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Theorem esumpcvgval

Description: The value of the extended sum when the corresponding series sum is convergent. (Contributed by Thierry Arnoux, 31-Jul-2017)

Ref Expression
Hypotheses esumpcvgval.1 φkA0+∞
esumpcvgval.2 k=lA=B
esumpcvgval.3 φnk=1nAdom
Assertion esumpcvgval φ*kA=kA

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 esumpcvgval.1 φkA0+∞
2 esumpcvgval.2 k=lA=B
3 esumpcvgval.3 φnk=1nAdom
4 xrltso <Or*
5 4 a1i φ<Or*
6 nnuz =1
7 1zzd φ1
8 eqcom k=ll=k
9 eqcom A=BB=A
10 2 8 9 3imtr3i l=kB=A
11 10 cbvmptv lB=kA
12 1 11 fmptd φlB:0+∞
13 12 ffvelcdmda φxlBx0+∞
14 elrege0 lBx0+∞lBx0lBx
15 14 simplbi lBx0+∞lBx
16 13 15 syl φxlBx
17 6 7 16 serfre φseq1+lB:
18 12 adantr φnlB:0+∞
19 simpr φnn
20 19 peano2nnd φnn+1
21 18 20 ffvelcdmd φnlBn+10+∞
22 elrege0 lBn+10+∞lBn+10lBn+1
23 22 simprbi lBn+10+∞0lBn+1
24 21 23 syl φn0lBn+1
25 17 ffvelcdmda φnseq1+lBn
26 22 simplbi lBn+10+∞lBn+1
27 21 26 syl φnlBn+1
28 25 27 addge01d φn0lBn+1seq1+lBnseq1+lBn+lBn+1
29 24 28 mpbid φnseq1+lBnseq1+lBn+lBn+1
30 19 6 eleqtrdi φnn1
31 seqp1 n1seq1+lBn+1=seq1+lBn+lBn+1
32 30 31 syl φnseq1+lBn+1=seq1+lBn+lBn+1
33 29 32 breqtrrd φnseq1+lBnseq1+lBn+1
34 simpr φkk
35 11 fvmpt2 kA0+∞lBk=A
36 34 1 35 syl2anc φklBk=A
37 rge0ssre 0+∞
38 37 1 sselid φkA
39 17 feqmptd φseq1+lB=nseq1+lBn
40 simpll φnk1nφ
41 elfznn k1nk
42 41 adantl φnk1nk
43 40 42 36 syl2anc φnk1nlBk=A
44 38 recnd φkA
45 40 42 44 syl2anc φnk1nA
46 43 30 45 fsumser φnk=1nA=seq1+lBn
47 46 eqcomd φnseq1+lBn=k=1nA
48 47 mpteq2dva φnseq1+lBn=nk=1nA
49 39 48 eqtr2d φnk=1nA=seq1+lB
50 49 3 eqeltrrd φseq1+lBdom
51 6 7 36 38 50 isumrecl φkA
52 1zzd φn1
53 fzfid φn1nFin
54 fzssuz 1n1
55 54 6 sseqtrri 1n
56 55 a1i φn1n
57 36 adantlr φnklBk=A
58 38 adantlr φnkA
59 1 adantlr φnkA0+∞
60 elrege0 A0+∞A0A
61 60 simprbi A0+∞0A
62 59 61 syl φnk0A
63 50 adantr φnseq1+lBdom
64 6 52 53 56 57 58 62 63 isumless φnk=1nAkA
65 46 64 eqbrtrrd φnseq1+lBnkA
66 65 ralrimiva φnseq1+lBnkA
67 brralrspcev kAnseq1+lBnkAsnseq1+lBns
68 51 66 67 syl2anc φsnseq1+lBns
69 6 7 17 33 68 climsup φseq1+lBsupranseq1+lB<
70 6 7 69 25 climrecl φsupranseq1+lB<
71 70 rexrd φsupranseq1+lB<*
72 eqid b𝒫FinkbA=b𝒫FinkbA
73 sumex kbAV
74 72 73 elrnmpti xranb𝒫FinkbAb𝒫Finx=kbA
75 ssnnssfz b𝒫Finmb1m
76 fzfid φb1m1mFin
77 elfznn k1mk
78 77 1 sylan2 φk1mA0+∞
