Metamath Proof Explorer


Theorem stoweidlem40

Description: This lemma proves that q_n is in the subalgebra, as in the proof of Lemma 1 in BrosowskiDeutsh p. 90. Q is used to represent q_n in the paper, N is used to represent n in the paper, and M is used to represent k^n in the paper. (Contributed by Glauco Siliprandi, 20-Apr-2017)

Ref Expression
Hypotheses stoweidlem40.1 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐‘ƒ
stoweidlem40.2 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐œ‘
stoweidlem40.3 โŠข ๐‘„ = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) โ†‘ ๐‘€ ) )
stoweidlem40.4 โŠข ๐น = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) )
stoweidlem40.5 โŠข ๐บ = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ 1 )
stoweidlem40.6 โŠข ๐ป = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) )
stoweidlem40.7 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด )
stoweidlem40.8 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
stoweidlem40.9 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘“ : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
stoweidlem40.10 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘” โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ก ) + ( ๐‘” โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
stoweidlem40.11 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘” โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐‘” โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
stoweidlem40.12 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ๐‘ฅ ) โˆˆ ๐ด )
stoweidlem40.13 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
stoweidlem40.14 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„• )
Assertion stoweidlem40 ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โˆˆ ๐ด )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 stoweidlem40.1 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐‘ƒ
2 stoweidlem40.2 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐œ‘
3 stoweidlem40.3 โŠข ๐‘„ = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) โ†‘ ๐‘€ ) )
4 stoweidlem40.4 โŠข ๐น = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) )
5 stoweidlem40.5 โŠข ๐บ = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ 1 )
6 stoweidlem40.6 โŠข ๐ป = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) )
7 stoweidlem40.7 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ โˆˆ ๐ด )
8 stoweidlem40.8 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ƒ : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
9 stoweidlem40.9 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐‘“ : ๐‘‡ โŸถ โ„ )
10 stoweidlem40.10 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘” โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ก ) + ( ๐‘” โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
11 stoweidlem40.11 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘“ โˆˆ ๐ด โˆง ๐‘” โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘“ โ€˜ ๐‘ก ) ยท ( ๐‘” โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
12 stoweidlem40.12 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ฅ โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ๐‘ฅ ) โˆˆ ๐ด )
13 stoweidlem40.13 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„• )
14 stoweidlem40.14 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„• )
15 simpr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ )
16 1red โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ 1 โˆˆ โ„ )
17 8 ffvelcdmda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โˆˆ โ„ )
18 13 nnnn0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„•0 )
19 18 adantr โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ๐‘ โˆˆ โ„•0 )
20 17 19 reexpcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) โˆˆ โ„ )
21 16 20 resubcld โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„ )
22 4 fvmpt2 โŠข ( ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โˆง ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) = ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) )
23 15 21 22 syl2anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) = ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) )
24 23 eqcomd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) = ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) )
25 24 oveq1d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) โ†‘ ๐‘€ ) = ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘€ ) )
26 2 25 mpteq2da โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) โ†‘ ๐‘€ ) ) = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘€ ) ) )
27 3 26 eqtrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘€ ) ) )
28 nfmpt1 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) )
29 4 28 nfcxfr โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐น
30 1re โŠข 1 โˆˆ โ„
31 5 fvmpt2 โŠข ( ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โˆง 1 โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) = 1 )
32 30 31 mpan2 โŠข ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†’ ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) = 1 )
33 32 eqcomd โŠข ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†’ 1 = ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) )
34 33 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ 1 = ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) )
35 6 fvmpt2 โŠข ( ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โˆง ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘ก ) = ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) )
36 15 20 35 syl2anc โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘ก ) = ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) )
37 36 eqcomd โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) = ( ๐ป โ€˜ ๐‘ก ) )
38 34 37 oveq12d โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ ) โ†’ ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) = ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘ก ) ) )
39 2 38 mpteq2da โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( 1 โˆ’ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) ) = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘ก ) ) ) )
40 4 39 eqtrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น = ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘ก ) ) ) )
41 12 stoweidlem4 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง 1 โˆˆ โ„ ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ 1 ) โˆˆ ๐ด )
42 30 41 mpan2 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ 1 ) โˆˆ ๐ด )
43 5 42 eqeltrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐บ โˆˆ ๐ด )
44 1 2 9 11 12 7 18 stoweidlem19 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) ) โˆˆ ๐ด )
45 6 44 eqeltrid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ป โˆˆ ๐ด )
46 nfmpt1 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ 1 )
47 5 46 nfcxfr โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐บ
48 nfmpt1 โŠข โ„ฒ ๐‘ก ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐‘ƒ โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘ ) )
49 6 48 nfcxfr โŠข โ„ฒ ๐‘ก ๐ป
50 47 49 2 9 10 11 12 stoweidlem33 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐บ โˆˆ ๐ด โˆง ๐ป โˆˆ ๐ด ) โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
51 43 45 50 mpd3an23 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐บ โ€˜ ๐‘ก ) โˆ’ ( ๐ป โ€˜ ๐‘ก ) ) ) โˆˆ ๐ด )
52 40 51 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐น โˆˆ ๐ด )
53 14 nnnn0d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘€ โˆˆ โ„•0 )
54 29 2 9 11 12 52 53 stoweidlem19 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘ก โˆˆ ๐‘‡ โ†ฆ ( ( ๐น โ€˜ ๐‘ก ) โ†‘ ๐‘€ ) ) โˆˆ ๐ด )
55 27 54 eqeltrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐‘„ โˆˆ ๐ด )