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

Theorem isumltss 14516
 Description: A partial sum of a series with positive terms is less than the infinite sum. (Contributed by Jeff Madsen, 2-Sep-2009.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 12-Mar-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
isumltss.1 𝑍 = (ℤ𝑀)
isumltss.2 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
isumltss.3 (𝜑𝐴 ∈ Fin)
isumltss.4 (𝜑𝐴𝑍)
isumltss.5 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝐹𝑘) = 𝐵)
isumltss.6 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ ℝ+)
isumltss.7 (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
Assertion
Ref Expression
isumltss (𝜑 → Σ𝑘𝐴 𝐵 < Σ𝑘𝑍 𝐵)
Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝑘,𝐹   𝑘,𝑀   𝜑,𝑘   𝑘,𝑍
Allowed substitution hint:   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem isumltss
Dummy variable 𝑥 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 isumltss.2 . . . . 5 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
2 isumltss.1 . . . . . 6 𝑍 = (ℤ𝑀)
32uzinf 12712 . . . . 5 (𝑀 ∈ ℤ → ¬ 𝑍 ∈ Fin)
41, 3syl 17 . . . 4 (𝜑 → ¬ 𝑍 ∈ Fin)
5 ssdif0 3921 . . . . 5 (𝑍𝐴 ↔ (𝑍𝐴) = ∅)
6 isumltss.4 . . . . . 6 (𝜑𝐴𝑍)
7 eqss 3602 . . . . . . 7 (𝐴 = 𝑍 ↔ (𝐴𝑍𝑍𝐴))
8 isumltss.3 . . . . . . . 8 (𝜑𝐴 ∈ Fin)
9 eleq1 2686 . . . . . . . 8 (𝐴 = 𝑍 → (𝐴 ∈ Fin ↔ 𝑍 ∈ Fin))
108, 9syl5ibcom 235 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐴 = 𝑍𝑍 ∈ Fin))
117, 10syl5bir 233 . . . . . 6 (𝜑 → ((𝐴𝑍𝑍𝐴) → 𝑍 ∈ Fin))
126, 11mpand 710 . . . . 5 (𝜑 → (𝑍𝐴𝑍 ∈ Fin))
135, 12syl5bir 233 . . . 4 (𝜑 → ((𝑍𝐴) = ∅ → 𝑍 ∈ Fin))
144, 13mtod 189 . . 3 (𝜑 → ¬ (𝑍𝐴) = ∅)
15 neq0 3911 . . 3 (¬ (𝑍𝐴) = ∅ ↔ ∃𝑥 𝑥 ∈ (𝑍𝐴))
1614, 15sylib 208 . 2 (𝜑 → ∃𝑥 𝑥 ∈ (𝑍𝐴))
178adantr 481 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → 𝐴 ∈ Fin)
186adantr 481 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → 𝐴𝑍)
1918sselda 3587 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘𝐴) → 𝑘𝑍)
20 isumltss.6 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ ℝ+)
2120adantlr 750 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ ℝ+)
2221rpred 11824 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ ℝ)
2319, 22syldan 487 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
2417, 23fsumrecl 14406 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → Σ𝑘𝐴 𝐵 ∈ ℝ)
25 snfi 7990 . . . . 5 {𝑥} ∈ Fin
26 unfi 8179 . . . . 5 ((𝐴 ∈ Fin ∧ {𝑥} ∈ Fin) → (𝐴 ∪ {𝑥}) ∈ Fin)
2717, 25, 26sylancl 693 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → (𝐴 ∪ {𝑥}) ∈ Fin)
28 eldifi 3715 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ (𝑍𝐴) → 𝑥𝑍)
2928snssd 4314 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ (𝑍𝐴) → {𝑥} ⊆ 𝑍)
306, 29anim12i 589 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → (𝐴𝑍 ∧ {𝑥} ⊆ 𝑍))
