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Theorem esumcst

Description: The extended sum of a constant. (Contributed by Thierry Arnoux, 3-Mar-2017) (Revised by Thierry Arnoux, 5-Jul-2017)

Ref Expression
Hypotheses esumcst.1 _ k A
esumcst.2 _ k B
Assertion esumcst A V B 0 +∞ * k A B = A 𝑒 B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 esumcst.1 _ k A
2 esumcst.2 _ k B
3 1 nfel1 k A V
4 2 nfel1 k B 0 +∞
5 3 4 nfan k A V B 0 +∞
6 simpl A V B 0 +∞ A V
7 simplr A V B 0 +∞ k A B 0 +∞
8 xrge0tmd 𝑠 * 𝑠 0 +∞ TopMnd
9 tmdmnd 𝑠 * 𝑠 0 +∞ TopMnd 𝑠 * 𝑠 0 +∞ Mnd
10 8 9 ax-mp 𝑠 * 𝑠 0 +∞ Mnd
11 10 a1i A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin 𝑠 * 𝑠 0 +∞ Mnd
12 inss2 𝒫 A Fin Fin
13 simpr A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x 𝒫 A Fin
14 12 13 sseldi A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x Fin
15 simplr A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin B 0 +∞
16 xrge0base 0 +∞ = Base 𝑠 * 𝑠 0 +∞
17 eqid 𝑠 * 𝑠 0 +∞ = 𝑠 * 𝑠 0 +∞
18 2 16 17 gsumconstf 𝑠 * 𝑠 0 +∞ Mnd x Fin B 0 +∞ 𝑠 * 𝑠 0 +∞ k x B = x 𝑠 * 𝑠 0 +∞ B
19 11 14 15 18 syl3anc A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin 𝑠 * 𝑠 0 +∞ k x B = x 𝑠 * 𝑠 0 +∞ B
20 hashcl x Fin x 0
21 14 20 syl A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x 0
22 xrge0mulgnn0 x 0 B 0 +∞ x 𝑠 * 𝑠 0 +∞ B = x 𝑒 B
23 21 15 22 syl2anc A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x 𝑠 * 𝑠 0 +∞ B = x 𝑒 B
24 19 23 eqtrd A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin 𝑠 * 𝑠 0 +∞ k x B = x 𝑒 B
25 5 1 6 7 24 esumval A V B 0 +∞ * k A B = sup ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B * <
26 nn0ssre 0
27 ressxr *
28 26 27 sstri 0 *
29 pnfxr +∞ *
30 snssi +∞ * +∞ *
31 29 30 ax-mp +∞ *
32 28 31 unssi 0 +∞ *
33 hashf . : V 0 +∞
34 vex x V
35 ffvelrn . : V 0 +∞ x V x 0 +∞
36 33 34 35 mp2an x 0 +∞
37 32 36 sselii x *
38 37 a1i A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x *
39 iccssxr 0 +∞ *
40 simpr A V B 0 +∞ B 0 +∞
41 39 40 sseldi A V B 0 +∞ B *
42 41 adantr A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin B *
43 38 42 xmulcld A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x 𝑒 B *
44 43 fmpttd A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x 𝑒 B : 𝒫 A Fin *
45 44 frnd A V B 0 +∞ ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B *
46 hashxrcl A V A *
47 46 adantr A V B 0 +∞ A *
48 47 41 xmulcld A V B 0 +∞ A 𝑒 B *
49 vex y V
50 eqid x 𝒫 A Fin x 𝑒 B = x 𝒫 A Fin x 𝑒 B
51 50 elrnmpt y V y ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B x 𝒫 A Fin y = x 𝑒 B
52 49 51 ax-mp y ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B x 𝒫 A Fin y = x 𝑒 B
53 52 biimpi y ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B x 𝒫 A Fin y = x 𝑒 B
54 47 adantr A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin A *
55 0xr 0 *
56 55 a1i A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin 0 *
57 29 a1i A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin +∞ *
58 iccgelb 0 * +∞ * B 0 +∞ 0 B
59 56 57 15 58 syl3anc A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin 0 B
60 42 59 jca A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin B * 0 B
61 6 adantr A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin A V
62 inss1 𝒫 A Fin 𝒫 A
63 62 sseli x 𝒫 A Fin x 𝒫 A
64 elpwi x 𝒫 A x A
65 13 63 64 3syl A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x A
66 ssdomg A V x A x A
67 61 65 66 sylc A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x A
68 hashdomi x A x A
69 67 68 syl A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x A
70 xlemul1a x * A * B * 0 B x A x 𝑒 B A 𝑒 B
71 38 54 60 69 70 syl31anc A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x 𝑒 B A 𝑒 B
72 71 ralrimiva A V B 0 +∞ x 𝒫 A Fin x 𝑒 B A 𝑒 B
73 r19.29r x 𝒫 A Fin y = x 𝑒 B x 𝒫 A Fin x 𝑒 B A 𝑒 B x 𝒫 A Fin y = x 𝑒 B x 𝑒 B A 𝑒 B
74 53 72 73 syl2anr A V B 0 +∞ y ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B x 𝒫 A Fin y = x 𝑒 B x 𝑒 B A 𝑒 B
75 simpl y = x 𝑒 B x 𝑒 B A 𝑒 B y = x 𝑒 B
76 simpr y = x 𝑒 B x 𝑒 B A 𝑒 B x 𝑒 B A 𝑒 B
77 75 76 eqbrtrd y = x 𝑒 B x 𝑒 B A 𝑒 B y A 𝑒 B
78 77 rexlimivw x 𝒫 A Fin y = x 𝑒 B x 𝑒 B A 𝑒 B y A 𝑒 B
79 74 78 syl A V B 0 +∞ y ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y A 𝑒 B
80 79 ralrimiva A V B 0 +∞ y ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y A 𝑒 B
81 pwidg A Fin A 𝒫 A
