Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  sge0reuzb Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem sge0reuzb 39993
Description: Value of the generalized sum of uniformly bounded nonnegative reals, when the domain is a set of upper integers. (Contributed by Glauco Siliprandi, 8-Apr-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
sge0reuzb.k 𝑘𝜑
sge0reuzb.p 𝑥𝜑
sge0reuzb.m (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
sge0reuzb.z 𝑍 = (ℤ𝑀)
sge0reuzb.b ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ (0[,)+∞))
sge0reuzb.x (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥)
Assertion
Ref Expression
sge0reuzb (𝜑 → (Σ^‘(𝑘𝑍𝐵)) = sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ, < ))
Distinct variable groups:   𝐵,𝑛,𝑥   𝑘,𝑀,𝑛,𝑥   𝑘,𝑍,𝑛,𝑥   𝜑,𝑛
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑘)   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem sge0reuzb
Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 sge0reuzb.k . . 3 𝑘𝜑
2 sge0reuzb.m . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
3 sge0reuzb.z . . 3 𝑍 = (ℤ𝑀)
4 sge0reuzb.b . . 3 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ (0[,)+∞))
51, 2, 3, 4sge0reuz 39992 . 2 (𝜑 → (Σ^‘(𝑘𝑍𝐵)) = sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ*, < ))
6 nfv 1840 . . . 4 𝑛𝜑
7 eqid 2621 . . . 4 (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) = (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
8 nfv 1840 . . . . . 6 𝑘 𝑛𝑍
91, 8nfan 1825 . . . . 5 𝑘(𝜑𝑛𝑍)
10 fzfid 12719 . . . . 5 ((𝜑𝑛𝑍) → (𝑀...𝑛) ∈ Fin)
11 elfzuz 12287 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (𝑀...𝑛) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑀))
1211, 3syl6eleqr 2709 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (𝑀...𝑛) → 𝑘𝑍)
1312adantl 482 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)) → 𝑘𝑍)
14 rge0ssre 12229 . . . . . . . 8 (0[,)+∞) ⊆ ℝ
1514, 4sseldi 3585 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ ℝ)
1613, 15syldan 487 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)) → 𝐵 ∈ ℝ)
1716adantlr 750 . . . . 5 (((𝜑𝑛𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)) → 𝐵 ∈ ℝ)
189, 10, 17fsumreclf 39235 . . . 4 ((𝜑𝑛𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ∈ ℝ)
196, 7, 18rnmptssd 38882 . . 3 (𝜑 → ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ⊆ ℝ)
20 uzid 11653 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ ℤ → 𝑀 ∈ (ℤ𝑀))
212, 20syl 17 . . . . . . 7 (𝜑𝑀 ∈ (ℤ𝑀))
2221, 3syl6eleqr 2709 . . . . . 6 (𝜑𝑀𝑍)
23 eqidd 2622 . . . . . 6 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵)
24 oveq2 6618 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑀 → (𝑀...𝑛) = (𝑀...𝑀))
2524sumeq1d 14372 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑀 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵)
2625eqeq2d 2631 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑀 → (Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ↔ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵))
2726rspcev 3298 . . . . . 6 ((𝑀𝑍 ∧ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵) → ∃𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
2822, 23, 27syl2anc 692 . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
29 sumex 14359 . . . . . 6 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 ∈ V
3029a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 ∈ V)
317, 28, 30elrnmptd 38863 . . . 4 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵))
32 ne0i 3902 . . . 4 𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ≠ ∅)
3331, 32syl 17 . . 3 (𝜑 → ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ≠ ∅)
34 sge0reuzb.x . . . 4 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥)
35 sge0reuzb.p . . . . 5 𝑥𝜑
36 vex 3192 . . . . . . . . . . . 12 𝑦 ∈ V
377elrnmpt 5337 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 ∈ V → (𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ↔ ∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵))
3836, 37ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ↔ ∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
3938biimpi 206 . . . . . . . . . 10 (𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → ∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
