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Theorem bpolycl 24859
Description: Closure law for Bernoulli polynomials. (Contributed by Scott Fenton, 16-May-2014.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 22-May-2014.)
Assertion
Ref Expression
bpolycl  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  X  e.  CC )  ->  ( N BernPoly  X )  e.  CC )

Proof of Theorem bpolycl
Dummy variables  n  k  m are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 oveq1 5881 . . . . 5  |-  ( n  =  k  ->  (
n BernPoly  X )  =  ( k BernPoly  X ) )
21eleq1d 2362 . . . 4  |-  ( n  =  k  ->  (
( n BernPoly  X )  e.  CC  <->  ( k BernPoly  X
)  e.  CC ) )
32imbi2d 307 . . 3  |-  ( n  =  k  ->  (
( X  e.  CC  ->  ( n BernPoly  X )  e.  CC )  <->  ( X  e.  CC  ->  ( k BernPoly  X )  e.  CC ) ) )
4 oveq1 5881 . . . . 5  |-  ( n  =  N  ->  (
n BernPoly  X )  =  ( N BernPoly  X ) )
54eleq1d 2362 . . . 4  |-  ( n  =  N  ->  (
( n BernPoly  X )  e.  CC  <->  ( N BernPoly  X )  e.  CC ) )
65imbi2d 307 . . 3  |-  ( n  =  N  ->  (
( X  e.  CC  ->  ( n BernPoly  X )  e.  CC )  <->  ( X  e.  CC  ->  ( N BernPoly  X )  e.  CC ) ) )
7 r19.21v 2643 . . . 4  |-  ( A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( X  e.  CC  ->  ( k BernPoly  X )  e.  CC ) 
<->  ( X  e.  CC  ->  A. k  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC ) )
8 bpolyval 24856 . . . . . . . 8  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC )  ->  ( n BernPoly  X )  =  ( ( X ^ n )  -  sum_ m  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( ( n  _C  m
)  x.  ( ( m BernPoly  X )  /  (
( n  -  m
)  +  1 ) ) ) ) )
983adant3 975 . . . . . . 7  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  ( n BernPoly  X
)  =  ( ( X ^ n )  -  sum_ m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) ( ( n  _C  m )  x.  (
( m BernPoly  X )  /  ( ( n  -  m )  +  1 ) ) ) ) )
10 simp2 956 . . . . . . . . 9  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  X  e.  CC )
11 simp1 955 . . . . . . . . 9  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  n  e.  NN0 )
1210, 11expcld 11261 . . . . . . . 8  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  ( X ^
n )  e.  CC )
13 fzfid 11051 . . . . . . . . 9  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  ( 0 ... ( n  -  1 ) )  e.  Fin )
14 elfzelz 10814 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) )  ->  m  e.  ZZ )
15 bccl 11350 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  m  e.  ZZ )  ->  ( n  _C  m
)  e.  NN0 )
1611, 14, 15syl2an 463 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  /\  m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) )  ->  ( n  _C  m )  e.  NN0 )
1716nn0cnd 10036 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  /\  m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) )  ->  ( n  _C  m )  e.  CC )
18 oveq1 5881 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( k  =  m  ->  (
k BernPoly  X )  =  ( m BernPoly  X ) )
1918eleq1d 2362 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( k  =  m  ->  (
( k BernPoly  X )  e.  CC  <->  ( m BernPoly  X
)  e.  CC ) )
2019rspccva 2896 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( A. k  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC  /\  m  e.  ( 0 ... (
n  -  1 ) ) )  ->  (
