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Theorem fsumiunss

Description: Sum over a disjoint indexed union, intersected with a finite set D . Similar to fsumiun , but here A and B need not be finite. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses fsumiunss.b ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐵𝑉 )
fsumiunss.dj ( 𝜑Disj 𝑥𝐴 𝐵 )
fsumiunss.c ( ( 𝜑𝑥𝐴𝑘𝐵 ) → 𝐶 ∈ ℂ )
fsumiunss.fi ( 𝜑𝐷 ∈ Fin )
Assertion fsumiunss ( 𝜑 → Σ 𝑘 𝑥𝐴 ( 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑥 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } Σ 𝑘 ∈ ( 𝐵𝐷 ) 𝐶 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fsumiunss.b ( ( 𝜑𝑥𝐴 ) → 𝐵𝑉 )
2 fsumiunss.dj ( 𝜑Disj 𝑥𝐴 𝐵 )
3 fsumiunss.c ( ( 𝜑𝑥𝐴𝑘𝐵 ) → 𝐶 ∈ ℂ )
4 fsumiunss.fi ( 𝜑𝐷 ∈ Fin )
5 nfcv 𝑦 ( 𝐵𝐷 )
6 nfcsb1v 𝑥 𝑦 / 𝑥 𝐵
7 nfcv 𝑥 𝐷
8 6 7 nfin 𝑥 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 )
9 csbeq1a ( 𝑥 = 𝑦𝐵 = 𝑦 / 𝑥 𝐵 )
10 9 ineq1d ( 𝑥 = 𝑦 → ( 𝐵𝐷 ) = ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
11 5 8 10 cbviun 𝑥𝐴 ( 𝐵𝐷 ) = 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 )
12 11 sumeq1i Σ 𝑘 𝑥𝐴 ( 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑘 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶
13 12 a1i ( 𝜑 → Σ 𝑘 𝑥𝐴 ( 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑘 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶 )
14 eliun ( 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ↔ ∃ 𝑦𝐴 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
15 14 biimpi ( 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) → ∃ 𝑦𝐴 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
16 df-rex ( ∃ 𝑦𝐴 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ↔ ∃ 𝑦 ( 𝑦𝐴𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) )
17 15 16 sylib ( 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) → ∃ 𝑦 ( 𝑦𝐴𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) )
18 nfcv 𝑦 𝑧
19 nfiu1 𝑦 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 )
20 18 19 nfel 𝑦 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 )
21 simpl ( ( 𝑦𝐴𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) → 𝑦𝐴 )
22 ne0i ( 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) → ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ )
23 22 adantl ( ( 𝑦𝐴𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) → ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ )
24 21 23 jca ( ( 𝑦𝐴𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) → ( 𝑦𝐴 ∧ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ ) )
25 nfcv 𝑥 𝑦
26 nfv 𝑥 𝑦𝐴
27 26 nfci 𝑥 𝐴
28 nfcv 𝑥
29 8 28 nfne 𝑥 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ≠ ∅
30 10 neeq1d ( 𝑥 = 𝑦 → ( ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ ↔ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ ) )
31 25 27 29 30 elrabf ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ↔ ( 𝑦𝐴 ∧ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ ) )
32 24 31 sylibr ( ( 𝑦𝐴𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) → 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } )
33 simpr ( ( 𝑦𝐴𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) → 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
34 32 33 jca ( ( 𝑦𝐴𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) → ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) )
35 34 a1i ( 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) → ( ( 𝑦𝐴𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) → ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) ) )
36 20 35 eximd ( 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) → ( ∃ 𝑦 ( 𝑦𝐴𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) → ∃ 𝑦 ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) ) )
37 17 36 mpd ( 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) → ∃ 𝑦 ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) )
38 df-rex ( ∃ 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ↔ ∃ 𝑦 ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∧ 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) )
39 37 38 sylibr ( 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) → ∃ 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
40 eliun ( 𝑧 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ↔ ∃ 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } 𝑧 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
41 39 40 sylibr ( 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) → 𝑧 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
42 41 rgen 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝑧 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 )
43 dfss3 ( 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ↔ ∀ 𝑧 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝑧 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
44 42 43 mpbir 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 )
45 elrabi ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } → 𝑦𝐴 )
46 45 ssriv { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ⊆ 𝐴