4039adantl 482 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)) → ∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
41 nfv 1840 . . . . . . . . . . . 12 𝑛(𝜑𝑥 ∈ ℝ)
42 nfra1 2936 . . . . . . . . . . . 12 𝑛𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥
4341, 42nfan 1825 . . . . . . . . . . 11 𝑛((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥)
44 nfv 1840 . . . . . . . . . . 11 𝑛 𝑦𝑥
45 rspa 2925 . . . . . . . . . . . . . 14 ((∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥𝑛𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥)
46 simpr 477 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
47 simpl 473 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥)
4846, 47eqbrtrd 4640 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → 𝑦𝑥)
4948ex 450 . . . . . . . . . . . . . 14 𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥 → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥))
5045, 49syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥𝑛𝑍) → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥))
5150ex 450 . . . . . . . . . . . 12 (∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥 → (𝑛𝑍 → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥)))
5251adantl 482 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) → (𝑛𝑍 → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥)))
5343, 44, 52rexlimd 3020 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) → (∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥))
5453adantr 481 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)) → (∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥))
5540, 54mpd 15 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)) → 𝑦𝑥)
5655ralrimiva 2961 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) → ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥)
5756ex 450 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥 → ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥))
5857ex 450 . . . . 5 (𝜑 → (𝑥 ∈ ℝ → (∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥 → ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥)))
5935, 58reximdai 3007 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥))
6034, 59mpd 15 . . 3 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥)
61 supxrre 12107 . . 3 ((ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ⊆ ℝ ∧ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥) → sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ*, < ) = sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ, < ))
6219, 33, 60, 61syl3anc 1323 . 2 (𝜑 → sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ*, < ) = sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ, < ))
635, 62eqtrd 2655 1 (𝜑 → (Σ^‘(𝑘𝑍𝐵)) = sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ, < ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 384   = wceq 1480  wnf 1705  wcel 1987  wne 2790  wral 2907  wrex 2908  Vcvv 3189  wss 3559  c0 3896   class class class wbr 4618  cmpt 4678  ran crn 5080  cfv 5852  (class class class)co 6610  supcsup 8297  cr 9886  0cc0 9887  +∞cpnf 10022  *cxr 10024   < clt 10025  cle 10026  cz 11328  cuz 11638  [,)cico 12126  ...cfz 12275  Σcsu 14357  Σ^csumge0 39907
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 8489  ax-cnex 9943  ax-resscn 9944  ax-1cn 9945  ax-icn 9946  ax-addcl 9947  ax-addrcl 9948  ax-mulcl 9949  ax-mulrcl 9950  ax-mulcom 9951  ax-addass 9952  ax-mulass 9953  ax-distr 9954  ax-i2m1 9955  ax-1ne0 9956  ax-1rid 9957  ax-rnegex 9958  ax-rrecex 9959  ax-cnre 9960  ax-pre-lttri 9961  ax-pre-lttrn 9962  ax-pre-ltadd 9963  ax-pre-mulgt0 9964  ax-pre-sup 9965
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-en 7907  df-dom 7908  df-sdom 7909  df-fin 7910  df-sup 8299  df-oi 8366  df-card 8716  df-pnf 10027  df-mnf 10028  df-xr 10029  df-ltxr 10030  df-le 10031  df-sub 10219  df-neg 10220  df-div 10636  df-nn 10972  df-2 11030  df-3 11031  df-n0 11244  df-z 11329  df-uz 11639  df-rp 11784  df-ico 12130  df-icc 12131  df-fz 12276  df-fzo 12414  df-seq 12749  df-exp 12808  df-hash 13065  df-cj 13780  df-re 13781  df-im 13782  df-sqrt 13916  df-abs 13917  df-clim 14160  df-sum 14358  df-sumge0 39908
This theorem is referenced by:  meaiuninclem  40025
  Copyright terms: Public domain W3C validator