79 60 simplbi A0+∞A
80 78 79 syl φk1mA
81 80 adantlr φb1mk1mA
82 78 61 syl φk1m0A
83 82 adantlr φb1mk1m0A
84 simpr φb1mb1m
85 76 81 83 84 fsumless φb1mkbAk=1mA
86 85 ex φb1mkbAk=1mA
87 86 reximdv φmb1mmkbAk=1mA
88 87 imp φmb1mmkbAk=1mA
89 75 88 sylan2 φb𝒫FinmkbAk=1mA
90 breq1 x=kbAxk=1mAkbAk=1mA
91 90 rexbidv x=kbAmxk=1mAmkbAk=1mA
92 89 91 syl5ibrcom φb𝒫Finx=kbAmxk=1mA
93 92 rexlimdva φb𝒫Finx=kbAmxk=1mA
94 93 imp φb𝒫Finx=kbAmxk=1mA
95 74 94 sylan2b φxranb𝒫FinkbAmxk=1mA
96 simpr φb𝒫Finx=kbAx=kbA
97 inss2 𝒫FinFin
98 simpr φb𝒫Finb𝒫Fin
99 97 98 sselid φb𝒫FinbFin
100 simpll φb𝒫Finkbφ
101 inss1 𝒫Fin𝒫
102 simplr φb𝒫Finkbb𝒫Fin
103 101 102 sselid φb𝒫Finkbb𝒫
104 103 elpwid φb𝒫Finkbb
105 simpr φb𝒫Finkbkb
106 104 105 sseldd φb𝒫Finkbk
107 100 106 1 syl2anc φb𝒫FinkbA0+∞
108 107 79 syl φb𝒫FinkbA
109 99 108 fsumrecl φb𝒫FinkbA
110 109 adantr φb𝒫Finx=kbAkbA
111 96 110 eqeltrd φb𝒫Finx=kbAx
112 111 r19.29an φb𝒫Finx=kbAx
113 74 112 sylan2b φxranb𝒫FinkbAx
114 113 adantr φxranb𝒫FinkbAmxk=1mAx
115 fzfid φ1mFin
116 115 80 fsumrecl φk=1mA
117 116 ad2antrr φxranb𝒫FinkbAmxk=1mAk=1mA
118 70 ad2antrr φxranb𝒫FinkbAmxk=1mAsupranseq1+lB<
119 simprr φxranb𝒫FinkbAmxk=1mAxk=1mA
120 17 frnd φranseq1+lB
121 120 ad2antrr φxranb𝒫FinkbAmxk=1mAranseq1+lB
122 1nn 1
123 122 ne0ii
124 dm0rn0 domseq1+lB=ranseq1+lB=
125 17 fdmd φdomseq1+lB=
126 125 eqeq1d φdomseq1+lB==
127 124 126 bitr3id φranseq1+lB==
128 127 necon3bid φranseq1+lB
129 123 128 mpbiri φranseq1+lB
130 129 ad2antrr φxranb𝒫FinkbAmxk=1mAranseq1+lB
131 1z 1
132 seqfn 1seq1+lBFn1
133 131 132 ax-mp seq1+lBFn1
134 6 fneq2i seq1+lBFnseq1+lBFn1
135 133 134 mpbir seq1+lBFn
136 dffn5 seq1+lBFnseq1+lB=nseq1+lBn
137 135 136 mpbi seq1+lB=nseq1+lBn
138 fvex seq1+lBnV
139 137 138 elrnmpti zranseq1+lBnz=seq1+lBn
140 r19.29 nseq1+lBnsnz=seq1+lBnnseq1+lBnsz=seq1+lBn
141 breq1 z=seq1+lBnzsseq1+lBns
142 141 biimparc seq1+lBnsz=seq1+lBnzs
143 142 rexlimivw nseq1+lBnsz=seq1+lBnzs
144 140 143 syl nseq1+lBnsnz=seq1+lBnzs
145 139 144 sylan2b nseq1+lBnszranseq1+lBzs
146 145 ralrimiva nseq1+lBnszranseq1+lBzs
147 146 reximi snseq1+lBnsszranseq1+lBzs
148 68 147 syl φszranseq1+lBzs
149 148 ad2antrr φxranb𝒫FinkbAmxk=1mAszranseq1+lBzs
150 simpr φmm
151 simpll φmk1mφ
152 77 adantl φmk1mk
153 151 152 36 syl2anc φmk1mlBk=A
154 150 6 eleqtrdi φmm1
155 151 152 1 syl2anc φmk1mA0+∞
156 155 79 syl φmk1mA
157 156 recnd φmk1mA
