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Theorem sge0f1o

Description: Re-index a nonnegative extended sum using a bijection. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses sge0f1o.1 k φ
sge0f1o.2 n φ
sge0f1o.3 k = G B = D
sge0f1o.4 φ C V
sge0f1o.5 φ F : C 1-1 onto A
sge0f1o.6 φ n C F n = G
sge0f1o.7 φ k A B 0 +∞
Assertion sge0f1o φ sum^ k A B = sum^ n C D

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0f1o.1 k φ
2 sge0f1o.2 n φ
3 sge0f1o.3 k = G B = D
4 sge0f1o.4 φ C V
5 sge0f1o.5 φ F : C 1-1 onto A
6 sge0f1o.6 φ n C F n = G
7 sge0f1o.7 φ k A B 0 +∞
8 f1ofo F : C 1-1 onto A F : C onto A
9 5 8 syl φ F : C onto A
10 fornex C V F : C onto A A V
11 4 9 10 sylc φ A V
12 11 adantr φ +∞ ran n C D A V
13 eqid k A B = k A B
14 1 7 13 fmptdf φ k A B : A 0 +∞
15 14 adantr φ +∞ ran n C D k A B : A 0 +∞
16 pnfex +∞ V
17 eqid n C D = n C D
18 17 elrnmpt +∞ V +∞ ran n C D n C +∞ = D
19 16 18 ax-mp +∞ ran n C D n C +∞ = D
20 19 biimpi +∞ ran n C D n C +∞ = D
21 20 adantl φ +∞ ran n C D n C +∞ = D
22 nfv n +∞ ran k A B
23 simp3 φ n C +∞ = D +∞ = D
24 f1of F : C 1-1 onto A F : C A
25 5 24 syl φ F : C A
26 25 ffvelrnda φ n C F n A
27 nfcv _ k F n
28 nfv k F n = G
29 27 nfcsb1 _ k F n / k B
30 nfcv _ k D
31 29 30 nfeq k F n / k B = D
32 28 31 nfim k F n = G F n / k B = D
33 eqeq1 k = F n k = G F n = G
34 csbeq1a k = F n B = F n / k B
35 34 eqeq1d k = F n B = D F n / k B = D
36 33 35 imbi12d k = F n k = G B = D F n = G F n / k B = D
37 27 32 36 3 vtoclgf F n A F n = G F n / k B = D
38 26 6 37 sylc φ n C F n / k B = D
39 38 eqcomd φ n C D = F n / k B
40 39 3adant3 φ n C +∞ = D D = F n / k B
41 23 40 eqtrd φ n C +∞ = D +∞ = F n / k B
42 simpl φ n C φ
43 42 26 jca φ n C φ F n A
44 nfv k F n A
45 1 44 nfan k φ F n A
46 29 nfel1 k F n / k B 0 +∞
47 45 46 nfim k φ F n A F n / k B 0 +∞
48 eleq1 k = F n k A F n A
49 48 anbi2d k = F n φ k A φ F n A
50 34 eleq1d k = F n B 0 +∞ F n / k B 0 +∞
51 49 50 imbi12d k = F n φ k A B 0 +∞ φ F n A F n / k B 0 +∞
52 27 47 51 7 vtoclgf F n A φ F n A F n / k B 0 +∞
53 26 43 52 sylc φ n C F n / k B 0 +∞
54 29 13 34 elrnmpt1sf F n A F n / k B 0 +∞ F n / k B ran k A B
55 26 53 54 syl2anc φ n C F n / k B ran k A B
56 55 3adant3 φ n C +∞ = D F n / k B ran k A B
57 41 56 eqeltrd φ n C +∞ = D +∞ ran k A B
58 57 3exp φ n C +∞ = D +∞ ran k A B
59 2 22 58 rexlimd φ n C +∞ = D +∞ ran k A B
60 59 adantr φ +∞ ran n C D n C +∞ = D +∞ ran k A B
61 21 60 mpd φ +∞ ran n C D +∞ ran k A B
62 12 15 61 sge0pnfval φ +∞ ran n C D sum^ k A B = +∞
63 4 adantr φ +∞ ran n C D C V
64 39 53 eqeltrd φ n C D 0 +∞
65 2 64 17 fmptdf φ n C D : C 0 +∞
66 65 adantr φ +∞ ran n C D n C D : C 0 +∞
67 simpr φ +∞ ran n C D +∞ ran n C D
68 63 66 67 sge0pnfval φ +∞ ran n C D sum^ n C D = +∞
69 62 68 eqtr4d φ +∞ ran n C D sum^ k A B = sum^ n C D
70 sumex k y B V
71 70 a1i φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin k y B V
72 cnvimass F -1 y dom F
73 72 25 fssdm φ F -1 y C
74 25 4 fexd φ F V
75 cnvexg F V F -1 V
76 74 75 syl φ F -1 V
77 imaexg F -1 V F -1 y V
78 76 77 syl φ F -1 y V
79 elpwg F -1 y V F -1 y 𝒫 C F -1 y C