31 unss 3770 . . . . . . 7 ((𝐴𝑍 ∧ {𝑥} ⊆ 𝑍) ↔ (𝐴 ∪ {𝑥}) ⊆ 𝑍)
3230, 31sylib 208 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → (𝐴 ∪ {𝑥}) ⊆ 𝑍)
3332sselda 3587 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∪ {𝑥})) → 𝑘𝑍)
3433, 22syldan 487 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∪ {𝑥})) → 𝐵 ∈ ℝ)
3527, 34fsumrecl 14406 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∪ {𝑥})𝐵 ∈ ℝ)
361adantr 481 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → 𝑀 ∈ ℤ)
37 isumltss.5 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝐹𝑘) = 𝐵)
3837adantlr 750 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘𝑍) → (𝐹𝑘) = 𝐵)
39 isumltss.7 . . . . 5 (𝜑 → seq𝑀( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
4039adantr 481 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → seq𝑀( + , 𝐹) ∈ dom ⇝ )
412, 36, 38, 22, 40isumrecl 14435 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → Σ𝑘𝑍 𝐵 ∈ ℝ)
4225a1i 11 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → {𝑥} ∈ Fin)
43 vex 3192 . . . . . . . 8 𝑥 ∈ V
4443snnz 4284 . . . . . . 7 {𝑥} ≠ ∅
4544a1i 11 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → {𝑥} ≠ ∅)
4629adantl 482 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → {𝑥} ⊆ 𝑍)
4746sselda 3587 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥}) → 𝑘𝑍)
4847, 21syldan 487 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘 ∈ {𝑥}) → 𝐵 ∈ ℝ+)
4942, 45, 48fsumrpcl 14409 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → Σ𝑘 ∈ {𝑥}𝐵 ∈ ℝ+)
5024, 49ltaddrpd 11857 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → Σ𝑘𝐴 𝐵 < (Σ𝑘𝐴 𝐵 + Σ𝑘 ∈ {𝑥}𝐵))
51 eldifn 3716 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ (𝑍𝐴) → ¬ 𝑥𝐴)
5251adantl 482 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → ¬ 𝑥𝐴)
53 disjsn 4221 . . . . . 6 ((𝐴 ∩ {𝑥}) = ∅ ↔ ¬ 𝑥𝐴)
5452, 53sylibr 224 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → (𝐴 ∩ {𝑥}) = ∅)
55 eqidd 2622 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → (𝐴 ∪ {𝑥}) = (𝐴 ∪ {𝑥}))
5621rpcnd 11826 . . . . . 6 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ ℂ)
5733, 56syldan 487 . . . . 5 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘 ∈ (𝐴 ∪ {𝑥})) → 𝐵 ∈ ℂ)
5854, 55, 27, 57fsumsplit 14412 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∪ {𝑥})𝐵 = (Σ𝑘𝐴 𝐵 + Σ𝑘 ∈ {𝑥}𝐵))
5950, 58breqtrrd 4646 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → Σ𝑘𝐴 𝐵 < Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∪ {𝑥})𝐵)
6021rpge0d 11828 . . . 4 (((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) ∧ 𝑘𝑍) → 0 ≤ 𝐵)
612, 36, 27, 32, 38, 22, 60, 40isumless 14513 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → Σ𝑘 ∈ (𝐴 ∪ {𝑥})𝐵 ≤ Σ𝑘𝑍 𝐵)
6224, 35, 41, 59, 61ltletrd 10149 . 2 ((𝜑𝑥 ∈ (𝑍𝐴)) → Σ𝑘𝐴 𝐵 < Σ𝑘𝑍 𝐵)
6316, 62exlimddv 1860 1 (𝜑 → Σ𝑘𝐴 𝐵 < Σ𝑘𝑍 𝐵)
