Theorem fsum00 15145

Description: A sum of nonnegative numbers is zero iff all terms are zero. (Contributed by Jeff Madsen, 2-Sep-2009.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 24-Apr-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
fsumge0.1	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Fin)
fsumge0.2	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
fsumge0.3	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → 0 ≤ 𝐵)

Assertion

Ref	Expression
fsum00	⊢ (𝜑 → (Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0 ↔ ∀𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑘   𝜑,𝑘

Allowed substitution hint:   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem fsum00

Dummy variable 𝑚 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		fsumge0.1	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ Fin)
2	1	adantr 484	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → 𝐴 ∈ Fin)
3		fsumge0.2	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
4	3	adantlr 714	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → 𝐵 ∈ ℝ)
5		fsumge0.3	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → 0 ≤ 𝐵)
6	5	adantlr 714	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → 0 ≤ 𝐵)
7		snssi 4701	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 ∈ 𝐴 → {𝑚} ⊆ 𝐴)
8	7	adantl 485	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → {𝑚} ⊆ 𝐴)
9	2, 4, 6, 8	fsumless 15143	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → Σ𝑘 ∈ {𝑚}𝐵 ≤ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵)
10	9	adantlr 714	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → Σ𝑘 ∈ {𝑚}𝐵 ≤ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵)
11		simpr 488	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → 𝑚 ∈ 𝐴)
12	3, 5	jca 515	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴) → (𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐵))
13	12	ralrimiva 3149	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ 𝐴 (𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐵))
14	13	adantr 484	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) → ∀𝑘 ∈ 𝐴 (𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐵))
15		nfcsb1v 3852	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ Ⅎ𝑘⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵
16	15	nfel1 2971	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ Ⅎ𝑘⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ∈ ℝ
17		nfcv 2955	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ Ⅎ𝑘0
18		nfcv 2955	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ Ⅎ𝑘 ≤
19	17, 18, 15	nfbr 5077	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ Ⅎ𝑘0 ≤ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵
20	16, 19	nfan 1900	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ Ⅎ𝑘(⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵)
21		csbeq1a 3842	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → 𝐵 = ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵)
22	21	eleq1d 2874	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝐵 ∈ ℝ ↔ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ∈ ℝ))
23	21	breq2d 5042	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (0 ≤ 𝐵 ↔ 0 ≤ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵))
24	22, 23	anbi12d 633	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → ((𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐵) ↔ (⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵)))
25	20, 24	rspc 3559	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑚 ∈ 𝐴 → (∀𝑘 ∈ 𝐴 (𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ 𝐵) → (⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵)))
26	14, 25	mpan9 510	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → (⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ≤ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵))
27	26	simpld 498	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ∈ ℝ)
28	27	recnd 10658	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ∈ ℂ)
29		sumsns 15097	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑚 ∈ 𝐴 ∧ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ∈ ℂ) → Σ𝑘 ∈ {𝑚}𝐵 = ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵)
30	11, 28, 29	syl2anc 587	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → Σ𝑘 ∈ {𝑚}𝐵 = ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵)
31		simplr 768	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0)
32	10, 30, 31	3brtr3d 5061	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ≤ 0)
33	26	simprd 499	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → 0 ≤ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵)
34		0re 10632	. . . . . . 7 ⊢ 0 ∈ ℝ
35		letri3 10715	. . . . . . 7 ⊢ ((⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ∈ ℝ ∧ 0 ∈ ℝ) → (⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 = 0 ↔ (⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ≤ 0 ∧ 0 ≤ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵)))
36	27, 34, 35	sylancl 589	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → (⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 = 0 ↔ (⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 ≤ 0 ∧ 0 ≤ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵)))
37	32, 33, 36	mpbir2and 712	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) ∧ 𝑚 ∈ 𝐴) → ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 = 0)
38	37	ralrimiva 3149	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) → ∀𝑚 ∈ 𝐴 ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 = 0)
39		nfv 1915	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑚 𝐵 = 0
40	15	nfeq1 2970	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑘⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 = 0
41	21	eqeq1d 2800	. . . . 5 ⊢ (𝑘 = 𝑚 → (𝐵 = 0 ↔ ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 = 0))
42	39, 40, 41	cbvralw 3387	. . . 4 ⊢ (∀𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0 ↔ ∀𝑚 ∈ 𝐴 ⦋𝑚 / 𝑘⦌𝐵 = 0)
43	38, 42	sylibr 237	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0) → ∀𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0)
44	43	ex 416	. 2 ⊢ (𝜑 → (Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0 → ∀𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0))
45		sumz 15071	. . . . 5 ⊢ ((𝐴 ⊆ (ℤ≥‘0) ∨ 𝐴 ∈ Fin) → Σ𝑘 ∈ 𝐴 0 = 0)
46	45	olcs 873	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ Fin → Σ𝑘 ∈ 𝐴 0 = 0)
47		sumeq2 15043	. . . . 5 ⊢ (∀𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0 → Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = Σ𝑘 ∈ 𝐴 0)
48	47	eqeq1d 2800	. . . 4 ⊢ (∀𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0 → (Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0 ↔ Σ𝑘 ∈ 𝐴 0 = 0))
49	46, 48	syl5ibrcom 250	. . 3 ⊢ (𝐴 ∈ Fin → (∀𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0 → Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0))
50	1, 49	syl 17	. 2 ⊢ (𝜑 → (∀𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0 → Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0))
51	44, 50	impbid 215	1 ⊢ (𝜑 → (Σ𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0 ↔ ∀𝑘 ∈ 𝐴 𝐵 = 0))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   = wceq 1538   ∈ wcel 2111  ∀wral 3106  ⦋csb 3828   ⊆ wss 3881  {csn 4525   class class class wbr 5030  ‘cfv 6324  Fincfn 8492  ℂcc 10524  ℝcr 10525  0cc0 10526   ≤ cle 10665  ℤ_≥cuz 12231  Σcsu 15034