80 78 79 syl φ F -1 y 𝒫 C F -1 y C
81 73 80 mpbird φ F -1 y 𝒫 C
82 81 adantr φ y 𝒫 A Fin F -1 y 𝒫 C
83 f1ocnv F : C 1-1 onto A F -1 : A 1-1 onto C
84 5 83 syl φ F -1 : A 1-1 onto C
85 f1ofun F -1 : A 1-1 onto C Fun F -1
86 84 85 syl φ Fun F -1
87 86 adantr φ y 𝒫 A Fin Fun F -1
88 elinel2 y 𝒫 A Fin y Fin
89 88 adantl φ y 𝒫 A Fin y Fin
90 imafi Fun F -1 y Fin F -1 y Fin
91 87 89 90 syl2anc φ y 𝒫 A Fin F -1 y Fin
92 82 91 elind φ y 𝒫 A Fin F -1 y 𝒫 C Fin
93 92 adantlr φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin F -1 y 𝒫 C Fin
94 nfv k ¬ +∞ ran n C D
95 1 94 nfan k φ ¬ +∞ ran n C D
96 nfv k y 𝒫 A Fin
97 95 96 nfan k φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin
98 nfcv _ n +∞
99 nfmpt1 _ n n C D
100 99 nfrn _ n ran n C D
101 98 100 nfel n +∞ ran n C D
102 101 nfn n ¬ +∞ ran n C D
103 2 102 nfan n φ ¬ +∞ ran n C D
104 nfv n y 𝒫 A Fin
105 103 104 nfan n φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin
106 91 adantlr φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin F -1 y Fin
107 f1of1 F : C 1-1 onto A F : C 1-1 A
108 5 107 syl φ F : C 1-1 A
109 108 adantr φ y 𝒫 A Fin F : C 1-1 A
110 80 adantr φ y 𝒫 A Fin F -1 y 𝒫 C F -1 y C
111 82 110 mpbid φ y 𝒫 A Fin F -1 y C
112 f1ores F : C 1-1 A F -1 y C F F -1 y : F -1 y 1-1 onto F F -1 y
113 109 111 112 syl2anc φ y 𝒫 A Fin F F -1 y : F -1 y 1-1 onto F F -1 y
114 9 adantr φ y 𝒫 A Fin F : C onto A
115 elpwinss y 𝒫 A Fin y A
116 115 adantl φ y 𝒫 A Fin y A
117 foimacnv F : C onto A y A F F -1 y = y
118 114 116 117 syl2anc φ y 𝒫 A Fin F F -1 y = y
119 118 f1oeq3d φ y 𝒫 A Fin F F -1 y : F -1 y 1-1 onto F F -1 y F F -1 y : F -1 y 1-1 onto y
120 113 119 mpbid φ y 𝒫 A Fin F F -1 y : F -1 y 1-1 onto y
121 120 adantlr φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin F F -1 y : F -1 y 1-1 onto y
122 78 ad2antrr φ y 𝒫 A Fin n F -1 y F -1 y V
123 simpll φ y 𝒫 A Fin n F -1 y φ
124 92 adantr φ y 𝒫 A Fin n F -1 y F -1 y 𝒫 C Fin
125 simpr φ y 𝒫 A Fin n F -1 y n F -1 y
126 123 124 125 jca31 φ y 𝒫 A Fin n F -1 y φ F -1 y 𝒫 C Fin n F -1 y
127 eleq1 x = F -1 y x 𝒫 C Fin F -1 y 𝒫 C Fin
128 127 anbi2d x = F -1 y φ x 𝒫 C Fin φ F -1 y 𝒫 C Fin
129 eleq2 x = F -1 y n x n F -1 y
130 128 129 anbi12d x = F -1 y φ x 𝒫 C Fin n x φ F -1 y 𝒫 C Fin n F -1 y
131 reseq2 x = F -1 y F x = F F -1 y
132 131 fveq1d x = F -1 y F x n = F F -1 y n
133 132 eqeq1d x = F -1 y F x n = G F F -1 y n = G
134 130 133 imbi12d x = F -1 y φ x 𝒫 C Fin n x F x n = G φ F -1 y 𝒫 C Fin n F -1 y F F -1 y n = G
135 fvres n x F x n = F n
136 135 adantl φ x 𝒫 C Fin n x F x n = F n
137 simpll φ x 𝒫 C Fin n x φ
138 elpwinss x 𝒫 C Fin x C
139 138 adantl φ x 𝒫 C Fin x C
140 139 sselda φ x 𝒫 C Fin n x n C
141 137 140 6 syl2anc φ x 𝒫 C Fin n x F n = G
142 136 141 eqtrd φ x 𝒫 C Fin n x F x n = G
143 134 142 vtoclg F -1 y V φ F -1 y 𝒫 C Fin n F -1 y F F -1 y n = G
144 122 126 143 sylc φ y 𝒫 A Fin n F -1 y F F -1 y n = G
145 144 adantllr φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin n F -1 y F F -1 y n = G
146 78 ad3antrrr φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin k y F -1 y V
