Theorem ser3ge0 10703

Description: A finite sum of nonnegative terms is nonnegative. (Contributed by Mario Carneiro, 8-Feb-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 27-May-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
ser3ge0.1	|- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
ser3ge0.2	|- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) e. RR )
ser3ge0.3	|- ( ( ph /\ k e. ( M ... N ) ) -> 0 <_ ( F ` k ) )

Assertion

Ref	Expression
ser3ge0	|- ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Distinct variable groups:   k, F   k, M   k, N   ph, k

Proof of Theorem ser3ge0

Dummy variables j v w are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ser3ge0.1	. . 3 |- ( ph -> N e. ( ZZ>= ` M ) )
2		eluzfz2 10174	. . 3 |- ( N e. ( ZZ>= ` M ) -> N e. ( M ... N ) )
3	1, 2	syl 14	. 2 |- ( ph -> N e. ( M ... N ) )
4		fveq2 5589	. . . . 5 |- ( w = M -> ( seq M ( + , F ) ` w ) = ( seq M ( + , F ) ` M ) )
5	4	breq2d 4063	. . . 4 |- ( w = M -> ( 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` w ) <-> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` M ) ) )
6	5	imbi2d 230	. . 3 |- ( w = M -> ( ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` w ) ) <-> ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` M ) ) ) )
7		fveq2 5589	. . . . 5 |- ( w = j -> ( seq M ( + , F ) ` w ) = ( seq M ( + , F ) ` j ) )
8	7	breq2d 4063	. . . 4 |- ( w = j -> ( 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` w ) <-> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) )
9	8	imbi2d 230	. . 3 |- ( w = j -> ( ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` w ) ) <-> ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) ) )
10		fveq2 5589	. . . . 5 |- ( w = ( j + 1 ) -> ( seq M ( + , F ) ` w ) = ( seq M ( + , F ) ` ( j + 1 ) ) )
11	10	breq2d 4063	. . . 4 |- ( w = ( j + 1 ) -> ( 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` w ) <-> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` ( j + 1 ) ) ) )
12	11	imbi2d 230	. . 3 |- ( w = ( j + 1 ) -> ( ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` w ) ) <-> ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` ( j + 1 ) ) ) ) )
13		fveq2 5589	. . . . 5 |- ( w = N -> ( seq M ( + , F ) ` w ) = ( seq M ( + , F ) ` N ) )
14	13	breq2d 4063	. . . 4 |- ( w = N -> ( 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` w ) <-> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) ) )
15	14	imbi2d 230	. . 3 |- ( w = N -> ( ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` w ) ) <-> ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) ) ) )
16		fveq2 5589	. . . . . . 7 |- ( k = M -> ( F ` k ) = ( F ` M ) )
17	16	breq2d 4063	. . . . . 6 |- ( k = M -> ( 0 <_ ( F ` k ) <-> 0 <_ ( F ` M ) ) )
18		ser3ge0.3	. . . . . . 7 |- ( ( ph /\ k e. ( M ... N ) ) -> 0 <_ ( F ` k ) )
19	18	ralrimiva 2580	. . . . . 6 |- ( ph -> A. k e. ( M ... N ) 0 <_ ( F ` k ) )
20		eluzfz1 10173	. . . . . . 7 |- ( N e. ( ZZ>= ` M ) -> M e. ( M ... N ) )
21	1, 20	syl 14	. . . . . 6 |- ( ph -> M e. ( M ... N ) )
22	17, 19, 21	rspcdva 2886	. . . . 5 |- ( ph -> 0 <_ ( F ` M ) )
23		eluzel2 9673	. . . . . . 7 |- ( N e. ( ZZ>= ` M ) -> M e. ZZ )
24	1, 23	syl 14	. . . . . 6 |- ( ph -> M e. ZZ )
25		ser3ge0.2	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) e. RR )
26		readdcl 8071	. . . . . . 7 |- ( ( k e. RR /\ v e. RR ) -> ( k + v ) e. RR )
27	26	adantl 277	. . . . . 6 |- ( ( ph /\ ( k e. RR /\ v e. RR ) ) -> ( k + v ) e. RR )
28	24, 25, 27	seq3-1 10629	. . . . 5 |- ( ph -> ( seq M ( + , F ) ` M ) = ( F ` M ) )
29	22, 28	breqtrrd 4079	. . . 4 |- ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` M ) )
