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Theorem sge0iunmptlemre

Description: Sum of nonnegative extended reals over a disjoint indexed union. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses sge0iunmptlemre.a φ A V
sge0iunmptlemre.b φ x A B W
sge0iunmptlemre.dj φ Disj x A B
sge0iunmptlemre.c φ x A k B C 0 +∞
sge0iunmptlemre.re φ x A sum^ k B C
sge0iunmptlemre.sxr φ sum^ k x A B C *
sge0iunmptlemre.ssxr φ sum^ x A sum^ k B C *
sge0iunmptlemre.f φ k x A B C : x A B 0 +∞
sge0iunmptlemre.iue φ x A B V
Assertion sge0iunmptlemre φ sum^ k x A B C = sum^ x A sum^ k B C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0iunmptlemre.a φ A V
2 sge0iunmptlemre.b φ x A B W
3 sge0iunmptlemre.dj φ Disj x A B
4 sge0iunmptlemre.c φ x A k B C 0 +∞
5 sge0iunmptlemre.re φ x A sum^ k B C
6 sge0iunmptlemre.sxr φ sum^ k x A B C *
7 sge0iunmptlemre.ssxr φ sum^ x A sum^ k B C *
8 sge0iunmptlemre.f φ k x A B C : x A B 0 +∞
9 sge0iunmptlemre.iue φ x A B V
10 elpwinss y 𝒫 x A B Fin y x A B
11 10 resmptd y 𝒫 x A B Fin k x A B C y = k y C
12 11 fveq2d y 𝒫 x A B Fin sum^ k x A B C y = sum^ k y C
13 12 adantl φ y 𝒫 x A B Fin sum^ k x A B C y = sum^ k y C
14 elinel2 y 𝒫 x A B Fin y Fin
15 14 adantl φ y 𝒫 x A B Fin y Fin
16 10 sselda y 𝒫 x A B Fin k y k x A B
17 eliun k x A B x A k B
18 16 17 sylib y 𝒫 x A B Fin k y x A k B
19 18 adantll φ y 𝒫 x A B Fin k y x A k B
20 nfv x φ
21 nfcv _ x y
22 nfiu1 _ x x A B
23 22 nfpw _ x 𝒫 x A B
24 nfcv _ x Fin
25 23 24 nfin _ x 𝒫 x A B Fin
26 21 25 nfel x y 𝒫 x A B Fin
27 20 26 nfan x φ y 𝒫 x A B Fin
28 nfv x k y
29 27 28 nfan x φ y 𝒫 x A B Fin k y
30 nfv x C 0 +∞
31 simp3 φ x A k B k B
32 eqid k B C = k B C
33 32 fvmpt2 k B C 0 +∞ k B C k = C
34 31 4 33 syl2anc φ x A k B k B C k = C
35 34 eqcomd φ x A k B C = k B C k
36 4 3expa φ x A k B C 0 +∞
37 36 32 fmptd φ x A k B C : B 0 +∞
38 37 3adant3 φ x A k B k B C : B 0 +∞
39 2 3adant3 φ x A k B B W
40 5 3adant3 φ x A k B sum^ k B C
41 39 38 40 sge0rern φ x A k B ¬ +∞ ran k B C
42 38 41 fge0iccico φ x A k B k B C : B 0 +∞
43 42 31 ffvelrnd φ x A k B k B C k 0 +∞
44 35 43 eqeltrd φ x A k B C 0 +∞
45 44 3exp φ x A k B C 0 +∞
46 45 ad2antrr φ y 𝒫 x A B Fin k y x A k B C 0 +∞
47 29 30 46 rexlimd φ y 𝒫 x A B Fin k y x A k B C 0 +∞
48 19 47 mpd φ y 𝒫 x A B Fin k y C 0 +∞
49 15 48 sge0fsummpt φ y 𝒫 x A B Fin sum^ k y C = k y C
50 sseqin2 y x A B x A B y = y
51 50 biimpi y x A B x A B y = y
52 51 eqcomd y x A B y = x A B y
53 iunin1 x A B y = x A B y
54 53 a1i y x A B x A B y = x A B y
55 52 54 eqtr4d y x A B y = x A B y
56 10 55 syl y 𝒫 x A B Fin y = x A B y
57 56 sumeq1d y 𝒫 x A B Fin k y C = k x A B y C
58 57 adantl φ y 𝒫 x A B Fin k y C = k x A B y C
59 simpl φ y 𝒫 x A B Fin φ
60 2 adantlr φ y Fin x A B W
61 3 adantr φ y Fin Disj x A B
62 rge0ssre 0 +∞
63 ax-resscn
64 62 63 sstri 0 +∞
65 64 44 sselid φ x A k B C
66 65 3adant1r φ y Fin x A k B C
67 simpr φ y Fin y Fin
68 60 61 66 67 fsumiunss φ y Fin k x A B y C = x x A | B y k B y C
69 59 15 68 syl2anc φ y 𝒫 x A B Fin k x A B y C = x x A | B y k B y C
70 58 69 eqtrd φ y 𝒫 x A B Fin k y C = x x A | B y k B y C
