Theorem esumsup 31957

Description: Express an extended sum as a supremum of extended sums. (Contributed by Thierry Arnoux, 24-May-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
esumsup.1	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ (0[,]+∞))
esumsup.2	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ (0[,]+∞))

Assertion

Ref	Expression
esumsup	⊢ (𝜑 → Σ*𝑘 ∈ ℕ𝐴 = sup(ran (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)𝐴), ℝ*, < ))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑛   𝐵,𝑛   𝑘,𝑛,𝜑

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑘)   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem esumsup

Step	Hyp	Ref	Expression
1		esumsup.2	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ (0[,]+∞))
2	1	fmpttd 6971	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴):ℕ⟶(0[,]+∞))
3		nfmpt1 5178	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑘(𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)
4	3	esumfsup 31938	. . 3 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴):ℕ⟶(0[,]+∞) → Σ*𝑘 ∈ ℕ((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)‘𝑘) = sup(ran seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)), ℝ*, < ))
5	2, 4	syl 17	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ*𝑘 ∈ ℕ((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)‘𝑘) = sup(ran seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)), ℝ*, < ))
6		simpr 484	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → 𝑘 ∈ ℕ)
7		eqid 2738	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴) = (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)
8	7	fvmpt2 6868	. . . 4 ⊢ ((𝑘 ∈ ℕ ∧ 𝐴 ∈ (0[,]+∞)) → ((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)‘𝑘) = 𝐴)
9	6, 1, 8	syl2anc 583	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → ((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)‘𝑘) = 𝐴)
10	9	esumeq2dv 31906	. 2 ⊢ (𝜑 → Σ*𝑘 ∈ ℕ((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)‘𝑘) = Σ*𝑘 ∈ ℕ𝐴)
11		1z 12280	. . . . . . . . 9 ⊢ 1 ∈ ℤ
12		seqfn 13661	. . . . . . . . 9 ⊢ (1 ∈ ℤ → seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) Fn (ℤ≥‘1))
13	11, 12	ax-mp 5	. . . . . . . 8 ⊢ seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) Fn (ℤ≥‘1)
14		nnuz 12550	. . . . . . . . 9 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
15	14	fneq2i 6515	. . . . . . . 8 ⊢ (seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) Fn ℕ ↔ seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) Fn (ℤ≥‘1))
16	13, 15	mpbir 230	. . . . . . 7 ⊢ seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) Fn ℕ
17		nfcv 2906	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑛seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴))
18	17	dffn5f 6822	. . . . . . 7 ⊢ (seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) Fn ℕ ↔ seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴))‘𝑛)))
19	16, 18	mpbi 229	. . . . . 6 ⊢ seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴))‘𝑛))
20	19	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴))‘𝑛)))
21		fz1ssnn 13216	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (1...𝑛) ⊆ ℕ
22	21	a1i 11	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (1...𝑛) ⊆ ℕ)
23	22	sselda 3917	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑛)) → 𝑘 ∈ ℕ)
24		simpll 763	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑛)) → 𝜑)
25	24, 23, 1	syl2anc 583	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑛)) → 𝐴 ∈ (0[,]+∞))
26	23, 25, 8	syl2anc 583	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ (1...𝑛)) → ((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)‘𝑘) = 𝐴)
27	26	esumeq2dv 31906	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)‘𝑘) = Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)𝐴)
28	3	esumfzf 31937	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴):ℕ⟶(0[,]+∞) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)‘𝑘) = (seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴))‘𝑛))
29	2, 28	sylan 579	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)((𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)‘𝑘) = (seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴))‘𝑛))
30	27, 29	eqtr3d 2780	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)𝐴 = (seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴))‘𝑛))
31	30	mpteq2dva 5170	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)𝐴) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ (seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴))‘𝑛)))
32	20, 31	eqtr4d 2781	. . . 4 ⊢ (𝜑 → seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) = (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)𝐴))
33	32	rneqd 5836	. . 3 ⊢ (𝜑 → ran seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)) = ran (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)𝐴))
34	33	supeq1d 9135	. 2 ⊢ (𝜑 → sup(ran seq1( +𝑒 , (𝑘 ∈ ℕ ↦ 𝐴)), ℝ*, < ) = sup(ran (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)𝐴), ℝ*, < ))
35	5, 10, 34	3eqtr3d 2786	1 ⊢ (𝜑 → Σ*𝑘 ∈ ℕ𝐴 = sup(ran (𝑛 ∈ ℕ ↦ Σ*𝑘 ∈ (1...𝑛)𝐴), ℝ*, < ))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1539   ∈ wcel 2108   ⊆ wss 3883   ↦ cmpt 5153  ran crn 5581   Fn wfn 6413  ⟶wf 6414  ‘cfv 6418  (class class class)co 7255  supcsup 9129  0cc0 10802  1c1 10803  +∞cpnf 10937  ℝ^*cxr 10939   < clt 10940  ℕcn 11903  ℤcz 12249  ℤ_≥cuz 12511   +_𝑒 cxad 12775  [,]cicc 13011  ...cfz 13168  seqcseq 13649  Σ^*cesum 31895

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1799  ax-4 1813  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2110  ax-9 2118  ax-10 2139  ax-11 2156  ax-12 2173  ax-ext 2709  ax-rep 5205  ax-sep 5218  ax-nul 5225  ax-pow 5283  ax-pr 5347  ax-un 7566  ax-inf2 9329  ax-cnex 10858  ax-resscn 10859  ax-1cn 10860  ax-icn 10861  ax-addcl 10862  ax-addrcl 10863  ax-mulcl 10864  ax-mulrcl 10865  ax-mulcom 10866  ax-addass 10867  ax-mulass 10868  ax-distr 10869  ax-i2m1 10870  ax-1ne0 10871  ax-1rid 10872  ax-rnegex 10873  ax-rrecex 10874  ax-cnre 10875  ax-pre-lttri 10876  ax-pre-lttrn 10877  ax-pre-ltadd 10878  ax-pre-mulgt0 10879  ax-pre-sup 10880  ax-addf 10881  ax-mulf 10882