30	29	a1i 9	. . 3 |- ( N e. ( ZZ>= ` M ) -> ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` M ) ) )
31		eqid 2206	. . . . . . . . . . 11 |- ( ZZ>= ` M ) = ( ZZ>= ` M )
32	31, 24, 25, 27	seqf 10631	. . . . . . . . . 10 |- ( ph -> seq M ( + , F ) : ( ZZ>= ` M ) --> RR )
33	32	ad2antrr 488	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> seq M ( + , F ) : ( ZZ>= ` M ) --> RR )
34		elfzouz 10293	. . . . . . . . . 10 |- ( j e. ( M..^ N ) -> j e. ( ZZ>= ` M ) )
35	34	ad2antlr 489	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> j e. ( ZZ>= ` M ) )
36	33, 35	ffvelcdmd 5729	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` j ) e. RR )
37		fveq2 5589	. . . . . . . . . . 11 |- ( k = ( j + 1 ) -> ( F ` k ) = ( F ` ( j + 1 ) ) )
38	37	eleq1d 2275	. . . . . . . . . 10 |- ( k = ( j + 1 ) -> ( ( F ` k ) e. RR <-> ( F ` ( j + 1 ) ) e. RR ) )
39	25	ralrimiva 2580	. . . . . . . . . . 11 |- ( ph -> A. k e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` k ) e. RR )
40	39	adantr 276	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) -> A. k e. ( ZZ>= ` M ) ( F ` k ) e. RR )
41		peano2uz 9724	. . . . . . . . . . . 12 |- ( j e. ( ZZ>= ` M ) -> ( j + 1 ) e. ( ZZ>= ` M ) )
42	34, 41	syl 14	. . . . . . . . . . 11 |- ( j e. ( M..^ N ) -> ( j + 1 ) e. ( ZZ>= ` M ) )
43	42	adantl 277	. . . . . . . . . 10 |- ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) -> ( j + 1 ) e. ( ZZ>= ` M ) )
44	38, 40, 43	rspcdva 2886	. . . . . . . . 9 |- ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) -> ( F ` ( j + 1 ) ) e. RR )
45	44	adantr 276	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> ( F ` ( j + 1 ) ) e. RR )
46		simpr 110	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) )
47	37	breq2d 4063	. . . . . . . . 9 |- ( k = ( j + 1 ) -> ( 0 <_ ( F ` k ) <-> 0 <_ ( F ` ( j + 1 ) ) ) )
48	19	ad2antrr 488	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> A. k e. ( M ... N ) 0 <_ ( F ` k ) )
49		fzofzp1 10378	. . . . . . . . . 10 |- ( j e. ( M..^ N ) -> ( j + 1 ) e. ( M ... N ) )
50	49	ad2antlr 489	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> ( j + 1 ) e. ( M ... N ) )
51	47, 48, 50	rspcdva 2886	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> 0 <_ ( F ` ( j + 1 ) ) )
52	36, 45, 46, 51	addge0d 8615	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> 0 <_ ( ( seq M ( + , F ) ` j ) + ( F ` ( j + 1 ) ) ) )
53	25	adantlr 477	. . . . . . . . 9 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) e. RR )
54	53	adantlr 477	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) /\ k e. ( ZZ>= ` M ) ) -> ( F ` k ) e. RR )
55	26	adantl 277	. . . . . . . 8 |- ( ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) /\ ( k e. RR /\ v e. RR ) ) -> ( k + v ) e. RR )
56	35, 54, 55	seq3p1 10632	. . . . . . 7 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> ( seq M ( + , F ) ` ( j + 1 ) ) = ( ( seq M ( + , F ) ` j ) + ( F ` ( j + 1 ) ) ) )
57	52, 56	breqtrrd 4079	. . . . . 6 |- ( ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) /\ 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` ( j + 1 ) ) )
58	57	ex 115	. . . . 5 |- ( ( ph /\ j e. ( M..^ N ) ) -> ( 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` ( j + 1 ) ) ) )
59	58	expcom 116	. . . 4 |- ( j e. ( M..^ N ) -> ( ph -> ( 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` ( j + 1 ) ) ) ) )
60	59	a2d 26	. . 3 |- ( j e. ( M..^ N ) -> ( ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` j ) ) -> ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` ( j + 1 ) ) ) ) )
61	6, 9, 12, 15, 30, 60	fzind2 10390	. 2 |- ( N e. ( M ... N ) -> ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) ) )
62	3, 61	mpcom 36	1 |- ( ph -> 0 <_ ( seq M ( + , F ) ` N ) )