47 iunss1 ( { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ⊆ 𝐴 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
48 46 47 ax-mp 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 )
49 44 48 eqssi 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) = 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 )
50 49 sumeq1i Σ 𝑘 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑘 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶
51 50 a1i ( 𝜑 → Σ 𝑘 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑘 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶 )
52 1 2 4 disjinfi ( 𝜑 → { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∈ Fin )
53 inss2 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝐷
54 53 a1i ( 𝜑 → ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝐷 )
55 ssfi ( ( 𝐷 ∈ Fin ∧ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝐷 ) → ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ∈ Fin )
56 4 54 55 syl2anc ( 𝜑 → ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ∈ Fin )
57 56 adantr ( ( 𝜑𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ) → ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ∈ Fin )
58 46 a1i ( 𝜑 → { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ⊆ 𝐴 )
59 inss1 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝑦 / 𝑥 𝐵
60 59 rgenw 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝑦 / 𝑥 𝐵
61 60 a1i ( 𝜑 → ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝑦 / 𝑥 𝐵 )
62 nfcv 𝑦 𝐵
63 eqcom ( 𝑥 = 𝑦𝑦 = 𝑥 )
64 63 imbi1i ( ( 𝑥 = 𝑦𝐵 = 𝑦 / 𝑥 𝐵 ) ↔ ( 𝑦 = 𝑥𝐵 = 𝑦 / 𝑥 𝐵 ) )
65 eqcom ( 𝐵 = 𝑦 / 𝑥 𝐵 𝑦 / 𝑥 𝐵 = 𝐵 )
66 65 imbi2i ( ( 𝑦 = 𝑥𝐵 = 𝑦 / 𝑥 𝐵 ) ↔ ( 𝑦 = 𝑥 𝑦 / 𝑥 𝐵 = 𝐵 ) )
67 64 66 bitri ( ( 𝑥 = 𝑦𝐵 = 𝑦 / 𝑥 𝐵 ) ↔ ( 𝑦 = 𝑥 𝑦 / 𝑥 𝐵 = 𝐵 ) )
68 9 67 mpbi ( 𝑦 = 𝑥 𝑦 / 𝑥 𝐵 = 𝐵 )
69 6 62 68 cbvdisj ( Disj 𝑦𝐴 𝑦 / 𝑥 𝐵Disj 𝑥𝐴 𝐵 )
70 2 69 sylibr ( 𝜑Disj 𝑦𝐴 𝑦 / 𝑥 𝐵 )
71 disjss2 ( ∀ 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ⊆ 𝑦 / 𝑥 𝐵 → ( Disj 𝑦𝐴 𝑦 / 𝑥 𝐵Disj 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) )
72 61 70 71 sylc ( 𝜑Disj 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
73 disjss1 ( { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ⊆ 𝐴 → ( Disj 𝑦𝐴 ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) → Disj 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) )
74 58 72 73 sylc ( 𝜑Disj 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) )
75 simpl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∧ 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) ) → 𝜑 )
76 45 ad2antrl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∧ 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) ) → 𝑦𝐴 )
77 59 sseli ( 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) → 𝑘 𝑦 / 𝑥 𝐵 )
78 77 adantl ( ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∧ 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) → 𝑘 𝑦 / 𝑥 𝐵 )
79 78 adantl ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∧ 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) ) → 𝑘 𝑦 / 𝑥 𝐵 )
80 nfv 𝑥 𝜑
81 nfcv 𝑥 𝑘
82 81 6 nfel 𝑥 𝑘 𝑦 / 𝑥 𝐵
83 80 26 82 nf3an 𝑥 ( 𝜑𝑦𝐴𝑘 𝑦 / 𝑥 𝐵 )
84 nfv 𝑥 𝐶 ∈ ℂ
85 83 84 nfim 𝑥 ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑘 𝑦 / 𝑥 𝐵 ) → 𝐶 ∈ ℂ )
86 eleq1w ( 𝑥 = 𝑦 → ( 𝑥𝐴𝑦𝐴 ) )
87 9 eleq2d ( 𝑥 = 𝑦 → ( 𝑘𝐵𝑘 𝑦 / 𝑥 𝐵 ) )
88 86 87 3anbi23d ( 𝑥 = 𝑦 → ( ( 𝜑𝑥𝐴𝑘𝐵 ) ↔ ( 𝜑𝑦𝐴𝑘 𝑦 / 𝑥 𝐵 ) ) )
89 88 imbi1d ( 𝑥 = 𝑦 → ( ( ( 𝜑𝑥𝐴𝑘𝐵 ) → 𝐶 ∈ ℂ ) ↔ ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑘 𝑦 / 𝑥 𝐵 ) → 𝐶 ∈ ℂ ) ) )
90 85 89 3 chvarfv ( ( 𝜑𝑦𝐴𝑘 𝑦 / 𝑥 𝐵 ) → 𝐶 ∈ ℂ )
91 75 76 79 90 syl3anc ( ( 𝜑 ∧ ( 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ∧ 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) ) ) → 𝐶 ∈ ℂ )
92 52 57 74 91 fsumiun ( 𝜑 → Σ 𝑘 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } Σ 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶 )
93 68 ineq1d ( 𝑦 = 𝑥 → ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) = ( 𝐵𝐷 ) )
94 93 sumeq1d ( 𝑦 = 𝑥 → Σ 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑘 ∈ ( 𝐵𝐷 ) 𝐶 )
95 nfrab1 𝑥 { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ }
96 nfcv 𝑦 { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ }
97 nfcv 𝑥 𝐶
98 8 97 nfsum 𝑥 Σ 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶
99 nfcv 𝑦 Σ 𝑘 ∈ ( 𝐵𝐷 ) 𝐶
100 94 95 96 98 99 cbvsum Σ 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } Σ 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑥 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } Σ 𝑘 ∈ ( 𝐵𝐷 ) 𝐶
101 100 a1i ( 𝜑 → Σ 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } Σ 𝑘 ∈ ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑥 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } Σ 𝑘 ∈ ( 𝐵𝐷 ) 𝐶 )
102 92 101 eqtrd ( 𝜑 → Σ 𝑘 𝑦 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } ( 𝑦 / 𝑥 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑥 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } Σ 𝑘 ∈ ( 𝐵𝐷 ) 𝐶 )
103 13 51 102 3eqtrd ( 𝜑 → Σ 𝑘 𝑥𝐴 ( 𝐵𝐷 ) 𝐶 = Σ 𝑥 ∈ { 𝑥𝐴 ∣ ( 𝐵𝐷 ) ≠ ∅ } Σ 𝑘 ∈ ( 𝐵𝐷 ) 𝐶 )