Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next > Nearby theorems Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  sge0reuzb Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem sge0reuzb 43026
 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 𝑘𝜑
sge0reuzb.p 𝑥𝜑
sge0reuzb.m (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
sge0reuzb.z 𝑍 = (ℤ𝑀)
sge0reuzb.b ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ (0[,)+∞))
sge0reuzb.x (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥)
Assertion
Ref Expression
sge0reuzb (𝜑 → (Σ^‘(𝑘𝑍𝐵)) = sup(ran (𝑛𝑍 ↦ 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.
StepHypRef Expression
1 sge0reuzb.k . . 3 𝑘𝜑
2 sge0reuzb.m . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
3 sge0reuzb.z . . 3 𝑍 = (ℤ𝑀)
4 sge0reuzb.b . . 3 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ (0[,)+∞))
51, 2, 3, 4sge0reuz 43025 . 2 (𝜑 → (Σ^‘(𝑘𝑍𝐵)) = sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ*, < ))
6 nfv 1915 . . . 4 𝑛𝜑
7 eqid 2822 . . . 4 (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) = (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
8 nfv 1915 . . . . . 6 𝑘 𝑛𝑍
91, 8nfan 1900 . . . . 5 𝑘(𝜑𝑛𝑍)
10 fzfid 13336 . . . . 5 ((𝜑𝑛𝑍) → (𝑀...𝑛) ∈ Fin)
11 elfzuz 12898 . . . . . . . . 9 (𝑘 ∈ (𝑀...𝑛) → 𝑘 ∈ (ℤ𝑀))
1211, 3eleqtrrdi 2925 . . . . . . . 8 (𝑘 ∈ (𝑀...𝑛) → 𝑘𝑍)
1312adantl 485 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)) → 𝑘𝑍)
14 rge0ssre 12834 . . . . . . . 8 (0[,)+∞) ⊆ ℝ
1514, 4sseldi 3940 . . . . . . 7 ((𝜑𝑘𝑍) → 𝐵 ∈ ℝ)
1613, 15syldan 594 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)) → 𝐵 ∈ ℝ)
1716adantlr 714 . . . . 5 (((𝜑𝑛𝑍) ∧ 𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)) → 𝐵 ∈ ℝ)
189, 10, 17fsumreclf 42157 . . . 4 ((𝜑𝑛𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 ∈ ℝ)
196, 7, 18rnmptssd 41762 . . 3 (𝜑 → ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ⊆ ℝ)
20 uzid 12246 . . . . . . . 8 (𝑀 ∈ ℤ → 𝑀 ∈ (ℤ𝑀))
212, 20syl 17 . . . . . . 7 (𝜑𝑀 ∈ (ℤ𝑀))
2221, 3eleqtrrdi 2925 . . . . . 6 (𝜑𝑀𝑍)
23 eqidd 2823 . . . . . 6 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵)
24 oveq2 7148 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑀 → (𝑀...𝑛) = (𝑀...𝑀))
2524sumeq1d 15049 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑀 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵)
2625rspceeqv 3613 . . . . . 6 ((𝑀𝑍 ∧ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵) → ∃𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
2722, 23, 26syl2anc 587 . . . . 5 (𝜑 → ∃𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
28 sumex 15035 . . . . . 6 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 ∈ V
2928a1i 11 . . . . 5 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 ∈ V)
307, 27, 29elrnmptd 5810 . . . 4 (𝜑 → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑀)𝐵 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵))
3130ne0d 4273 . . 3 (𝜑 → ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ≠ ∅)
32 sge0reuzb.x . . . 4 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥)
33 sge0reuzb.p . . . . 5 𝑥𝜑
34 vex 3472 . . . . . . . . . . . 12 𝑦 ∈ V
357elrnmpt 5805 . . . . . . . . . . . 12 (𝑦 ∈ V → (𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ↔ ∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵))
3634, 35ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 (𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ↔ ∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
3736biimpi 219 . . . . . . . . . 10 (𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → ∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
3837adantl 485 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)) → ∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
39 nfv 1915 . . . . . . . . . . . 12 𝑛(𝜑𝑥 ∈ ℝ)
40 nfra1 3208 . . . . . . . . . . . 12 𝑛𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥
4139, 40nfan 1900 . . . . . . . . . . 11 𝑛((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥)
42 nfv 1915 . . . . . . . . . . 11 𝑛 𝑦𝑥
43 rspa 3196 . . . . . . . . . . . . . 14 ((∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥𝑛𝑍) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥)
44 simpr 488 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)
45 simpl 486 . . . . . . . . . . . . . . . 16 ((Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥)
4644, 45eqbrtrd 5064 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) → 𝑦𝑥)
