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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 φAV
sge0iunmptlemre.b φxABW
sge0iunmptlemre.dj φDisjxAB
sge0iunmptlemre.c φxAkBC0+∞
sge0iunmptlemre.re φxAsum^kBC
sge0iunmptlemre.sxr φsum^kxABC*
sge0iunmptlemre.ssxr φsum^xAsum^kBC*
sge0iunmptlemre.f φkxABC:xAB0+∞
sge0iunmptlemre.iue φxABV
Assertion sge0iunmptlemre φsum^kxABC=sum^xAsum^kBC

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0iunmptlemre.a φAV
2 sge0iunmptlemre.b φxABW
3 sge0iunmptlemre.dj φDisjxAB
4 sge0iunmptlemre.c φxAkBC0+∞
5 sge0iunmptlemre.re φxAsum^kBC
6 sge0iunmptlemre.sxr φsum^kxABC*
7 sge0iunmptlemre.ssxr φsum^xAsum^kBC*
8 sge0iunmptlemre.f φkxABC:xAB0+∞
9 sge0iunmptlemre.iue φxABV
10 elpwinss y𝒫xABFinyxAB
11 10 resmptd y𝒫xABFinkxABCy=kyC
12 11 fveq2d y𝒫xABFinsum^kxABCy=sum^kyC
13 12 adantl φy𝒫xABFinsum^kxABCy=sum^kyC
14 elinel2 y𝒫xABFinyFin
15 14 adantl φy𝒫xABFinyFin
16 10 sselda y𝒫xABFinkykxAB
17 eliun kxABxAkB
18 16 17 sylib y𝒫xABFinkyxAkB
19 18 adantll φy𝒫xABFinkyxAkB
20 nfv xφ
21 nfcv _xy
22 nfiu1 _xxAB
23 22 nfpw _x𝒫xAB
24 nfcv _xFin
25 23 24 nfin _x𝒫xABFin
26 21 25 nfel xy𝒫xABFin
27 20 26 nfan xφy𝒫xABFin
28 nfv xky
29 27 28 nfan xφy𝒫xABFinky
30 nfv xC0+∞
31 simp3 φxAkBkB
32 eqid kBC=kBC
33 32 fvmpt2 kBC0+∞kBCk=C
34 31 4 33 syl2anc φxAkBkBCk=C
35 34 eqcomd φxAkBC=kBCk
36 4 3expa φxAkBC0+∞
37 36 32 fmptd φxAkBC:B0+∞
38 37 3adant3 φxAkBkBC:B0+∞
39 2 3adant3 φxAkBBW
40 5 3adant3 φxAkBsum^kBC
41 39 38 40 sge0rern φxAkB¬+∞rankBC
42 38 41 fge0iccico φxAkBkBC:B0+∞
43 42 31 ffvelcdmd φxAkBkBCk0+∞
44 35 43 eqeltrd φxAkBC0+∞
45 44 3exp φxAkBC0+∞
46 45 ad2antrr φy𝒫xABFinkyxAkBC0+∞
47 29 30 46 rexlimd φy𝒫xABFinkyxAkBC0+∞
48 19 47 mpd φy𝒫xABFinkyC0+∞
49 15 48 sge0fsummpt φy𝒫xABFinsum^kyC=kyC
50 sseqin2 yxABxABy=y
51 50 biimpi yxABxABy=y
52 51 eqcomd yxABy=xABy
53 iunin1 xABy=xABy
54 53 a1i yxABxABy=xABy
55 52 54 eqtr4d yxABy=xABy
56 10 55 syl y𝒫xABFiny=xABy
57 56 sumeq1d y𝒫xABFinkyC=kxAByC
58 57 adantl φy𝒫xABFinkyC=kxAByC
59 simpl φy𝒫xABFinφ
60 2 adantlr φyFinxABW
61 3 adantr φyFinDisjxAB
62 rge0ssre 0+∞
63 ax-resscn
64 62 63 sstri 0+∞
65 64 44 sselid φxAkBC
66 65 3adant1r φyFinxAkBC
67 simpr φyFinyFin
68 60 61 66 67 fsumiunss φyFinkxAByC=xxA|BykByC
