Theorem sge0gerp 42670

Description: The arbitrary sum of nonnegative extended reals is greater than or equal to a given extended real number if this number can be approximated from below by finite subsums. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
sge0gerp.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
sge0gerp.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑋⟶(0[,]+∞))
sge0gerp.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ*)
sge0gerp.z	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ∃𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥))

Assertion

Ref	Expression
sge0gerp	⊢ (𝜑 → 𝐴 ≤ (Σ^‘𝐹))

Distinct variable groups:   𝑥,𝐴,𝑧   𝑥,𝐹,𝑧   𝑥,𝑋,𝑧   𝜑,𝑥,𝑧

Allowed substitution hints:   𝑉(𝑥,𝑧)

Proof of Theorem sge0gerp

Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nfv 1911	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑥𝜑
2		simpr 487	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → 𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin))
3		sge0gerp.f	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑋⟶(0[,]+∞))
4	3	adantr 483	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → 𝐹:𝑋⟶(0[,]+∞))
5		elinel1 4172	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) → 𝑧 ∈ 𝒫 𝑋)
6		elpwi 4551	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 ∈ 𝒫 𝑋 → 𝑧 ⊆ 𝑋)
7	5, 6	syl 17	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) → 𝑧 ⊆ 𝑋)
8	7	adantl 484	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → 𝑧 ⊆ 𝑋)
9	4, 8	fssresd 6540	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → (𝐹 ↾ 𝑧):𝑧⟶(0[,]+∞))
10	2, 9	sge0xrcl 42660	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)) → (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) ∈ ℝ*)
11	10	ralrimiva 3182	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)(Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) ∈ ℝ*)
12		eqid 2821	. . . . 5 ⊢ (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧))) = (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)))
13	12	rnmptss 6881	. . . 4 ⊢ (∀𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)(Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) ∈ ℝ* → ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧))) ⊆ ℝ*)
14	11, 13	syl 17	. . 3 ⊢ (𝜑 → ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧))) ⊆ ℝ*)
15		sge0gerp.a	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ*)
16		sge0gerp.z	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ∃𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥))
17		nfv 1911	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑧(𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+)
18		nfmpt1 5157	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑧(𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)))
19	18	nfrn 5819	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑧ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)))
20		nfv 1911	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑧 𝐴 ≤ (𝑦 +𝑒 𝑥)
21	19, 20	nfrex 3309	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑧∃𝑦 ∈ ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)))𝐴 ≤ (𝑦 +𝑒 𝑥)
22		id 22	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) → 𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin))
23		fvexd 6680	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) → (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) ∈ V)
24	12	elrnmpt1 5825	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ∧ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) ∈ V) → (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) ∈ ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧))))
25	22, 23, 24	syl2anc 586	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) → (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) ∈ ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧))))
26	25	3ad2ant2 1130	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ∧ 𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥)) → (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) ∈ ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧))))
27		simp3 1134	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ∧ 𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥)) → 𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥))
28		nfv 1911	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑦 𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥)
29		oveq1 7157	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑦 = (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) → (𝑦 +𝑒 𝑥) = ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥))
30	29	breq2d 5071	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) → (𝐴 ≤ (𝑦 +𝑒 𝑥) ↔ 𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥)))
31	28, 30	rspce 3612	. . . . . . 7 ⊢ (((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) ∈ ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧))) ∧ 𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥)) → ∃𝑦 ∈ ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)))𝐴 ≤ (𝑦 +𝑒 𝑥))
32	26, 27, 31	syl2anc 586	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) ∧ 𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ∧ 𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥)) → ∃𝑦 ∈ ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)))𝐴 ≤ (𝑦 +𝑒 𝑥))
33	32	3exp 1115	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) → (𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)))𝐴 ≤ (𝑦 +𝑒 𝑥))))
34	17, 21, 33	rexlimd 3317	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → (∃𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin)𝐴 ≤ ((Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)) +𝑒 𝑥) → ∃𝑦 ∈ ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)))𝐴 ≤ (𝑦 +𝑒 𝑥)))
35	16, 34	mpd 15	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ+) → ∃𝑦 ∈ ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧)))𝐴 ≤ (𝑦 +𝑒 𝑥))
36	1, 14, 15, 35	supxrge 41598	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≤ sup(ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧))), ℝ*, < ))
37		sge0gerp.x	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ 𝑉)
38	37, 3	sge0sup 42666	. . 3 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘𝐹) = sup(ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧))), ℝ*, < ))
39	38	eqcomd 2827	. 2 ⊢ (𝜑 → sup(ran (𝑧 ∈ (𝒫 𝑋 ∩ Fin) ↦ (Σ^‘(𝐹 ↾ 𝑧))), ℝ*, < ) = (Σ^‘𝐹))
40	36, 39	breqtrd 5085	1 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ≤ (Σ^‘𝐹))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 398   ∧ w3a 1083   = wceq 1533   ∈ wcel 2110  ∀wral 3138  ∃wrex 3139  Vcvv 3495   ∩ cin 3935   ⊆ wss 3936  𝒫 cpw 4539   class class class wbr 5059   ↦ cmpt 5139  ran crn 5551   ↾ cres 5552  ⟶wf 6346  ‘cfv 6350  (class class class)co 7150  Fincfn 8503  supcsup 8898  0cc0 10531  +∞cpnf 10666  ℝ^*cxr 10668   < clt 10669   ≤ cle 10670  ℝ⁺crp 12383   +_𝑒 cxad 12499  [,]cicc 12735  Σ^{^}csumge0 42637