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2113  ax-9 2121  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2175  ax-ext 2770  ax-rep 5154  ax-sep 5167  ax-nul 5174  ax-pow 5231  ax-pr 5295  ax-un 7441  ax-inf2 9088  ax-cnex 10582  ax-resscn 10583  ax-1cn 10584  ax-icn 10585  ax-addcl 10586  ax-addrcl 10587  ax-mulcl 10588  ax-mulrcl 10589  ax-mulcom 10590  ax-addass 10591  ax-mulass 10592  ax-distr 10593  ax-i2m1 10594  ax-1ne0 10595  ax-1rid 10596  ax-rnegex 10597  ax-rrecex 10598  ax-cnre 10599  ax-pre-lttri 10600  ax-pre-lttrn 10601  ax-pre-ltadd 10602  ax-pre-mulgt0 10603  ax-pre-sup 10604

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-fal 1551  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2598  df-eu 2629  df-clab 2777  df-cleq 2791  df-clel 2870  df-nfc 2938  df-ne 2988  df-nel 3092  df-ral 3111  df-rex 3112  df-reu 3113  df-rmo 3114  df-rab 3115  df-v 3443  df-sbc 3721  df-csb 3829  df-dif 3884  df-un 3886  df-in 3888  df-ss 3898  df-pss 3900  df-nul 4244  df-if 4426  df-pw 4499  df-sn 4526  df-pr 4528  df-tp 4530  df-op 4532  df-uni 4801  df-int 4839  df-iun 4883  df-br 5031  df-opab 5093  df-mpt 5111  df-tr 5137  df-id 5425  df-eprel 5430  df-po 5438  df-so 5439  df-fr 5478  df-se 5479  df-we 5480  df-xp 5525  df-rel 5526  df-cnv 5527  df-co 5528  df-dm 5529  df-rn 5530  df-res 5531  df-ima 5532  df-pred 6116  df-ord 6162  df-on 6163  df-lim 6164  df-suc 6165  df-iota 6283  df-fun 6326  df-fn 6327  df-f 6328  df-f1 6329  df-fo 6330  df-f1o 6331  df-fv 6332  df-isom 6333  df-riota 7093  df-ov 7138  df-oprab 7139  df-mpo 7140  df-om 7561  df-1st 7671  df-2nd 7672  df-wrecs 7930  df-recs 7991  df-rdg 8029  df-1o 8085  df-oadd 8089  df-er 8272  df-en 8493  df-dom 8494  df-sdom 8495  df-fin 8496  df-sup 8890  df-oi 8958  df-card 9352  df-pnf 10666  df-mnf 10667  df-xr 10668  df-ltxr 10669  df-le 10670  df-sub 10861  df-neg 10862  df-div 11287  df-nn 11626  df-2 11688  df-3 11689  df-n0 11886  df-z 11970  df-uz 12232  df-rp 12378  df-ico 12732  df-fz 12886  df-fzo 13029  df-seq 13365  df-exp 13426  df-hash 13687  df-cj 14450  df-re 14451  df-im 14452  df-sqrt 14586  df-abs 14587  df-clim 14837  df-sum 15035

This theorem is referenced by:  ramcl  16355  rrxcph  23996  rrxmet  24012  jensen  25574  eqeelen  26698  axcgrid  26710  rrnmet  35267