82 81 ancri A Fin A 𝒫 A A Fin
83 elin A 𝒫 A Fin A 𝒫 A A Fin
84 82 83 sylibr A Fin A 𝒫 A Fin
85 eqid A 𝑒 B = A 𝑒 B
86 fveq2 x = A x = A
87 86 oveq1d x = A x 𝑒 B = A 𝑒 B
88 87 rspceeqv A 𝒫 A Fin A 𝑒 B = A 𝑒 B x 𝒫 A Fin A 𝑒 B = x 𝑒 B
89 85 88 mpan2 A 𝒫 A Fin x 𝒫 A Fin A 𝑒 B = x 𝑒 B
90 ovex A 𝑒 B V
91 50 elrnmpt A 𝑒 B V A 𝑒 B ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B x 𝒫 A Fin A 𝑒 B = x 𝑒 B
92 90 91 ax-mp A 𝑒 B ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B x 𝒫 A Fin A 𝑒 B = x 𝑒 B
93 89 92 sylibr A 𝒫 A Fin A 𝑒 B ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B
94 84 93 syl A Fin A 𝑒 B ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B
95 94 adantl A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B A Fin A 𝑒 B ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B
96 simplr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B A Fin y < A 𝑒 B
97 breq2 z = A 𝑒 B y < z y < A 𝑒 B
98 97 rspcev A 𝑒 B ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < A 𝑒 B z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
99 95 96 98 syl2anc A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B A Fin z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
100 0elpw 𝒫 A
101 0fin Fin
102 elin 𝒫 A Fin 𝒫 A Fin
103 100 101 102 mpbir2an 𝒫 A Fin
104 103 a1i A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 𝒫 A Fin
105 simpr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 B = 0
106 105 oveq2d A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 𝑒 B = 𝑒 0
107 hash0 = 0
108 107 55 eqeltri *
109 xmul01 * 𝑒 0 = 0
110 108 109 ax-mp 𝑒 0 = 0
111 106 110 eqtr2di A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 0 = 𝑒 B
112 fveq2 x = x =
113 112 oveq1d x = x 𝑒 B = 𝑒 B
114 113 rspceeqv 𝒫 A Fin 0 = 𝑒 B x 𝒫 A Fin 0 = x 𝑒 B
115 104 111 114 syl2anc A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 x 𝒫 A Fin 0 = x 𝑒 B
116 ovex x 𝑒 B V
117 50 116 elrnmpti 0 ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B x 𝒫 A Fin 0 = x 𝑒 B
118 115 117 sylibr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 0 ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B
119 simpllr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 y < A 𝑒 B
120 105 oveq2d A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 A 𝑒 B = A 𝑒 0
121 47 ad4antr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 A *
122 xmul01 A * A 𝑒 0 = 0
123 121 122 syl A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 A 𝑒 0 = 0
124 120 123 eqtrd A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 A 𝑒 B = 0
125 119 124 breqtrd A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 y < 0
126 breq2 z = 0 y < z y < 0
127 126 rspcev 0 ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < 0 z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
128 118 125 127 syl2anc A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
129 simplr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n a 𝒫 A
130 simpr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n a = n
131 simp-4r A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n n
132 130 131 eqeltrd A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n a
133 nnnn0 a a 0
134 vex a V
135 hashclb a V a Fin a 0
136 134 135 ax-mp a Fin a 0
137 133 136 sylibr a a Fin
138 132 137 syl A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n a Fin
139 129 138 elind A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n a 𝒫 A Fin
140 eqidd A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n a 𝑒 B = a 𝑒 B
141 fveq2 x = a x = a
142 141 oveq1d x = a x 𝑒 B = a 𝑒 B
143 142 rspceeqv a 𝒫 A Fin a 𝑒 B = a 𝑒 B x 𝒫 A Fin a 𝑒 B = x 𝑒 B
144 139 140 143 syl2anc A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n x 𝒫 A Fin a 𝑒 B = x 𝑒 B
145 50 116 elrnmpti a 𝑒 B ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B x 𝒫 A Fin a 𝑒 B = x 𝑒 B
146 144 145 sylibr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n a 𝑒 B ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B
147 simpllr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n y B < n
148 simp-8r A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n y
149 131 nnred A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n n
150 simp-5r A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n B +
151 148 149 150 ltdivmul2d A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n y B < n y < n B