147 simpll φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin k y φ ¬ +∞ ran n C D
148 81 ad3antrrr φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin k y F -1 y 𝒫 C
149 106 adantr φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin k y F -1 y Fin
150 148 149 elind φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin k y F -1 y 𝒫 C Fin
151 simpr φ y 𝒫 A Fin k y k y
152 118 eqcomd φ y 𝒫 A Fin y = F F -1 y
153 152 adantr φ y 𝒫 A Fin k y y = F F -1 y
154 151 153 eleqtrd φ y 𝒫 A Fin k y k F F -1 y
155 154 adantllr φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin k y k F F -1 y
156 147 150 155 jca31 φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin k y φ ¬ +∞ ran n C D F -1 y 𝒫 C Fin k F F -1 y
157 127 anbi2d x = F -1 y φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin φ ¬ +∞ ran n C D F -1 y 𝒫 C Fin
158 imaeq2 x = F -1 y F x = F F -1 y
159 158 eleq2d x = F -1 y k F x k F F -1 y
160 157 159 anbi12d x = F -1 y φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin k F x φ ¬ +∞ ran n C D F -1 y 𝒫 C Fin k F F -1 y
161 160 imbi1d x = F -1 y φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin k F x B φ ¬ +∞ ran n C D F -1 y 𝒫 C Fin k F F -1 y B
162 rge0ssre 0 +∞
163 ax-resscn
164 162 163 sstri 0 +∞
165 simplll φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin k F x φ
166 simpllr φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin k F x ¬ +∞ ran n C D
167 fimass F : C A F x A
168 25 167 syl φ F x A
169 168 ad2antrr φ x 𝒫 C Fin k F x F x A
170 simpr φ x 𝒫 C Fin k F x k F x
171 169 170 sseldd φ x 𝒫 C Fin k F x k A
172 171 adantllr φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin k F x k A
173 foelrni F : C onto A k A n C F n = k
174 9 173 sylan φ k A n C F n = k
175 174 adantlr φ ¬ +∞ ran n C D k A n C F n = k
176 nfv n k A
177 103 176 nfan n φ ¬ +∞ ran n C D k A
178 nfv n B 0 +∞
179 csbid k / k B = B
180 179 eqcomi B = k / k B
181 180 a1i φ n C F n = k B = k / k B
182 id F n = k F n = k
183 182 eqcomd F n = k k = F n
184 183 csbeq1d F n = k k / k B = F n / k B
185 184 3ad2ant3 φ n C F n = k k / k B = F n / k B
186 38 idi φ n C F n / k B = D
187 186 3adant3 φ n C F n = k F n / k B = D
188 181 185 187 3eqtrd φ n C F n = k B = D
189 188 3adant1r φ ¬ +∞ ran n C D n C F n = k B = D
190 0xr 0 *
191 190 a1i φ n C ¬ D 0 +∞ 0 *
192 pnfxr +∞ *
193 192 a1i φ n C ¬ D 0 +∞ +∞ *
194 64 adantr φ n C ¬ D 0 +∞ D 0 +∞
195 simpr φ n C ¬ D 0 +∞ ¬ D 0 +∞
196 191 193 194 195 eliccnelico φ n C ¬ D 0 +∞ D = +∞
197 196 eqcomd φ n C ¬ D 0 +∞ +∞ = D
198 simpr φ n C n C
199 64 idi φ n C D 0 +∞
200 17 elrnmpt1 n C D 0 +∞ D ran n C D
201 198 199 200 syl2anc φ n C D ran n C D
202 201 adantr φ n C ¬ D 0 +∞ D ran n C D
203 197 202 eqeltrd φ n C ¬ D 0 +∞ +∞ ran n C D
204 203 adantllr φ ¬ +∞ ran n C D n C ¬ D 0 +∞ +∞ ran n C D
205 simpllr φ ¬ +∞ ran n C D n C ¬ D 0 +∞ ¬ +∞ ran n C D
206 204 205 condan φ ¬ +∞ ran n C D n C D 0 +∞
207 206 3adant3 φ ¬ +∞ ran n C D n C F n = k D 0 +∞
208 189 207 eqeltrd φ ¬ +∞ ran n C D n C F n = k B 0 +∞
209 208 3exp φ ¬ +∞ ran n C D n C F n = k B 0 +∞
210 209 adantr φ ¬ +∞ ran n C D k A n C F n = k B 0 +∞