4746ex 416 . . . . . . . . . . . . . 14 𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥 → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥))
4843, 47syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥𝑛𝑍) → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥))
4948ex 416 . . . . . . . . . . . 12 (∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥 → (𝑛𝑍 → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥)))
5049adantl 485 . . . . . . . . . . 11 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) → (𝑛𝑍 → (𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥)))
5141, 42, 50rexlimd 3303 . . . . . . . . . 10 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) → (∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥))
5251adantr 484 . . . . . . . . 9 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)) → (∃𝑛𝑍 𝑦 = Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑦𝑥))
5338, 52mpd 15 . . . . . . . 8 ((((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) ∧ 𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)) → 𝑦𝑥)
5453ralrimiva 3174 . . . . . . 7 (((𝜑𝑥 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥) → ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥)
5554ex 416 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥 → ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥))
5655ex 416 . . . . 5 (𝜑 → (𝑥 ∈ ℝ → (∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥 → ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥)))
5733, 56reximdai 3297 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵𝑥 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥))
5832, 57mpd 15 . . 3 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥)
59 supxrre 12708 . . 3 ((ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ⊆ ℝ ∧ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵) ≠ ∅ ∧ ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵)𝑦𝑥) → sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ*, < ) = sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ, < ))
6019, 31, 58, 59syl3anc 1368 . 2 (𝜑 → sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ*, < ) = sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ, < ))
615, 60eqtrd 2857 1 (𝜑 → (Σ^‘(𝑘𝑍𝐵)) = sup(ran (𝑛𝑍 ↦ Σ𝑘 ∈ (𝑀...𝑛)𝐵), ℝ, < ))
 Colors of variables: wff setvar class Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 399   = wceq 1538  Ⅎwnf 1785   ∈ wcel 2114   ≠ wne 3011  ∀wral 3130  ∃wrex 3131  Vcvv 3469   ⊆ wss 3908  ∅c0 4265   class class class wbr 5042   ↦ cmpt 5122  ran crn 5533  ‘cfv 6334  (class class class)co 7140  supcsup 8892  ℝcr 10525  0cc0 10526  +∞cpnf 10661  ℝ*cxr 10663   < clt 10664   ≤ cle 10665  ℤcz 11969  ℤ≥cuz 12231  [,)cico 12728  ...cfz 12885  Σcsu 15033  Σ^csumge0 42940 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 2116  ax-9 2124  ax-10 2145  ax-11 2161  ax-12 2178  ax-ext 2794  ax-rep 5166  ax-sep 5179  ax-nul 5186  ax-pow 5243  ax-pr 5307  ax-un 7446  ax-inf2 9092  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 2622  df-eu 2653  df-clab 2801  df-cleq 2815  df-clel 2894  df-nfc 2962  df-ne 3012  df-nel 3116  df-ral 3135  df-rex 3136  df-reu 3137  df-rmo 3138  df-rab 3139  df-v 3471  df-sbc 3748  df-csb 3856  df-dif 3911  df-un 3913  df-in 3915  df-ss 3925  df-pss 3927  df-nul 4266  df-if 4440  df-pw 4513  df-sn 4540  df-pr 4542  df-tp 4544  df-op 4546  df-uni 4814  df-int 4852  df-iun 4896  df-br 5043  df-opab 5105  df-mpt 5123  df-tr 5149  df-id 5437  df-eprel 5442  df-po 5451  df-so 5452  df-fr 5491  df-se 5492  df-we 5493  df-xp 5538  df-rel 5539  df-cnv 5540  df-co 5541  df-dm 5542  df-rn 5543  df-res 5544  df-ima 5545  df-pred 6126  df-ord 6172  df-on 6173  df-lim 6174  df-suc 6175  df-iota 6293  df-fun 6336  df-fn 6337  df-f 6338  df-f1 6339  df-fo 6340  df-f1o 6341  df-fv 6342  df-isom 6343  df-riota 7098  df-ov 7143  df-oprab 7144  df-mpo 7145  df-om 7566  df-1st 7675  df-2nd 7676  df-wrecs 7934  df-recs 7995  df-rdg 8033  df-1o 8089  df-oadd 8093  df-er 8276  df-en 8497  df-dom 8498  df-sdom 8499  df-fin 8500  df-sup 8894  df-oi 8962  df-card 9356  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-icc 12733  df-fz 12886  df-fzo 13029  df-seq 13365  df-exp 13426  df-hash 13687  df-cj 14449  df-re 14450  df-im 14451  df-sqrt 14585  df-abs 14586  df-clim 14836  df-sum 15034  df-sumge0 42941 This theorem is referenced by:  meaiuninclem  43058
 Copyright terms: Public domain W3C validator