158 153 154 157 fsumser φmk=1mA=seq1+lBm
159 fveq2 n=mseq1+lBn=seq1+lBm
160 159 rspceeqv mk=1mA=seq1+lBmnk=1mA=seq1+lBn
161 150 158 160 syl2anc φmnk=1mA=seq1+lBn
162 137 138 elrnmpti k=1mAranseq1+lBnk=1mA=seq1+lBn
163 161 162 sylibr φmk=1mAranseq1+lB
164 163 ad2ant2r φxranb𝒫FinkbAmxk=1mAk=1mAranseq1+lB
165 suprub ranseq1+lBranseq1+lBszranseq1+lBzsk=1mAranseq1+lBk=1mAsupranseq1+lB<
166 121 130 149 164 165 syl31anc φxranb𝒫FinkbAmxk=1mAk=1mAsupranseq1+lB<
167 114 117 118 119 166 letrd φxranb𝒫FinkbAmxk=1mAxsupranseq1+lB<
168 95 167 rexlimddv φxranb𝒫FinkbAxsupranseq1+lB<
169 70 adantr φxranb𝒫FinkbAsupranseq1+lB<
170 113 169 lenltd φxranb𝒫FinkbAxsupranseq1+lB<¬supranseq1+lB<<x
171 168 170 mpbid φxranb𝒫FinkbA¬supranseq1+lB<<x
172 simpr1r φx*x<supranseq1+lB<0xx=+∞x<supranseq1+lB<
173 172 3anassrs φx*x<supranseq1+lB<0xx=+∞x<supranseq1+lB<
174 71 ad3antrrr φx*x<supranseq1+lB<0xx=+∞supranseq1+lB<*
175 pnfnlt supranseq1+lB<*¬+∞<supranseq1+lB<
176 174 175 syl φx*x<supranseq1+lB<0xx=+∞¬+∞<supranseq1+lB<
177 breq1 x=+∞x<supranseq1+lB<+∞<supranseq1+lB<
178 177 notbid x=+∞¬x<supranseq1+lB<¬+∞<supranseq1+lB<
179 178 adantl φx*x<supranseq1+lB<0xx=+∞¬x<supranseq1+lB<¬+∞<supranseq1+lB<
180 176 179 mpbird φx*x<supranseq1+lB<0xx=+∞¬x<supranseq1+lB<
181 173 180 pm2.21dd φx*x<supranseq1+lB<0xx=+∞yranb𝒫FinkbAx<y
182 simplll φx*x<supranseq1+lB<0xx<+∞φ
183 simpr1l φx*x<supranseq1+lB<0xx<+∞x*
184 183 3anassrs φx*x<supranseq1+lB<0xx<+∞x*
185 simplr φx*x<supranseq1+lB<0xx<+∞0x
186 simpr φx*x<supranseq1+lB<0xx<+∞x<+∞
187 0xr 0*
188 pnfxr +∞*
189 elico1 0*+∞*x0+∞x*0xx<+∞
190 187 188 189 mp2an x0+∞x*0xx<+∞
191 184 185 186 190 syl3anbrc φx*x<supranseq1+lB<0xx<+∞x0+∞
192 simpr1r φx*x<supranseq1+lB<0xx<+∞x<supranseq1+lB<
193 192 3anassrs φx*x<supranseq1+lB<0xx<+∞x<supranseq1+lB<
194 120 adantr φx0+∞x<supranseq1+lB<ranseq1+lB
195 129 adantr φx0+∞x<supranseq1+lB<ranseq1+lB
196 148 adantr φx0+∞x<supranseq1+lB<szranseq1+lBzs
197 194 195 196 3jca φx0+∞x<supranseq1+lB<ranseq1+lBranseq1+lBszranseq1+lBzs
198 simprl φx0+∞x<supranseq1+lB<x0+∞
199 37 198 sselid φx0+∞x<supranseq1+lB<x
200 simprr φx0+∞x<supranseq1+lB<x<supranseq1+lB<
201 suprlub ranseq1+lBranseq1+lBszranseq1+lBzsxx<supranseq1+lB<yranseq1+lBx<y
202 201 biimpa ranseq1+lBranseq1+lBszranseq1+lBzsxx<supranseq1+lB<yranseq1+lBx<y
203 197 199 200 202 syl21anc φx0+∞x<supranseq1+lB<yranseq1+lBx<y
