Theorem sge0reuzb 44679

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	⊢ Ⅎ𝑘𝜑
sge0reuzb.p	⊢ Ⅎ𝑥𝜑
sge0reuzb.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
sge0reuzb.z	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
sge0reuzb.b	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐵 ∈ (0[,)+∞))
sge0reuzb.x	⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥)

Assertion

Ref	Expression
sge0reuzb	⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐵)) = sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ 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.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		sge0reuzb.k	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑘𝜑
2		sge0reuzb.m	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
3		sge0reuzb.z	. . 3 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
4		sge0reuzb.b	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐵 ∈ (0[,)+∞))
5	1, 2, 3, 4	sge0reuz 44678	. 2 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐵)) = sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ*, < ))
6		nfv 1917	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑛𝜑
7		eqid 2736	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
8		nfv 1917	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑘 𝑛 ∈ 𝑍
9	1, 8	nfan 1902	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑘(𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍)
10		fzfid 13878	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝑀...𝑛) ∈ Fin)
11		elfzuz 13437	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑘 ∈ (𝑀...𝑛) → 𝑘 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
12	11, 3	eleqtrrdi 2849	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑘 ∈ (𝑀...𝑛) → 𝑘 ∈ 𝑍)
13	12	adantl 482	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)) → 𝑘 ∈ 𝑍)
14		rge0ssre 13373	. . . . . . . 8 ⊢ (0[,)+∞) ⊆ ℝ
15	14, 4	sselid 3942	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑍) → 𝐵 ∈ ℝ)
16	13, 15	syldan 591	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)) → 𝐵 ∈ ℝ)
17	16	adantlr 713	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)) → 𝐵 ∈ ℝ)
18	9, 10, 17	fsumreclf 43807	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ∈ ℝ)
19	6, 7, 18	rnmptssd 43406	. . 3 ⊢ (𝜑 → ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ⊆ ℝ)
20		uzid 12778	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑀 ∈ ℤ → 𝑀 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
21	2, 20	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ (ℤ≥‘𝑀))
22	21, 3	eleqtrrdi 2849	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ 𝑍)
23		eqidd 2737	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵)
24		oveq2 7365	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 𝑀 → (𝑀...𝑛) = (𝑀...𝑀))
25	24	sumeq1d 15586	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑀 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵)
26	25	rspceeqv 3595	. . . . . 6 ⊢ ((𝑀 ∈ 𝑍 ∧ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵) → ∃𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
27	22, 23, 26	syl2anc 584	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∃𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
28		sumex 15572	. . . . . 6 ⊢ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 ∈ V
29	28	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 ∈ V)
30	7, 27, 29	elrnmptd 5916	. . . 4 ⊢ (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵))
31	30	ne0d 4295	. . 3 ⊢ (𝜑 → ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ≠ ∅)
32		sge0reuzb.x	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥)
33		sge0reuzb.p	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑥𝜑
34		vex 3449	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 𝑦 ∈ V
35	7	elrnmpt 5911	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑦 ∈ V → (𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ↔ ∃𝑛 ∈ 𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵))
36	34, 35	ax-mp 5	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ↔ ∃𝑛 ∈ 𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
37	36	biimpi 215	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → ∃𝑛 ∈ 𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
38	37	adantl 482	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)) → ∃𝑛 ∈ 𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
39		nfv 1917	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ)
40		nfra1 3267	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ Ⅎ𝑛∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥
41	39, 40	nfan 1902	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑛((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥)
42		nfv 1917	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑛 𝑦 ≤ 𝑥
43		rspa 3231	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥)
44		simpr 485	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥 ∧ 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
45		simpl 483	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ ((Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥 ∧ 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥)
46	44, 45	eqbrtrd 5127	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ ((Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥 ∧ 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → 𝑦 ≤ 𝑥)
47	46	ex 413	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥 → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 → 𝑦 ≤ 𝑥))
48	43, 47	syl 17	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 → 𝑦 ≤ 𝑥))
49	48	ex 413	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥 → (𝑛 ∈ 𝑍 → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 → 𝑦 ≤ 𝑥)))
50	49	adantl 482	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥) → (𝑛 ∈ 𝑍 → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 → 𝑦 ≤ 𝑥)))
51	41, 42, 50	rexlimd 3249	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥) → (∃𝑛 ∈ 𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 → 𝑦 ≤ 𝑥))
52	51	adantr 481	. . . . . . . . 9 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)) → (∃𝑛 ∈ 𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 → 𝑦 ≤ 𝑥))
53	38, 52	mpd 15	. . . . . . . 8 ⊢ ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)) → 𝑦 ≤ 𝑥)
54	53	ralrimiva 3143	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥) → ∀𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦 ≤ 𝑥)
55	54	ex 413	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥 → ∀𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦 ≤ 𝑥))
56	55	ex 413	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ ℝ → (∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥 → ∀𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦 ≤ 𝑥)))
57	33, 56	reximdai 3244	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ≤ 𝑥 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦 ≤ 𝑥))
58	32, 57	mpd 15	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦 ≤ 𝑥)
59		supxrre 13246	. . 3 ⊢ ((ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ⊆ ℝ ∧ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦 ≤ 𝑥) → sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ*, < ) = sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ, < ))
60	19, 31, 58, 59	syl3anc 1371	. 2 ⊢ (𝜑 → sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ*, < ) = sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ, < ))
61	5, 60	eqtrd 2776	1 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑘 ∈ 𝑍 ↦ 𝐵)) = sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ, < ))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 205   ∧ wa 396   = wceq 1541  Ⅎwnf 1785   ∈ wcel 2106   ≠ wne 2943  ∀wral 3064  ∃wrex 3073  Vcvv 3445   ⊆ wss 3910  ∅c0 4282   class class class wbr 5105   ↦ cmpt 5188  ran crn 5634  ‘cfv 6496  (class class class)co 7357  supcsup 9376  ℝcr 11050  0cc0 11051  +∞cpnf 11186  ℝ^*cxr 11188   < clt 11189   ≤ cle 11190  ℤcz 12499  ℤ_≥cuz 12763  [,)cico 13266  ...cfz 13424  Σcsu 15570  Σ^{^}csumge0 44593