69 59 15 68 syl2anc φy𝒫xABFinkxAByC=xxA|BykByC
70 58 69 eqtrd φy𝒫xABFinkyC=xxA|BykByC
71 13 49 70 3eqtrd φy𝒫xABFinsum^kxABCy=xxA|BykByC
72 60 61 67 disjinfi φyFinxA|ByFin
73 id yFinyFin
74 inss2 w/xByy
75 74 a1i yFinw/xByy
76 ssfi yFinw/xByyw/xByFin
77 73 75 76 syl2anc yFinw/xByFin
78 77 ad2antlr φyFinwxA|Byw/xByFin
79 simpll φwxA|Bykw/xByφ
80 elrabi wxA|BywA
81 80 ad2antlr φwxA|Bykw/xBywA
82 elinel1 kw/xBykw/xB
83 82 adantl φwxA|Bykw/xBykw/xB
84 nfv xwA
85 nfcv _xk
86 nfcsb1v _xw/xB
87 85 86 nfel xkw/xB
88 20 84 87 nf3an xφwAkw/xB
89 88 30 nfim xφwAkw/xBC0+∞
90 eleq1w x=wxAwA
91 csbeq1a x=wB=w/xB
92 91 eleq2d x=wkBkw/xB
93 90 92 3anbi23d x=wφxAkBφwAkw/xB
94 93 imbi1d x=wφxAkBC0+∞φwAkw/xBC0+∞
95 89 94 44 chvarfv φwAkw/xBC0+∞
96 79 81 83 95 syl3anc φwxA|Bykw/xByC0+∞
97 96 adantllr φyFinwxA|Bykw/xByC0+∞
98 78 97 fsumge0cl φyFinwxA|Bykw/xByC0+∞
99 72 98 sge0fsummpt φyFinsum^wxA|Bykw/xByC=wxA|Bykw/xByC
100 inss2 Byy
101 100 a1i yFinByy
102 ssfi yFinByyByFin
103 73 101 102 syl2anc yFinByFin
104 103 ad2antlr φyFinxxA|ByByFin
105 simpll φxxA|BykByφ
106 rabid xxA|ByxABy
107 106 biimpi xxA|ByxABy
108 107 simpld xxA|ByxA
109 108 ad2antlr φxxA|BykByxA
110 elinel1 kBykB
111 110 adantl φxxA|BykBykB
112 105 109 111 44 syl3anc φxxA|BykByC0+∞
113 112 adantllr φyFinxxA|BykByC0+∞
114 104 113 sge0fsummpt φyFinxxA|Bysum^kByC=kByC
115 114 mpteq2dva φyFinxxA|Bysum^kByC=xxA|BykByC
116 nfrab1 _xxA|By
117 nfcv _wxA|By
118 nfcv _wkByC
119 86 21 nfin _xw/xBy
120 nfcv _xC
121 119 120 nfsum _xkw/xByC
122 91 ineq1d x=wBy=w/xBy
123 122 sumeq1d x=wkByC=kw/xByC
124 116 117 118 121 123 cbvmptf xxA|BykByC=wxA|Bykw/xByC
125 124 a1i φyFinxxA|BykByC=wxA|Bykw/xByC
126 115 125 eqtr2d φyFinwxA|Bykw/xByC=xxA|Bysum^kByC
127 126 fveq2d φyFinsum^wxA|Bykw/xByC=sum^xxA|Bysum^kByC
128 127 eqcomd φyFinsum^xxA|Bysum^kByC=sum^wxA|Bykw/xByC
129 123 117 116 118 121 cbvsum xxA|BykByC=wxA|Bykw/xByC
130 129 a1i φyFinxxA|BykByC=wxA|Bykw/xByC
131 99 128 130 3eqtr4d φyFinsum^xxA|Bysum^kByC=xxA|BykByC
132 59 15 131 syl2anc φy𝒫xABFinsum^xxA|Bysum^kByC=xxA|BykByC
133 132 eqcomd φy𝒫xABFinxxA|BykByC=sum^xxA|Bysum^kByC
134 71 133 eqtrd φy𝒫xABFinsum^kxABCy=sum^xxA|Bysum^kByC
135 80 ssriv xA|ByA
136 135 a1i φxA|ByA