Syntax hints:   -> wi 4   /\ wa 104   = wceq 1373   e. wcel 2177   A.wral 2485   class class class wbr 4051   -->wf 5276   ` cfv 5280  (class class class)co 5957   RRcr 7944   0cc0 7945   1c1 7946   + caddc 7948   <_ cle 8128   ZZcz 9392   ZZ>=cuz 9668   ...cfz 10150  ..^cfzo 10284   seqcseq 10614

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-ia1 106  ax-ia2 107  ax-ia3 108  ax-in1 615  ax-in2 616  ax-io 711  ax-5 1471  ax-7 1472  ax-gen 1473  ax-ie1 1517  ax-ie2 1518  ax-8 1528  ax-10 1529  ax-11 1530  ax-i12 1531  ax-bndl 1533  ax-4 1534  ax-17 1550  ax-i9 1554  ax-ial 1558  ax-i5r 1559  ax-13 2179  ax-14 2180  ax-ext 2188  ax-coll 4167  ax-sep 4170  ax-nul 4178  ax-pow 4226  ax-pr 4261  ax-un 4488  ax-setind 4593  ax-iinf 4644  ax-cnex 8036  ax-resscn 8037  ax-1cn 8038  ax-1re 8039  ax-icn 8040  ax-addcl 8041  ax-addrcl 8042  ax-mulcl 8043  ax-addcom 8045  ax-addass 8047  ax-distr 8049  ax-i2m1 8050  ax-0lt1 8051  ax-0id 8053  ax-rnegex 8054  ax-cnre 8056  ax-pre-ltirr 8057  ax-pre-ltwlin 8058  ax-pre-lttrn 8059  ax-pre-ltadd 8061

This theorem depends on definitions:  df-bi 117  df-3or 982  df-3an 983  df-tru 1376  df-fal 1379  df-nf 1485  df-sb 1787  df-eu 2058  df-mo 2059  df-clab 2193  df-cleq 2199  df-clel 2202  df-nfc 2338  df-ne 2378  df-nel 2473  df-ral 2490  df-rex 2491  df-reu 2492  df-rab 2494  df-v 2775  df-sbc 3003  df-csb 3098  df-dif 3172  df-un 3174  df-in 3176  df-ss 3183  df-nul 3465  df-pw 3623  df-sn 3644  df-pr 3645  df-op 3647  df-uni 3857  df-int 3892  df-iun 3935  df-br 4052  df-opab 4114  df-mpt 4115  df-tr 4151  df-id 4348  df-iord 4421  df-on 4423  df-ilim 4424  df-suc 4426  df-iom 4647  df-xp 4689  df-rel 4690  df-cnv 4691  df-co 4692  df-dm 4693  df-rn 4694  df-res 4695  df-ima 4696  df-iota 5241  df-fun 5282  df-fn 5283  df-f 5284  df-f1 5285  df-fo 5286  df-f1o 5287  df-fv 5288  df-riota 5912  df-ov 5960  df-oprab 5961  df-mpo 5962  df-1st 6239  df-2nd 6240  df-recs 6404  df-frec 6490  df-pnf 8129  df-mnf 8130  df-xr 8131  df-ltxr 8132  df-le 8133  df-sub 8265  df-neg 8266  df-inn 9057  df-n0 9316  df-z 9393  df-uz 9669  df-fz 10151  df-fzo 10285  df-seqfrec 10615

This theorem is referenced by:  ser3le  10704