MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  musumsum Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem musumsum 25117
Description: Evaluate a collapsing sum over the Möbius function. (Contributed by Mario Carneiro, 4-May-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
musumsum.1 (𝑚 = 1 → 𝐵 = 𝐶)
musumsum.2 (𝜑𝐴 ∈ Fin)
musumsum.3 (𝜑𝐴 ⊆ ℕ)
musumsum.4 (𝜑 → 1 ∈ 𝐴)
musumsum.5 ((𝜑𝑚𝐴) → 𝐵 ∈ ℂ)
Assertion
Ref Expression
musumsum (𝜑 → Σ𝑚𝐴 Σ𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} ((μ‘𝑘) · 𝐵) = 𝐶)
Distinct variable groups:   𝑘,𝑚,𝐴   𝑘,𝑛,𝑚   𝜑,𝑘,𝑚   𝐵,𝑘   𝐶,𝑚
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑛)   𝐴(𝑛)   𝐵(𝑚,𝑛)   𝐶(𝑘,𝑛)

Proof of Theorem musumsum
StepHypRef Expression
1 musumsum.3 . . . . . . 7 (𝜑𝐴 ⊆ ℕ)
21sselda 3744 . . . . . 6 ((𝜑𝑚𝐴) → 𝑚 ∈ ℕ)
3 musum 25116 . . . . . 6 (𝑚 ∈ ℕ → Σ𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} (μ‘𝑘) = if(𝑚 = 1, 1, 0))
42, 3syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝑚𝐴) → Σ𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} (μ‘𝑘) = if(𝑚 = 1, 1, 0))
54oveq1d 6828 . . . 4 ((𝜑𝑚𝐴) → (Σ𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} (μ‘𝑘) · 𝐵) = (if(𝑚 = 1, 1, 0) · 𝐵))
6 fzfid 12966 . . . . . 6 ((𝜑𝑚𝐴) → (1...𝑚) ∈ Fin)
7 dvdsssfz1 15242 . . . . . . 7 (𝑚 ∈ ℕ → {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} ⊆ (1...𝑚))
82, 7syl 17 . . . . . 6 ((𝜑𝑚𝐴) → {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} ⊆ (1...𝑚))
9 ssfi 8345 . . . . . 6 (((1...𝑚) ∈ Fin ∧ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} ⊆ (1...𝑚)) → {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} ∈ Fin)
106, 8, 9syl2anc 696 . . . . 5 ((𝜑𝑚𝐴) → {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} ∈ Fin)
11 musumsum.5 . . . . 5 ((𝜑𝑚𝐴) → 𝐵 ∈ ℂ)
12 elrabi 3499 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} → 𝑘 ∈ ℕ)
13 mucl 25066 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ ℕ → (μ‘𝑘) ∈ ℤ)
1412, 13syl 17 . . . . . . 7 (𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} → (μ‘𝑘) ∈ ℤ)
1514zcnd 11675 . . . . . 6 (𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} → (μ‘𝑘) ∈ ℂ)
1615adantl 473 . . . . 5 (((𝜑𝑚𝐴) ∧ 𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚}) → (μ‘𝑘) ∈ ℂ)
1710, 11, 16fsummulc1 14716 . . . 4 ((𝜑𝑚𝐴) → (Σ𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} (μ‘𝑘) · 𝐵) = Σ𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} ((μ‘𝑘) · 𝐵))
18 ovif 6902 . . . . 5 (if(𝑚 = 1, 1, 0) · 𝐵) = if(𝑚 = 1, (1 · 𝐵), (0 · 𝐵))
19 velsn 4337 . . . . . . . . 9 (𝑚 ∈ {1} ↔ 𝑚 = 1)
2019bicomi 214 . . . . . . . 8 (𝑚 = 1 ↔ 𝑚 ∈ {1})
2120a1i 11 . . . . . . 7 (𝐵 ∈ ℂ → (𝑚 = 1 ↔ 𝑚 ∈ {1}))
22 mulid2 10230 . . . . . . 7 (𝐵 ∈ ℂ → (1 · 𝐵) = 𝐵)
23 mul02 10406 . . . . . . 7 (𝐵 ∈ ℂ → (0 · 𝐵) = 0)
2421, 22, 23ifbieq12d 4257 . . . . . 6 (𝐵 ∈ ℂ → if(𝑚 = 1, (1 · 𝐵), (0 · 𝐵)) = if(𝑚 ∈ {1}, 𝐵, 0))
2511, 24syl 17 . . . . 5 ((𝜑𝑚𝐴) → if(𝑚 = 1, (1 · 𝐵), (0 · 𝐵)) = if(𝑚 ∈ {1}, 𝐵, 0))
2618, 25syl5eq 2806 . . . 4 ((𝜑𝑚𝐴) → (if(𝑚 = 1, 1, 0) · 𝐵) = if(𝑚 ∈ {1}, 𝐵, 0))
275, 17, 263eqtr3d 2802 . . 3 ((𝜑𝑚𝐴) → Σ𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} ((μ‘𝑘) · 𝐵) = if(𝑚 ∈ {1}, 𝐵, 0))
2827sumeq2dv 14632 . 2 (𝜑 → Σ𝑚𝐴 Σ𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} ((μ‘𝑘) · 𝐵) = Σ𝑚𝐴 if(𝑚 ∈ {1}, 𝐵, 0))
29 musumsum.4 . . . 4 (𝜑 → 1 ∈ 𝐴)
3029snssd 4485 . . 3 (𝜑 → {1} ⊆ 𝐴)