71 13 49 70 3eqtrd φ y 𝒫 x A B Fin sum^ k x A B C y = x x A | B y k B y C
72 60 61 67 disjinfi φ y Fin x A | B y Fin
73 id y Fin y Fin
74 inss2 w / x B y y
75 74 a1i y Fin w / x B y y
76 ssfi y Fin w / x B y y w / x B y Fin
77 73 75 76 syl2anc y Fin w / x B y Fin
78 77 ad2antlr φ y Fin w x A | B y w / x B y Fin
79 simpll φ w x A | B y k w / x B y φ
80 elrabi w x A | B y w A
81 80 ad2antlr φ w x A | B y k w / x B y w A
82 elinel1 k w / x B y k w / x B
83 82 adantl φ w x A | B y k w / x B y k w / x B
84 nfv x w A
85 nfcv _ x k
86 nfcsb1v _ x w / x B
87 85 86 nfel x k w / x B
88 20 84 87 nf3an x φ w A k w / x B
89 88 30 nfim x φ w A k w / x B C 0 +∞
90 eleq1w x = w x A w A
91 csbeq1a x = w B = w / x B
92 91 eleq2d x = w k B k w / x B
93 90 92 3anbi23d x = w φ x A k B φ w A k w / x B
94 93 imbi1d x = w φ x A k B C 0 +∞ φ w A k w / x B C 0 +∞
95 89 94 44 chvarfv φ w A k w / x B C 0 +∞
96 79 81 83 95 syl3anc φ w x A | B y k w / x B y C 0 +∞
97 96 adantllr φ y Fin w x A | B y k w / x B y C 0 +∞
98 78 97 fsumge0cl φ y Fin w x A | B y k w / x B y C 0 +∞
99 72 98 sge0fsummpt φ y Fin sum^ w x A | B y k w / x B y C = w x A | B y k w / x B y C
100 inss2 B y y
101 100 a1i y Fin B y y
102 ssfi y Fin B y y B y Fin
103 73 101 102 syl2anc y Fin B y Fin
104 103 ad2antlr φ y Fin x x A | B y B y Fin
105 simpll φ x x A | B y k B y φ
106 rabid x x A | B y x A B y
107 106 biimpi x x A | B y x A B y
108 107 simpld x x A | B y x A
109 108 ad2antlr φ x x A | B y k B y x A
110 elinel1 k B y k B
111 110 adantl φ x x A | B y k B y k B
112 105 109 111 44 syl3anc φ x x A | B y k B y C 0 +∞
113 112 adantllr φ y Fin x x A | B y k B y C 0 +∞
114 104 113 sge0fsummpt φ y Fin x x A | B y sum^ k B y C = k B y C
115 114 mpteq2dva φ y Fin x x A | B y sum^ k B y C = x x A | B y k B y C
116 nfrab1 _ x x A | B y
117 nfcv _ w x A | B y
118 nfcv _ w k B y C
119 86 21 nfin _ x w / x B y
120 nfcv _ x C
121 119 120 nfsum _ x k w / x B y C
122 91 ineq1d x = w B y = w / x B y
123 122 sumeq1d x = w k B y C = k w / x B y C
124 116 117 118 121 123 cbvmptf x x A | B y k B y C = w x A | B y k w / x B y C
125 124 a1i φ y Fin x x A | B y k B y C = w x A | B y k w / x B y C
126 115 125 eqtr2d φ y Fin w x A | B y k w / x B y C = x x A | B y sum^ k B y C
127 126 fveq2d φ y Fin sum^ w x A | B y k w / x B y C = sum^ x x A | B y sum^ k B y C
128 127 eqcomd φ y Fin sum^ x x A | B y sum^ k B y C = sum^ w x A | B y k w / x B y C
129 123 117 116 118 121 cbvsum x x A | B y k B y C = w x A | B y k w / x B y C
130 129 a1i φ y Fin x x A | B y k B y C = w x A | B y k w / x B y C
131 99 128 130 3eqtr4d φ y Fin sum^ x x A | B y sum^ k B y C = x x A | B y k B y C
132 59 15 131 syl2anc φ y 𝒫 x A B Fin sum^ x x A | B y sum^ k B y C = x x A | B y k B y C
133 132 eqcomd φ y 𝒫 x A B Fin x x A | B y k B y C = sum^ x x A | B y sum^ k B y C
134 71 133 eqtrd φ y 𝒫 x A B Fin sum^ k x A B C y = sum^ x x A | B y sum^ k B y C
135 80 ssriv x A | B y A
136 135 a1i φ x A | B y A
137 1 136 ssexd φ x A | B y V
138 vex y V
139 138 inex2 w / x B y V
140 139 a1i φ w A w / x B y V
141 icossicc 0 +∞ 0 +∞
142 simpll φ w A k w / x B y φ