m BernPoly  X )  e.  CC )
21203ad2antl3 1119 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  /\  m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) )  ->  ( m BernPoly  X )  e.  CC )
22 fzssp1 10850 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( 0 ... ( n  - 
1 ) )  C_  ( 0 ... (
( n  -  1 )  +  1 ) )
2311nn0cnd 10036 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  n  e.  CC )
24 ax-1cn 8811 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  1  e.  CC
25 npcan 9076 . . . . . . . . . . . . . . . . 17  |-  ( ( n  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  ( ( n  - 
1 )  +  1 )  =  n )
2623, 24, 25sylancl 643 . . . . . . . . . . . . . . . 16  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  ( ( n  -  1 )  +  1 )  =  n )
2726oveq2d 5890 . . . . . . . . . . . . . . 15  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  ( 0 ... ( ( n  - 
1 )  +  1 ) )  =  ( 0 ... n ) )
2822, 27syl5sseq 3239 . . . . . . . . . . . . . 14  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  ( 0 ... ( n  -  1 ) )  C_  (
0 ... n ) )
2928sselda 3193 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  /\  m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) )  ->  m  e.  ( 0 ... n
) )
30 fznn0sub 10840 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( m  e.  ( 0 ... n )  ->  (
n  -  m )  e.  NN0 )
31 nn0p1nn 10019 . . . . . . . . . . . . 13  |-  ( ( n  -  m )  e.  NN0  ->  ( ( n  -  m )  +  1 )  e.  NN )
3229, 30, 313syl 18 . . . . . . . . . . . 12  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  /\  m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) )  ->  ( (
n  -  m )  +  1 )  e.  NN )
3332nncnd 9778 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  /\  m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) )  ->  ( (
n  -  m )  +  1 )  e.  CC )
3432nnne0d 9806 . . . . . . . . . . 11  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  /\  m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) )  ->  ( (
n  -  m )  +  1 )  =/=  0 )
3521, 33, 34divcld 9552 . . . . . . . . . 10  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  /\  m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) )  ->  ( (
m BernPoly  X )  /  (
( n  -  m
)  +  1 ) )  e.  CC )
3617, 35mulcld 8871 . . . . . . . . 9  |-  ( ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  /\  m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) )  ->  ( (
n  _C  m )  x.  ( ( m BernPoly  X )  /  (
( n  -  m
)  +  1 ) ) )  e.  CC )
3713, 36fsumcl 12222 . . . . . . . 8  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  sum_ m  e.  ( 0 ... ( n  -  1 ) ) ( ( n  _C  m )  x.  (
( m BernPoly  X )  /  ( ( n  -  m )  +  1 ) ) )  e.  CC )
3812, 37subcld 9173 . . . . . . 7  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  ( ( X ^ n )  -  sum_ m  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( ( n  _C  m
)  x.  ( ( m BernPoly  X )  /  (
( n  -  m
)  +  1 ) ) ) )  e.  CC )
399, 38eqeltrd 2370 . . . . . 6  |-  ( ( n  e.  NN0  /\  X  e.  CC  /\  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  ( n BernPoly  X
)  e.  CC )
40393exp 1150 . . . . 5  |-  ( n  e.  NN0  ->  ( X  e.  CC  ->  ( A. k  e.  (
0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC  ->  ( n BernPoly  X )  e.  CC ) ) )