3130sselda 3744 . . . . 5 ((𝜑𝑚 ∈ {1}) → 𝑚𝐴)
3231, 11syldan 488 . . . 4 ((𝜑𝑚 ∈ {1}) → 𝐵 ∈ ℂ)
3332ralrimiva 3104 . . 3 (𝜑 → ∀𝑚 ∈ {1}𝐵 ∈ ℂ)
34 musumsum.2 . . . 4 (𝜑𝐴 ∈ Fin)
3534olcd 407 . . 3 (𝜑 → (𝐴 ⊆ (ℤ‘1) ∨ 𝐴 ∈ Fin))
36 sumss2 14656 . . 3 ((({1} ⊆ 𝐴 ∧ ∀𝑚 ∈ {1}𝐵 ∈ ℂ) ∧ (𝐴 ⊆ (ℤ‘1) ∨ 𝐴 ∈ Fin)) → Σ𝑚 ∈ {1}𝐵 = Σ𝑚𝐴 if(𝑚 ∈ {1}, 𝐵, 0))
3730, 33, 35, 36syl21anc 1476 . 2 (𝜑 → Σ𝑚 ∈ {1}𝐵 = Σ𝑚𝐴 if(𝑚 ∈ {1}, 𝐵, 0))
38 musumsum.1 . . . . 5 (𝑚 = 1 → 𝐵 = 𝐶)
3938eleq1d 2824 . . . 4 (𝑚 = 1 → (𝐵 ∈ ℂ ↔ 𝐶 ∈ ℂ))
4011ralrimiva 3104 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑚𝐴 𝐵 ∈ ℂ)
4139, 40, 29rspcdva 3455 . . 3 (𝜑𝐶 ∈ ℂ)
4238sumsn 14674 . . 3 ((1 ∈ 𝐴𝐶 ∈ ℂ) → Σ𝑚 ∈ {1}𝐵 = 𝐶)
4329, 41, 42syl2anc 696 . 2 (𝜑 → Σ𝑚 ∈ {1}𝐵 = 𝐶)
4428, 37, 433eqtr2d 2800 1 (𝜑 → Σ𝑚𝐴 Σ𝑘 ∈ {𝑛 ∈ ℕ ∣ 𝑛𝑚} ((μ‘𝑘) · 𝐵) = 𝐶)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wo 382  wa 383   = wceq 1632  wcel 2139  wral 3050  {crab 3054  wss 3715  ifcif 4230  {csn 4321   class class class wbr 4804  cfv 6049  (class class class)co 6813  Fincfn 8121  cc 10126  0cc0 10128  1c1 10129   · cmul 10133  cn 11212  cz 11569  cuz 11879  ...cfz 12519  Σcsu 14615  cdvds 15182  μcmu 25020
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-rep 4923  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7114  ax-inf2 8711  ax-cnex 10184  ax-resscn 10185  ax-1cn 10186  ax-icn 10187  ax-addcl 10188  ax-addrcl 10189  ax-mulcl 10190  ax-mulrcl 10191  ax-mulcom 10192  ax-addass 10193  ax-mulass 10194  ax-distr 10195  ax-i2m1 10196  ax-1ne0 10197  ax-1rid 10198  ax-rnegex 10199  ax-rrecex 10200  ax-cnre 10201  ax-pre-lttri 10202  ax-pre-lttrn 10203  ax-pre-ltadd 10204  ax-pre-mulgt0 10205  ax-pre-sup 10206
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-fal 1638  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rmo 3058  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-pss 3731  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-tp 4326  df-op 4328  df-uni 4589  df-int 4628  df-iun 4674  df-disj 4773  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-tr 4905  df-id 5174  df-eprel 5179  df-po 5187  df-so 5188  df-fr 5225  df-se 5226  df-we 5227  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-pred 5841  df-ord 5887  df-on 5888  df-lim 5889  df-suc 5890  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-isom 6058  df-riota 6774  df-ov 6816  df-oprab 6817  df-mpt2 6818  df-om 7231  df-1st 7333  df-2nd 7334  df-wrecs 7576  df-recs 7637  df-rdg 7675  df-1o 7729  df-2o 7730  df-oadd 7733  df-er 7911  df-map 8025  df-en 8122  df-dom 8123  df-sdom 8124  df-fin 8125  df-sup 8513  df-inf 8514  df-oi 8580  df-card 8955  df-cda 9182  df-pnf 10268  df-mnf 10269  df-xr 10270  df-ltxr 10271  df-le 10272  df-sub 10460  df-neg 10461  df-div 10877  df-nn 11213  df-2 11271  df-3 11272  df-n0 11485  df-xnn0 11556  df-z 11570  df-uz 11880  df-q 11982  df-rp 12026  df-fz 12520  df-fzo 12660  df-fl 12787  df-mod 12863  df-seq 12996  df-exp 13055  df-fac 13255  df-bc 13284  df-hash 13312  df-cj 14038  df-re 14039  df-im 14040  df-sqrt 14174  df-abs 14175  df-clim 14418  df-sum 14616  df-dvds 15183  df-gcd 15419  df-prm 15588  df-pc 15744  df-mu 25026
This theorem is referenced by:  dchrmusum2  25382  dchrvmasum2lem  25384  mudivsum  25418  mulogsum  25420  mulog2sumlem2  25423
  Copyright terms: Public domain W3C validator