143 simplr φ w A k w / x B y w A
144 82 adantl φ w A k w / x B y k w / x B
145 142 143 144 95 syl3anc φ w A k w / x B y C 0 +∞
146 141 145 sselid φ w A k w / x B y C 0 +∞
147 eqid k w / x B y C = k w / x B y C
148 146 147 fmptd φ w A k w / x B y C : w / x B y 0 +∞
149 140 148 sge0cl φ w A sum^ k w / x B y C 0 +∞
150 80 149 sylan2 φ w x A | B y sum^ k w / x B y C 0 +∞
151 nfcv _ w sum^ k B y C
152 nfcv _ x sum^
153 119 120 nfmpt _ x k w / x B y C
154 152 153 nffv _ x sum^ k w / x B y C
155 122 mpteq1d x = w k B y C = k w / x B y C
156 155 fveq2d x = w sum^ k B y C = sum^ k w / x B y C
157 116 117 151 154 156 cbvmptf x x A | B y sum^ k B y C = w x A | B y sum^ k w / x B y C
158 150 157 fmptd φ x x A | B y sum^ k B y C : x A | B y 0 +∞
159 137 158 sge0xrcl φ sum^ x x A | B y sum^ k B y C *
160 159 adantr φ y 𝒫 x A B Fin sum^ x x A | B y sum^ k B y C *
161 eqid w A sum^ k w / x B y C = w A sum^ k w / x B y C
162 149 161 fmptd φ w A sum^ k w / x B y C : A 0 +∞
163 1 162 sge0xrcl φ sum^ w A sum^ k w / x B y C *
164 163 adantr φ y 𝒫 x A B Fin sum^ w A sum^ k w / x B y C *
165 59 7 syl φ y 𝒫 x A B Fin sum^ x A sum^ k B C *
166 157 fveq2i sum^ x x A | B y sum^ k B y C = sum^ w x A | B y sum^ k w / x B y C
167 166 a1i φ sum^ x x A | B y sum^ k B y C = sum^ w x A | B y sum^ k w / x B y C
168 1 149 136 sge0lessmpt φ sum^ w x A | B y sum^ k w / x B y C sum^ w A sum^ k w / x B y C
169 167 168 eqbrtrd φ sum^ x x A | B y sum^ k B y C sum^ w A sum^ k w / x B y C
170 169 adantr φ y 𝒫 x A B Fin sum^ x x A | B y sum^ k B y C sum^ w A sum^ k w / x B y C
171 151 154 156 cbvmpt x A sum^ k B y C = w A sum^ k w / x B y C
172 171 eqcomi w A sum^ k w / x B y C = x A sum^ k B y C
173 172 fveq2i sum^ w A sum^ k w / x B y C = sum^ x A sum^ k B y C
174 173 a1i φ sum^ w A sum^ k w / x B y C = sum^ x A sum^ k B y C
175 138 inex2 B y V
176 175 a1i φ x A B y V
177 110 36 sylan2 φ x A k B y C 0 +∞
178 eqid k B y C = k B y C
179 177 178 fmptd φ x A k B y C : B y 0 +∞
180 176 179 sge0cl φ x A sum^ k B y C 0 +∞
181 2 37 sge0cl φ x A sum^ k B C 0 +∞
182 inss1 B y B
183 182 a1i φ x A B y B
184 2 36 183 sge0lessmpt φ x A sum^ k B y C sum^ k B C
185 20 1 180 181 184 sge0lempt φ sum^ x A sum^ k B y C sum^ x A sum^ k B C
186 174 185 eqbrtrd φ sum^ w A sum^ k w / x B y C sum^ x A sum^ k B C
187 186 adantr φ y 𝒫 x A B Fin sum^ w A sum^ k w / x B y C sum^ x A sum^ k B C
188 160 164 165 170 187 xrletrd φ y 𝒫 x A B Fin sum^ x x A | B y sum^ k B y C sum^ x A sum^ k B C
189 134 188 eqbrtrd φ y 𝒫 x A B Fin sum^ k x A B C y sum^ x A sum^ k B C
190 189 ralrimiva φ y 𝒫 x A B Fin sum^ k x A B C y sum^ x A sum^ k B C
191 9 8 7 sge0lefi φ sum^ k x A B C sum^ x A sum^ k B C y 𝒫 x A B Fin sum^ k x A B C y sum^ x A sum^ k B C
192 190 191 mpbird φ sum^ k x A B C sum^ x A sum^ k B C
193 elpwinss y 𝒫 A Fin y A
194 193 resmptd y 𝒫 A Fin x A sum^ k B C y = x y sum^ k B C
195 194 fveq2d y 𝒫 A Fin sum^ x A sum^ k B C y = sum^ x y sum^ k B C
196 195 adantl φ y 𝒫 A Fin sum^ x A sum^ k B C y = sum^ x y sum^ k B C
197 elinel2 y 𝒫 A Fin y Fin
198 197 adantl φ y 𝒫 A Fin y Fin
199 0xr 0 *