211 177 178 210 rexlimd φ ¬ +∞ ran n C D k A n C F n = k B 0 +∞
212 175 211 mpd φ ¬ +∞ ran n C D k A B 0 +∞
213 165 166 172 212 syl21anc φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin k F x B 0 +∞
214 164 213 sselid φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin k F x B
215 214 idi φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin k F x B
216 161 215 vtoclg F -1 y V φ ¬ +∞ ran n C D F -1 y 𝒫 C Fin k F F -1 y B
217 146 156 216 sylc φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin k y B
218 97 105 3 106 121 145 217 fsumf1of φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin k y B = n F -1 y D
219 sumeq1 x = F -1 y n x D = n F -1 y D
220 219 rspceeqv F -1 y 𝒫 C Fin k y B = n F -1 y D x 𝒫 C Fin k y B = n x D
221 93 218 220 syl2anc φ ¬ +∞ ran n C D y 𝒫 A Fin x 𝒫 C Fin k y B = n x D
222 71 221 rnmptssrn φ ¬ +∞ ran n C D ran y 𝒫 A Fin k y B ran x 𝒫 C Fin n x D
223 sumex n x D V
224 223 a1i φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin n x D V
225 11 168 ssexd φ F x V
226 elpwg F x V F x 𝒫 A F x A
227 225 226 syl φ F x 𝒫 A F x A
228 168 227 mpbird φ F x 𝒫 A
229 228 adantr φ x 𝒫 C Fin F x 𝒫 A
230 25 ffund φ Fun F
231 230 adantr φ x 𝒫 C Fin Fun F
232 elinel2 x 𝒫 C Fin x Fin
233 232 adantl φ x 𝒫 C Fin x Fin
234 imafi Fun F x Fin F x Fin
235 231 233 234 syl2anc φ x 𝒫 C Fin F x Fin
236 229 235 elind φ x 𝒫 C Fin F x 𝒫 A Fin
237 236 adantlr φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin F x 𝒫 A Fin
238 nfv k x 𝒫 C Fin
239 95 238 nfan k φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin
240 nfv n x 𝒫 C Fin
241 103 240 nfan n φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin
242 232 adantl φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin x Fin
243 108 adantr φ x 𝒫 C Fin F : C 1-1 A
244 f1ores F : C 1-1 A x C F x : x 1-1 onto F x
245 243 139 244 syl2anc φ x 𝒫 C Fin F x : x 1-1 onto F x
246 245 adantlr φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin F x : x 1-1 onto F x
247 142 adantllr φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin n x F x n = G
248 239 241 3 242 246 247 214 fsumf1of φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin k F x B = n x D
249 248 eqcomd φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin n x D = k F x B
250 sumeq1 y = F x k y B = k F x B
251 250 rspceeqv F x 𝒫 A Fin n x D = k F x B y 𝒫 A Fin n x D = k y B
252 237 249 251 syl2anc φ ¬ +∞ ran n C D x 𝒫 C Fin y 𝒫 A Fin n x D = k y B
253 224 252 rnmptssrn φ ¬ +∞ ran n C D ran x 𝒫 C Fin n x D ran y 𝒫 A Fin k y B
254 222 253 eqssd φ ¬ +∞ ran n C D ran y 𝒫 A Fin k y B = ran x 𝒫 C Fin n x D
255 254 supeq1d φ ¬ +∞ ran n C D sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < = sup ran x 𝒫 C Fin n x D * <
256 11 adantr φ ¬ +∞ ran n C D A V
257 95 256 212 sge0revalmpt φ ¬ +∞ ran n C D sum^ k A B = sup ran y 𝒫 A Fin k y B * <
258 4 adantr φ ¬ +∞ ran n C D C V
259 103 258 206 sge0revalmpt φ ¬ +∞ ran n C D sum^ n C D = sup ran x 𝒫 C Fin n x D * <
260 255 257 259 3eqtr4d φ ¬ +∞ ran n C D sum^ k A B = sum^ n C D
261 69 260 pm2.61dan φ sum^ k A B = sum^ n C D