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 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2707  ax-rep 5242  ax-sep 5256  ax-nul 5263  ax-pow 5320  ax-pr 5384  ax-un 7672  ax-inf2 9577  ax-cnex 11107  ax-resscn 11108  ax-1cn 11109  ax-icn 11110  ax-addcl 11111  ax-addrcl 11112  ax-mulcl 11113  ax-mulrcl 11114  ax-mulcom 11115  ax-addass 11116  ax-mulass 11117  ax-distr 11118  ax-i2m1 11119  ax-1ne0 11120  ax-1rid 11121  ax-rnegex 11122  ax-rrecex 11123  ax-cnre 11124  ax-pre-lttri 11125  ax-pre-lttrn 11126  ax-pre-ltadd 11127  ax-pre-mulgt0 11128  ax-pre-sup 11129

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2714  df-cleq 2728  df-clel 2814  df-nfc 2889  df-ne 2944  df-nel 3050  df-ral 3065  df-rex 3074  df-rmo 3353  df-reu 3354  df-rab 3408  df-v 3447  df-sbc 3740  df-csb 3856  df-dif 3913  df-un 3915  df-in 3917  df-ss 3927  df-pss 3929  df-nul 4283  df-if 4487  df-pw 4562  df-sn 4587  df-pr 4589  df-op 4593  df-uni 4866  df-int 4908  df-iun 4956  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5189  df-tr 5223  df-id 5531  df-eprel 5537  df-po 5545  df-so 5546  df-fr 5588  df-se 5589  df-we 5590  df-xp 5639  df-rel 5640  df-cnv 5641  df-co 5642  df-dm 5643  df-rn 5644  df-res 5645  df-ima 5646  df-pred 6253  df-ord 6320  df-on 6321  df-lim 6322  df-suc 6323  df-iota 6448  df-fun 6498  df-fn 6499  df-f 6500  df-f1 6501  df-fo 6502  df-f1o 6503  df-fv 6504  df-isom 6505  df-riota 7313  df-ov 7360  df-oprab 7361  df-mpo 7362  df-om 7803  df-1st 7921  df-2nd 7922  df-frecs 8212  df-wrecs 8243  df-recs 8317  df-rdg 8356  df-1o 8412  df-er 8648  df-en 8884  df-dom 8885  df-sdom 8886  df-fin 8887  df-sup 9378  df-oi 9446  df-card 9875  df-pnf 11191  df-mnf 11192  df-xr 11193  df-ltxr 11194  df-le 11195  df-sub 11387  df-neg 11388  df-div 11813  df-nn 12154  df-2 12216  df-3 12217  df-n0 12414  df-z 12500  df-uz 12764  df-rp 12916  df-ico 13270  df-icc 13271  df-fz 13425  df-fzo 13568  df-seq 13907  df-exp 13968  df-hash 14231  df-cj 14984  df-re 14985  df-im 14986  df-sqrt 15120  df-abs 15121  df-clim 15370  df-sum 15571  df-sumge0 44594

This theorem is referenced by:  meaiuninclem  44711