4140a2d 23 . . . 4  |-  ( n  e.  NN0  ->  ( ( X  e.  CC  ->  A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  ( X  e.  CC  ->  ( n BernPoly  X )  e.  CC ) ) )
427, 41syl5bi 208 . . 3  |-  ( n  e.  NN0  ->  ( A. k  e.  ( 0 ... ( n  - 
1 ) ) ( X  e.  CC  ->  ( k BernPoly  X )  e.  CC )  ->  ( X  e.  CC  ->  ( n BernPoly  X )  e.  CC ) ) )
433, 6, 42nn0sinds 24289 . 2  |-  ( N  e.  NN0  ->  ( X  e.  CC  ->  ( N BernPoly  X )  e.  CC ) )
4443imp 418 1  |-  ( ( N  e.  NN0  /\  X  e.  CC )  ->  ( N BernPoly  X )  e.  CC )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 358    /\ w3a 934    = wceq 1632    e. wcel 1696   A.wral 2556  (class class class)co 5874   CCcc 8751   0cc0 8753   1c1 8754    + caddc 8756    x. cmul 8758    - cmin 9053    / cdiv 9439   NNcn 9762   NN0cn0 9981   ZZcz 10040   ...cfz 10798   ^cexp 11120    _C cbc 11331   sum_csu 12174   BernPoly cbp 24853
This theorem is referenced by:  bpolysum  24860  bpolydiflem  24861  fsumkthpow  24863  bpoly3  24865  bpoly4  24866
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1536  ax-5 1547  ax-17 1606  ax-9 1644  ax-8 1661  ax-13 1698  ax-14 1700  ax-6 1715  ax-7 1720  ax-11 1727  ax-12 1878  ax-ext 2277  ax-rep 4147  ax-sep 4157  ax-nul 4165  ax-pow 4204  ax-pr 4230  ax-un 4528  ax-inf2 7358  ax-cnex 8809  ax-resscn 8810  ax-1cn 8811  ax-icn 8812  ax-addcl 8813  ax-addrcl 8814  ax-mulcl 8815  ax-mulrcl 8816  ax-mulcom 8817  ax-addass 8818  ax-mulass 8819  ax-distr 8820  ax-i2m1 8821  ax-1ne0 8822  ax-1rid 8823  ax-rnegex 8824  ax-rrecex 8825  ax-cnre 8826  ax-pre-lttri 8827  ax-pre-lttrn 8828  ax-pre-ltadd 8829  ax-pre-mulgt0 8830  ax-pre-sup 8831
This theorem depends on definitions:  df-bi 177  df-or 359  df-an 360  df-3or 935  df-3an 936  df-tru 1310  df-ex 1532  df-nf 1535  df-sb 1639  df-eu 2160  df-mo 2161  df-clab 2283  df-cleq 2289  df-clel 2292  df-nfc 2421  df-ne 2461  df-nel 2462  df-ral 2561  df-rex 2562  df-reu 2563  df-rmo 2564  df-rab 2565  df-v 2803  df-sbc 3005  df-csb 3095  df-dif 3168  df-un 3170  df-in 3172  df-ss 3179  df-pss 3181  df-nul 3469  df-if 3579  df-pw 3640  df-sn 3659  df-pr 3660  df-tp 3661  df-op 3662  df-uni 3844  df-int 3879  df-iun 3923  df-br 4040  df-opab 4094  df-mpt 4095  df-tr 4130  df-eprel 4321  df-id 4325  df-po 4330  df-so 4331  df-fr 4368  df-se 4369  df-we 4370  df-ord 4411  df-on 4412  df-lim 4413  df-suc 4414  df-om 4673  df-xp 4711  df-rel 4712  df-cnv 4713  df-co 4714  df-dm 4715  df-rn 4716  df-res 4717  df-ima 4718  df-iota 5235  df-fun 5273  df-fn 5274  df-f 5275  df-f1 5276  df-fo 5277  df-f1o 5278  df-fv 5279  df-isom 5280  df-ov 5877  df-oprab 5878  df-mpt2 5879  df-1st 6138  df-2nd 6139  df-riota 6320  df-recs 6404  df-rdg 6439  df-1o 6495  df-oadd 6499  df-er 6676  df-en 6880  df-dom 6881  df-sdom 6882  df-fin 6883  df-sup 7210  df-oi 7241  df-card 7588  df-pnf 8885  df-mnf 8886  df-xr 8887  df-ltxr 8888  df-le 8889  df-sub 9055  df-neg 9056  df-div 9440  df-nn 9763  df-2 9820  df-3 9821  df-n0 9982  df-z 10041  df-uz 10247  df-rp 10371  df-fz 10799  df-fzo 10887  df-seq 11063  df-exp 11121  df-fac 11305  df-bc 11332  df-hash 11354  df-cj 11600  df-re 11601  df-im 11602  df-sqr 11736  df-abs 11737  df-clim 11978  df-sum 12175  df-pred 24239  df-bpoly 24854
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