152 147 151 mpbid A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n y < n B
153 130 oveq1d A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n a 𝑒 B = n 𝑒 B
154 150 rpred A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n B
155 rexmul n B n 𝑒 B = n B
156 149 154 155 syl2anc A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n n 𝑒 B = n B
157 153 156 eqtrd A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n a 𝑒 B = n B
158 152 157 breqtrrd A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n y < a 𝑒 B
159 breq2 z = a 𝑒 B y < z y < a 𝑒 B
160 159 rspcev a 𝑒 B ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < a 𝑒 B z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
161 146 158 160 syl2anc A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
162 161 rexlimdva2 A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
163 162 impr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
164 simp-4r A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + y
165 simpr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + B +
166 164 165 rerpdivcld A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + y B
167 arch y B n y B < n
168 166 167 syl A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n
169 ishashinf ¬ A Fin n a 𝒫 A a = n
170 169 ad2antlr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n a 𝒫 A a = n
171 r19.29r n y B < n n a 𝒫 A a = n n y B < n a 𝒫 A a = n
172 168 170 171 syl2anc A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + n y B < n a 𝒫 A a = n
173 163 172 r19.29a A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B + z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
174 nfielex ¬ A Fin l l A
175 174 adantr ¬ A Fin B = +∞ l l A
176 snelpwi l A l 𝒫 A
177 snfi l Fin
178 176 177 jctir l A l 𝒫 A l Fin
179 elin l 𝒫 A Fin l 𝒫 A l Fin
180 178 179 sylibr l A l 𝒫 A Fin
181 180 adantl ¬ A Fin B = +∞ l A l 𝒫 A Fin
182 simplr ¬ A Fin B = +∞ l A B = +∞
183 182 oveq2d ¬ A Fin B = +∞ l A l 𝑒 B = l 𝑒 +∞
184 hashsng l A l = 1
185 1re 1
186 27 185 sselii 1 *
187 184 186 eqeltrdi l A l *
188 0lt1 0 < 1
189 188 184 breqtrrid l A 0 < l
190 xmulpnf1 l * 0 < l l 𝑒 +∞ = +∞
191 187 189 190 syl2anc l A l 𝑒 +∞ = +∞
192 191 adantl ¬ A Fin B = +∞ l A l 𝑒 +∞ = +∞
193 183 192 eqtr2d ¬ A Fin B = +∞ l A +∞ = l 𝑒 B
194 fveq2 x = l x = l
195 194 oveq1d x = l x 𝑒 B = l 𝑒 B
196 195 rspceeqv l 𝒫 A Fin +∞ = l 𝑒 B x 𝒫 A Fin +∞ = x 𝑒 B
197 181 193 196 syl2anc ¬ A Fin B = +∞ l A x 𝒫 A Fin +∞ = x 𝑒 B
198 175 197 exlimddv ¬ A Fin B = +∞ x 𝒫 A Fin +∞ = x 𝑒 B
199 198 adantll A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = +∞ x 𝒫 A Fin +∞ = x 𝑒 B
200 50 116 elrnmpti +∞ ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B x 𝒫 A Fin +∞ = x 𝑒 B
201 199 200 sylibr A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = +∞ +∞ ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B
202 simp-4r A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = +∞ y
203 ltpnf y y < +∞
204 202 203 syl A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = +∞ y < +∞
205 breq2 z = +∞ y < z y < +∞
206 205 rspcev +∞ ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < +∞ z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
207 201 204 206 syl2anc A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = +∞ z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
208 simp-4r A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B 0 +∞
209 elxrge02 B 0 +∞ B = 0 B + B = +∞
210 208 209 sylib A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin B = 0 B + B = +∞
211 128 173 207 210 mpjao3dan A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B ¬ A Fin z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
212 99 211 pm2.61dan A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
213 212 ex A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
214 213 ralrimiva A V B 0 +∞ y y < A 𝑒 B z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z
215 supxr2 ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B * A 𝑒 B * y ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y A 𝑒 B y y < A 𝑒 B z ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B y < z sup ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B * < = A 𝑒 B
216 45 48 80 214 215 syl22anc A V B 0 +∞ sup ran x 𝒫 A Fin x 𝑒 B * < = A 𝑒 B
217 25 216 eqtrd A V B 0 +∞ * k A B = A 𝑒 B