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1792  ax-4 1806  ax-5 1907  ax-6 1966  ax-7 2011  ax-8 2112  ax-9 2120  ax-10 2141  ax-11 2156  ax-12 2172  ax-ext 2793  ax-rep 5183  ax-sep 5196  ax-nul 5203  ax-pow 5259  ax-pr 5322  ax-un 7455  ax-inf2 9098  ax-cnex 10587  ax-resscn 10588  ax-1cn 10589  ax-icn 10590  ax-addcl 10591  ax-addrcl 10592  ax-mulcl 10593  ax-mulrcl 10594  ax-mulcom 10595  ax-addass 10596  ax-mulass 10597  ax-distr 10598  ax-i2m1 10599  ax-1ne0 10600  ax-1rid 10601  ax-rnegex 10602  ax-rrecex 10603  ax-cnre 10604  ax-pre-lttri 10605  ax-pre-lttrn 10606  ax-pre-ltadd 10607  ax-pre-mulgt0 10608  ax-pre-sup 10609

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 399  df-or 844  df-3or 1084  df-3an 1085  df-tru 1536  df-fal 1546  df-ex 1777  df-nf 1781  df-sb 2066  df-mo 2618  df-eu 2650  df-clab 2800  df-cleq 2814  df-clel 2893  df-nfc 2963  df-ne 3017  df-nel 3124  df-ral 3143  df-rex 3144  df-reu 3145  df-rmo 3146  df-rab 3147  df-v 3497  df-sbc 3773  df-csb 3884  df-dif 3939  df-un 3941  df-in 3943  df-ss 3952  df-pss 3954  df-nul 4292  df-if 4468  df-pw 4541  df-sn 4562  df-pr 4564  df-tp 4566  df-op 4568  df-uni 4833  df-int 4870  df-iun 4914  df-br 5060  df-opab 5122  df-mpt 5140  df-tr 5166  df-id 5455  df-eprel 5460  df-po 5469  df-so 5470  df-fr 5509  df-se 5510  df-we 5511  df-xp 5556  df-rel 5557  df-cnv 5558  df-co 5559  df-dm 5560  df-rn 5561  df-res 5562  df-ima 5563  df-pred 6143  df-ord 6189  df-on 6190  df-lim 6191  df-suc 6192  df-iota 6309  df-fun 6352  df-fn 6353  df-f 6354  df-f1 6355  df-fo 6356  df-f1o 6357  df-fv 6358  df-isom 6359  df-riota 7108  df-ov 7153  df-oprab 7154  df-mpo 7155  df-om 7575  df-1st 7683  df-2nd 7684  df-wrecs 7941  df-recs 8002  df-rdg 8040  df-1o 8096  df-oadd 8100  df-er 8283  df-en 8504  df-dom 8505  df-sdom 8506  df-fin 8507  df-sup 8900  df-oi 8968  df-card 9362  df-pnf 10671  df-mnf 10672  df-xr 10673  df-ltxr 10674  df-le 10675  df-sub 10866  df-neg 10867  df-div 11292  df-nn 11633  df-2 11694  df-3 11695  df-n0 11892  df-z 11976  df-uz 12238  df-rp 12384  df-xadd 12502  df-ico 12738  df-icc 12739  df-fz 12887  df-fzo 13028  df-seq 13364  df-exp 13424  df-hash 13685  df-cj 14452  df-re 14453  df-im 14454  df-sqrt 14588  df-abs 14589  df-clim 14839  df-sum 15037  df-sumge0 42638

This theorem is referenced by:  sge0gerpmpt  42677