204 41 ssriv 1n
205 ovex 1nV
206 205 elpw 1n𝒫1n
207 204 206 mpbir 1n𝒫
208 fzfi 1nFin
209 elin 1n𝒫Fin1n𝒫1nFin
210 207 208 209 mpbir2an 1n𝒫Fin
211 210 a1i φny=seq1+lBn1n𝒫Fin
212 simpr φny=seq1+lBny=seq1+lBn
213 46 adantr φny=seq1+lBnk=1nA=seq1+lBn
214 212 213 eqtr4d φny=seq1+lBny=k=1nA
215 sumeq1 b=1nkbA=k=1nA
216 215 rspceeqv 1n𝒫Finy=k=1nAb𝒫Finy=kbA
217 211 214 216 syl2anc φny=seq1+lBnb𝒫Finy=kbA
218 217 ex φny=seq1+lBnb𝒫Finy=kbA
219 218 rexlimdva φny=seq1+lBnb𝒫Finy=kbA
220 137 138 elrnmpti yranseq1+lBny=seq1+lBn
221 72 73 elrnmpti yranb𝒫FinkbAb𝒫Finy=kbA
222 219 220 221 3imtr4g φyranseq1+lByranb𝒫FinkbA
223 222 ssrdv φranseq1+lBranb𝒫FinkbA
224 ssrexv ranseq1+lBranb𝒫FinkbAyranseq1+lBx<yyranb𝒫FinkbAx<y
225 223 224 syl φyranseq1+lBx<yyranb𝒫FinkbAx<y
226 225 imp φyranseq1+lBx<yyranb𝒫FinkbAx<y
227 203 226 syldan φx0+∞x<supranseq1+lB<yranb𝒫FinkbAx<y
228 182 191 193 227 syl12anc φx*x<supranseq1+lB<0xx<+∞yranb𝒫FinkbAx<y
229 simplrl φx*x<supranseq1+lB<0xx*
230 xrlelttric +∞*x*+∞xx<+∞
231 188 230 mpan x*+∞xx<+∞
232 xgepnf x*+∞xx=+∞
233 232 orbi1d x*+∞xx<+∞x=+∞x<+∞
234 231 233 mpbid x*x=+∞x<+∞
235 229 234 syl φx*x<supranseq1+lB<0xx=+∞x<+∞
236 181 228 235 mpjaodan φx*x<supranseq1+lB<0xyranb𝒫FinkbAx<y
237 0elpw 𝒫
238 0fin Fin
239 elin 𝒫Fin𝒫Fin
240 237 238 239 mpbir2an 𝒫Fin
241 sum0 kA=0
242 241 eqcomi 0=kA
243 sumeq1 b=kbA=kA
244 243 rspceeqv 𝒫Fin0=kAb𝒫Fin0=kbA
245 240 242 244 mp2an b𝒫Fin0=kbA
246 72 73 elrnmpti 0ranb𝒫FinkbAb𝒫Fin0=kbA
247 245 246 mpbir 0ranb𝒫FinkbA
248 breq2 y=0x<yx<0
249 248 rspcev 0ranb𝒫FinkbAx<0yranb𝒫FinkbAx<y
250 247 249 mpan x<0yranb𝒫FinkbAx<y
251 250 adantl φx*x<supranseq1+lB<x<0yranb𝒫FinkbAx<y
252 xrlelttric 0*x*0xx<0
253 187 252 mpan x*0xx<0
254 253 ad2antrl φx*x<supranseq1+lB<0xx<0
255 236 251 254 mpjaodan φx*x<supranseq1+lB<yranb𝒫FinkbAx<y
256 5 71 171 255 eqsupd φsupranb𝒫FinkbA*<=supranseq1+lB<
257 nfv kφ
258 nfcv _k
259 nnex V
260 259 a1i φV
261 icossicc 0+∞0+∞
262 261 1 sselid φkA0+∞
263 elex b𝒫FinbV
264 263 adantl φb𝒫FinbV
265 107 fmpttd φb𝒫FinkbA:b0+∞
266 esumpfinvallem bVkbA:b0+∞fldkbA=𝑠*𝑠0+∞kbA
267 264 265 266 syl2anc φb𝒫FinfldkbA=𝑠*𝑠0+∞kbA
268 108 recnd φb𝒫FinkbA
269 99 268 gsumfsum φb𝒫FinfldkbA=kbA
270 267 269 eqtr3d φb𝒫Fin𝑠*𝑠0+∞kbA=kbA
271 257 258 260 262 270 esumval φ*kA=supranb𝒫FinkbA*<
272 6 7 36 44 69 isumclim φkA=supranseq1+lB<
273 256 271 272 3eqtr4d φ*kA=kA