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:  ¬ wn 3   → wi 4   ∧ wa 384   = wceq 1480  ∃wex 1701   ∈ wcel 1987   ≠ wne 2790   ∖ cdif 3556   ∪ cun 3557   ∩ cin 3558   ⊆ wss 3559  ∅c0 3896  {csn 4153   class class class wbr 4618  dom cdm 5079  ‘cfv 5852  (class class class)co 6610  Fincfn 7907  ℂcc 9886  ℝcr 9887   + caddc 9891   < clt 10026  ℤcz 11329  ℤ≥cuz 11639  ℝ+crp 11784  seqcseq 12749   ⇝ cli 14157  Σcsu 14358 This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1719  ax-4 1734  ax-5 1836  ax-6 1885  ax-7 1932  ax-8 1989  ax-9 1996  ax-10 2016  ax-11 2031  ax-12 2044  ax-13 2245  ax-ext 2601  ax-rep 4736  ax-sep 4746  ax-nul 4754  ax-pow 4808  ax-pr 4872  ax-un 6909  ax-inf2 8490  ax-cnex 9944  ax-resscn 9945  ax-1cn 9946  ax-icn 9947  ax-addcl 9948  ax-addrcl 9949  ax-mulcl 9950  ax-mulrcl 9951  ax-mulcom 9952  ax-addass 9953  ax-mulass 9954  ax-distr 9955  ax-i2m1 9956  ax-1ne0 9957  ax-1rid 9958  ax-rnegex 9959  ax-rrecex 9960  ax-cnre 9961  ax-pre-lttri 9962  ax-pre-lttrn 9963  ax-pre-ltadd 9964  ax-pre-mulgt0 9965  ax-pre-sup 9966 This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1037  df-3an 1038  df-tru 1483  df-fal 1486  df-ex 1702  df-nf 1707  df-sb 1878  df-eu 2473  df-mo 2474  df-clab 2608  df-cleq 2614  df-clel 2617  df-nfc 2750  df-ne 2791  df-nel 2894  df-ral 2912  df-rex 2913  df-reu 2914  df-rmo 2915  df-rab 2916  df-v 3191  df-sbc 3422  df-csb 3519  df-dif 3562  df-un 3564  df-in 3566  df-ss 3573  df-pss 3575  df-nul 3897  df-if 4064  df-pw 4137  df-sn 4154  df-pr 4156  df-tp 4158  df-op 4160  df-uni 4408  df-int 4446  df-iun 4492  df-br 4619  df-opab 4679  df-mpt 4680  df-tr 4718  df-eprel 4990  df-id 4994  df-po 5000  df-so 5001  df-fr 5038  df-se 5039  df-we 5040  df-xp 5085  df-rel 5086  df-cnv 5087  df-co 5088  df-dm 5089  df-rn 5090  df-res 5091  df-ima 5092  df-pred 5644  df-ord 5690  df-on 5691  df-lim 5692  df-suc 5693  df-iota 5815  df-fun 5854  df-fn 5855  df-f 5856  df-f1 5857  df-fo 5858  df-f1o 5859  df-fv 5860  df-isom 5861  df-riota 6571  df-ov 6613  df-oprab 6614  df-mpt2 6615  df-om 7020  df-1st 7120  df-2nd 7121  df-wrecs 7359  df-recs 7420  df-rdg 7458  df-1o 7512  df-oadd 7516  df-er 7694  df-pm 7812  df-en 7908  df-dom 7909  df-sdom 7910  df-fin 7911  df-sup 8300  df-inf 8301  df-oi 8367  df-card 8717  df-pnf 10028  df-mnf 10029  df-xr 10030  df-ltxr 10031  df-le 10032  df-sub 10220  df-neg 10221  df-div 10637  df-nn 10973  df-2 11031  df-3 11032  df-n0 11245  df-z 11330  df-uz 11640  df-rp 11785  df-fz 12277  df-fzo 12415  df-fl 12541  df-seq 12750  df-exp 12809  df-hash 13066  df-cj 13781  df-re 13782  df-im 13783  df-sqrt 13917  df-abs 13918  df-clim 14161  df-rlim 14162  df-sum 14359 This theorem is referenced by: (None)
 Copyright terms: Public domain W3C validator