200 199 a1i φ y 𝒫 A Fin x y 0 *
201 pnfxr +∞ *
202 201 a1i φ y 𝒫 A Fin x y +∞ *
203 simpll φ y 𝒫 A Fin x y φ
204 193 sselda y 𝒫 A Fin x y x A
205 204 adantll φ y 𝒫 A Fin x y x A
206 203 205 2 syl2anc φ y 𝒫 A Fin x y B W
207 203 205 37 syl2anc φ y 𝒫 A Fin x y k B C : B 0 +∞
208 206 207 sge0xrcl φ y 𝒫 A Fin x y sum^ k B C *
209 206 207 sge0ge0 φ y 𝒫 A Fin x y 0 sum^ k B C
210 203 205 5 syl2anc φ y 𝒫 A Fin x y sum^ k B C
211 ltpnf sum^ k B C sum^ k B C < +∞
212 210 211 syl φ y 𝒫 A Fin x y sum^ k B C < +∞
213 200 202 208 209 212 elicod φ y 𝒫 A Fin x y sum^ k B C 0 +∞
214 198 213 sge0fsummpt φ y 𝒫 A Fin sum^ x y sum^ k B C = x y sum^ k B C
215 196 214 eqtrd φ y 𝒫 A Fin sum^ x A sum^ k B C y = x y sum^ k B C
216 nfv k φ y 𝒫 A Fin
217 9 adantr φ y 𝒫 A Fin x A B V
218 8 fvmptelrn φ k x A B C 0 +∞
219 218 adantlr φ y 𝒫 A Fin k x A B C 0 +∞
220 198 210 fsumrecl φ y 𝒫 A Fin x y sum^ k B C
221 220 rexrd φ y 𝒫 A Fin x y sum^ k B C *
222 nfv k φ y 𝒫 A Fin p +
223 iunss1 y A x y B x A B
224 193 223 syl y 𝒫 A Fin x y B x A B
225 224 adantl φ y 𝒫 A Fin x y B x A B
226 217 225 ssexd φ y 𝒫 A Fin x y B V
227 226 adantr φ y 𝒫 A Fin p + x y B V
228 simpll φ y 𝒫 A Fin k x y B φ
229 225 sselda φ y 𝒫 A Fin k x y B k x A B
230 228 229 218 syl2anc φ y 𝒫 A Fin k x y B C 0 +∞
231 230 adantlr φ y 𝒫 A Fin p + k x y B C 0 +∞
232 simpr φ y 𝒫 A Fin p + p +
233 193 adantl φ y 𝒫 A Fin y A
234 3 adantr φ y 𝒫 A Fin Disj x A B
235 disjss1 y A Disj x A B Disj x y B
236 233 234 235 sylc φ y 𝒫 A Fin Disj x y B
237 203 3adant3 φ y 𝒫 A Fin x y k B φ
238 205 3adant3 φ y 𝒫 A Fin x y k B x A
239 simp3 φ y 𝒫 A Fin x y k B k B
240 237 238 239 4 syl3anc φ y 𝒫 A Fin x y k B C 0 +∞
241 198 206 236 240 210 sge0iunmptlemfi φ y 𝒫 A Fin sum^ k x y B C = sum^ x y sum^ k B C
242 214 220 eqeltrd φ y 𝒫 A Fin sum^ x y sum^ k B C
243 241 242 eqeltrd φ y 𝒫 A Fin sum^ k x y B C
244 243 adantr φ y 𝒫 A Fin p + sum^ k x y B C
245 222 227 231 232 244 sge0ltfirpmpt φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p
246 nfv b φ y 𝒫 A Fin p +
247 nfre1 b b 𝒫 x A B Fin x y sum^ k B C sum^ k b C + 𝑒 p
248 223 sspwd y A 𝒫 x y B 𝒫 x A B
249 193 248 syl y 𝒫 A Fin 𝒫 x y B 𝒫 x A B
250 249 adantr y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin 𝒫 x y B 𝒫 x A B
251 elinel1 b 𝒫 x y B Fin b 𝒫 x y B
252 251 adantl y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin b 𝒫 x y B
253 250 252 sseldd y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin b 𝒫 x A B
254 elinel2 b 𝒫 x y B Fin b Fin
255 254 adantl y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin b Fin
256 253 255 elind y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin b 𝒫 x A B Fin
257 256 ad4ant24 φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin b 𝒫 x A B Fin
258 257 3adant3 φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p b 𝒫 x A B Fin
259 221 ad2antrr φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin x y sum^ k B C *
260 259 3adant3 φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p x y sum^ k B C *
261 nfv k φ y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin