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 396  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1784  df-nf 1788  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2569  df-clab 2716  df-cleq 2730  df-clel 2817  df-nfc 2888  df-ne 2943  df-nel 3049  df-ral 3068  df-rex 3069  df-reu 3070  df-rmo 3071  df-rab 3072  df-v 3424  df-sbc 3712  df-csb 3829  df-dif 3886  df-un 3888  df-in 3890  df-ss 3900  df-pss 3902  df-nul 4254  df-if 4457  df-pw 4532  df-sn 4559  df-pr 4561  df-tp 4563  df-op 4565  df-uni 4837  df-int 4877  df-iun 4923  df-iin 4924  df-br 5071  df-opab 5133  df-mpt 5154  df-tr 5188  df-id 5480  df-eprel 5486  df-po 5494  df-so 5495  df-fr 5535  df-se 5536  df-we 5537  df-xp 5586  df-rel 5587  df-cnv 5588  df-co 5589  df-dm 5590  df-rn 5591  df-res 5592  df-ima 5593  df-pred 6191  df-ord 6254  df-on 6255  df-lim 6256  df-suc 6257  df-iota 6376  df-fun 6420  df-fn 6421  df-f 6422  df-f1 6423  df-fo 6424  df-f1o 6425  df-fv 6426  df-isom 6427  df-riota 7212  df-ov 7258  df-oprab 7259  df-mpo 7260  df-of 7511  df-om 7688  df-1st 7804  df-2nd 7805  df-supp 7949  df-frecs 8068  df-wrecs 8099  df-recs 8173  df-rdg 8212  df-1o 8267  df-2o 8268  df-er 8456  df-map 8575  df-pm 8576  df-ixp 8644  df-en 8692  df-dom 8693  df-sdom 8694  df-fin 8695  df-fsupp 9059  df-fi 9100  df-sup 9131  df-inf 9132  df-oi 9199  df-card 9628  df-pnf 10942  df-mnf 10943  df-xr 10944  df-ltxr 10945  df-le 10946  df-sub 11137  df-neg 11138  df-div 11563  df-nn 11904  df-2 11966  df-3 11967  df-4 11968  df-5 11969  df-6 11970  df-7 11971  df-8 11972  df-9 11973  df-n0 12164  df-z 12250  df-dec 12367  df-uz 12512  df-q 12618  df-rp 12660  df-xneg 12777  df-xadd 12778  df-xmul 12779  df-ioo 13012  df-ioc 13013  df-ico 13014  df-icc 13015  df-fz 13169  df-fzo 13312  df-fl 13440  df-mod 13518  df-seq 13650  df-exp 13711  df-fac 13916  df-bc 13945  df-hash 13973  df-shft 14706  df-cj 14738  df-re 14739  df-im 14740  df-sqrt 14874  df-abs 14875  df-limsup 15108  df-clim 15125  df-rlim 15126  df-sum 15326  df-ef 15705  df-sin 15707  df-cos 15708  df-pi 15710  df-struct 16776  df-sets 16793  df-slot 16811  df-ndx 16823  df-base 16841  df-ress 16868  df-plusg 16901  df-mulr 16902  df-starv 16903  df-sca 16904  df-vsca 16905  df-ip 16906  df-tset 16907  df-ple 16908  df-ds 16910  df-unif 16911  df-hom 16912  df-cco 16913  df-rest 17050  df-topn 17051  df-0g 17069  df-gsum 17070  df-topgen 17071  df-pt 17072  df-prds 17075  df-ordt 17129  df-xrs 17130  df-qtop 17135  df-imas 17136  df-xps 17138  df-mre 17212  df-mrc 17213  df-acs 17215  df-ps 18199  df-tsr 18200  df-plusf 18240  df-mgm 18241  df-sgrp 18290  df-mnd 18301  df-mhm 18345  df-submnd 18346  df-grp 18495  df-minusg 18496  df-sbg 18497  df-mulg 18616  df-subg 18667  df-cntz 18838  df-cmn 19303  df-abl 19304  df-mgp 19636  df-ur 19653  df-ring 19700  df-cring 19701  df-subrg 19937  df-abv 19992  df-lmod 20040  df-scaf 20041  df-sra 20349  df-rgmod 20350  df-psmet 20502  df-xmet 20503  df-met 20504  df-bl 20505  df-mopn 20506  df-fbas 20507  df-fg 20508  df-cnfld 20511  df-top 21951  df-topon 21968  df-topsp 21990  df-bases 22004  df-cld 22078  df-ntr 22079  df-cls 22080  df-nei 22157  df-lp 22195  df-perf 22196  df-cn 22286  df-cnp 22287  df-haus 22374  df-tx 22621  df-hmeo 22814  df-fil 22905  df-fm 22997  df-flim 22998  df-flf 22999  df-tmd 23131  df-tgp 23132  df-tsms 23186  df-trg 23219  df-xms 23381  df-ms 23382  df-tms 23383  df-nm 23644  df-ngp 23645  df-nrg 23647  df-nlm 23648  df-ii 23946  df-cncf 23947  df-limc 24935  df-dv 24936  df-log 25617  df-esum 31896

This theorem is referenced by:  esumgect  31958