ€˜ ๐น )
dgrub.2 โŠข ๐‘ = ( deg โ€˜ ๐น )
Assertion coeid3 ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘€ ) ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 dgrub.1 โŠข ๐ด = ( coeff โ€˜ ๐น )
2 dgrub.2 โŠข ๐‘ = ( deg โ€˜ ๐น )
3 1 2 coeid2 โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) )
4 3 3adant2 โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) )
5 fzss2 โŠข ( ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โ†’ ( 0 ... ๐‘ ) โІ ( 0 ... ๐‘€ ) )
6 5 3ad2ant2 โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( 0 ... ๐‘ ) โІ ( 0 ... ๐‘€ ) )
7 elfznn0 โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
8 1 coef3 โŠข ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โ†’ ๐ด : โ„•0 โŸถ โ„‚ )
9 8 3ad2ant1 โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ๐ด : โ„•0 โŸถ โ„‚ )
10 9 ffvelcdmda โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
11 expcl โŠข ( ( ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
12 11 3ad2antl3 โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
13 10 12 mulcld โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„‚ )
14 7 13 sylan2 โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) โˆˆ โ„‚ )
15 eldifn โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ยฌ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) )
16 15 adantl โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ยฌ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) )
17 simpl1 โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) )
18 eldifi โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘€ ) )
19 elfzuz โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘€ ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 0 ) )
20 18 19 syl โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 0 ) )
21 20 adantl โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 0 ) )
22 nn0uz โŠข โ„•0 = ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 0 )
23 21 22 eleqtrrdi โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
24 1 2 dgrub โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 โˆง ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰  0 ) โ†’ ๐‘˜ โ‰ค ๐‘ )
25 24 3expia โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 ) โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰  0 โ†’ ๐‘˜ โ‰ค ๐‘ ) )
26 17 23 25 syl2anc โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰  0 โ†’ ๐‘˜ โ‰ค ๐‘ ) )
27 simpl2 โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) )
28 eluzel2 โŠข ( ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
29 27 28 syl โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„ค )
30 elfz5 โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ 0 ) โˆง ๐‘ โˆˆ โ„ค ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) โ†” ๐‘˜ โ‰ค ๐‘ ) )
31 21 29 30 syl2anc โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) โ†” ๐‘˜ โ‰ค ๐‘ ) )
32 26 31 sylibrd โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) โ‰  0 โ†’ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ) )
33 32 necon1bd โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ( ยฌ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) = 0 ) )
34 16 33 mpd โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) = 0 )
35 34 oveq1d โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) = ( 0 ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) )
36 elfznn0 โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘€ ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
37 18 36 syl โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) โ†’ ๐‘˜ โˆˆ โ„•0 )
38 37 12 sylan2 โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) โˆˆ โ„‚ )
39 38 mul02d โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ( 0 ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) = 0 )
40 35 39 eqtrd โŠข ( ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ( 0 ... ๐‘€ ) โˆ– ( 0 ... ๐‘ ) ) ) โ†’ ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) = 0 )
41 fzfid โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( 0 ... ๐‘€ ) โˆˆ Fin )
42 6 14 40 41 fsumss โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘ ) ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘€ ) ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) )
43 4 42 eqtrd โŠข ( ( ๐น โˆˆ ( Poly โ€˜ ๐‘† ) โˆง ๐‘€ โˆˆ ( โ„คโ‰ฅ โ€˜ ๐‘ ) โˆง ๐‘‹ โˆˆ โ„‚ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘‹ ) = ฮฃ ๐‘˜ โˆˆ ( 0 ... ๐‘€ ) ( ( ๐ด โ€˜ ๐‘˜ ) ยท ( ๐‘‹ โ†‘ ๐‘˜ ) ) )