262 226 adantr φ y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin x y B V
263 230 adantlr φ y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin k x y B C 0 +∞
264 243 adantr φ y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C
265 251 elpwid b 𝒫 x y B Fin b x y B
266 265 adantl φ y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin b x y B
267 261 262 263 264 266 sge0ssrempt φ y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin sum^ k b C
268 267 rexrd φ y 𝒫 A Fin b 𝒫 x y B Fin sum^ k b C *
269 268 adantlr φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k b C *
270 rpxr p + p *
271 270 ad2antlr φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin p *
272 269 271 xaddcld φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k b C + 𝑒 p *
273 272 3adant3 φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p sum^ k b C + 𝑒 p *
274 simp3 φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p sum^ k x y B C < sum^ k b C + p
275 241 214 eqtr2d φ y 𝒫 A Fin x y sum^ k B C = sum^ k x y B C
276 275 adantr φ y 𝒫 A Fin p + x y sum^ k B C = sum^ k x y B C
277 276 3ad2ant1 φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p x y sum^ k B C = sum^ k x y B C
278 267 adantlr φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k b C
279 rpre p + p
280 279 ad2antlr φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin p
281 rexadd sum^ k b C p sum^ k b C + 𝑒 p = sum^ k b C + p
282 278 280 281 syl2anc φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k b C + 𝑒 p = sum^ k b C + p
283 282 3adant3 φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p sum^ k b C + 𝑒 p = sum^ k b C + p
284 277 283 breq12d φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p x y sum^ k B C < sum^ k b C + 𝑒 p sum^ k x y B C < sum^ k b C + p
285 274 284 mpbird φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p x y sum^ k B C < sum^ k b C + 𝑒 p
286 260 273 285 xrltled φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p x y sum^ k B C sum^ k b C + 𝑒 p
287 rspe b 𝒫 x A B Fin x y sum^ k B C sum^ k b C + 𝑒 p b 𝒫 x A B Fin x y sum^ k B C sum^ k b C + 𝑒 p
288 258 286 287 syl2anc φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p b 𝒫 x A B Fin x y sum^ k B C sum^ k b C + 𝑒 p
289 288 3exp φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p b 𝒫 x A B Fin x y sum^ k B C sum^ k b C + 𝑒 p
290 246 247 289 rexlimd φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x y B Fin sum^ k x y B C < sum^ k b C + p b 𝒫 x A B Fin x y sum^ k B C sum^ k b C + 𝑒 p
291 245 290 mpd φ y 𝒫 A Fin p + b 𝒫 x A B Fin x y sum^ k B C sum^ k b C + 𝑒 p
292 216 217 219 221 291 sge0gerpmpt φ y 𝒫 A Fin x y sum^ k B C sum^ k x A B C
293 215 292 eqbrtrd φ y 𝒫 A Fin sum^ x A sum^ k B C y sum^ k x A B C
294 293 ralrimiva φ y 𝒫 A Fin sum^ x A sum^ k B C y sum^ k x A B C
295 eqid x A sum^ k B C = x A sum^ k B C
296 181 295 fmptd φ x A sum^ k B C : A 0 +∞
297 1 296 6 sge0lefi φ sum^ x A sum^ k B C sum^ k x A B C y 𝒫 A Fin sum^ x A sum^ k B C y sum^ k x A B C
298 294 297 mpbird φ sum^ x A sum^ k B C sum^ k x A B C
299 6 7 192 298 xrletrid φ sum^ k x A B C = sum^ x A sum^ k B C