137 1 136 ssexd φxA|ByV
138 vex yV
139 138 inex2 w/xByV
140 139 a1i φwAw/xByV
141 icossicc 0+∞0+∞
142 simpll φwAkw/xByφ
143 simplr φwAkw/xBywA
144 82 adantl φwAkw/xBykw/xB
145 142 143 144 95 syl3anc φwAkw/xByC0+∞
146 141 145 sselid φwAkw/xByC0+∞
147 eqid kw/xByC=kw/xByC
148 146 147 fmptd φwAkw/xByC:w/xBy0+∞
149 140 148 sge0cl φwAsum^kw/xByC0+∞
150 80 149 sylan2 φwxA|Bysum^kw/xByC0+∞
151 nfcv _wsum^kByC
152 nfcv _xsum^
153 119 120 nfmpt _xkw/xByC
154 152 153 nffv _xsum^kw/xByC
155 122 mpteq1d x=wkByC=kw/xByC
156 155 fveq2d x=wsum^kByC=sum^kw/xByC
157 116 117 151 154 156 cbvmptf xxA|Bysum^kByC=wxA|Bysum^kw/xByC
158 150 157 fmptd φxxA|Bysum^kByC:xA|By0+∞
159 137 158 sge0xrcl φsum^xxA|Bysum^kByC*
160 159 adantr φy𝒫xABFinsum^xxA|Bysum^kByC*
161 eqid wAsum^kw/xByC=wAsum^kw/xByC
162 149 161 fmptd φwAsum^kw/xByC:A0+∞
163 1 162 sge0xrcl φsum^wAsum^kw/xByC*
164 163 adantr φy𝒫xABFinsum^wAsum^kw/xByC*
165 59 7 syl φy𝒫xABFinsum^xAsum^kBC*
166 157 fveq2i sum^xxA|Bysum^kByC=sum^wxA|Bysum^kw/xByC
167 166 a1i φsum^xxA|Bysum^kByC=sum^wxA|Bysum^kw/xByC
168 1 149 136 sge0lessmpt φsum^wxA|Bysum^kw/xByCsum^wAsum^kw/xByC
169 167 168 eqbrtrd φsum^xxA|Bysum^kByCsum^wAsum^kw/xByC
170 169 adantr φy𝒫xABFinsum^xxA|Bysum^kByCsum^wAsum^kw/xByC
171 151 154 156 cbvmpt xAsum^kByC=wAsum^kw/xByC
172 171 eqcomi wAsum^kw/xByC=xAsum^kByC
173 172 fveq2i sum^wAsum^kw/xByC=sum^xAsum^kByC
174 173 a1i φsum^wAsum^kw/xByC=sum^xAsum^kByC
175 138 inex2 ByV
176 175 a1i φxAByV
177 110 36 sylan2 φxAkByC0+∞
178 eqid kByC=kByC
179 177 178 fmptd φxAkByC:By0+∞
180 176 179 sge0cl φxAsum^kByC0+∞
181 2 37 sge0cl φxAsum^kBC0+∞
182 inss1 ByB
183 182 a1i φxAByB
184 2 36 183 sge0lessmpt φxAsum^kByCsum^kBC
185 20 1 180 181 184 sge0lempt φsum^xAsum^kByCsum^xAsum^kBC
186 174 185 eqbrtrd φsum^wAsum^kw/xByCsum^xAsum^kBC
187 186 adantr φy𝒫xABFinsum^wAsum^kw/xByCsum^xAsum^kBC
188 160 164 165 170 187 xrletrd φy𝒫xABFinsum^xxA|Bysum^kByCsum^xAsum^kBC
189 134 188 eqbrtrd φy𝒫xABFinsum^kxABCysum^xAsum^kBC
190 189 ralrimiva φy𝒫xABFinsum^kxABCysum^xAsum^kBC
191 9 8 7 sge0lefi φsum^kxABCsum^xAsum^kBCy𝒫xABFinsum^kxABCysum^xAsum^kBC
192 190 191 mpbird φsum^kxABCsum^xAsum^kBC
193 elpwinss y𝒫AFinyA
194 193 resmptd y𝒫AFinxAsum^kBCy=xysum^kBC
195 194 fveq2d y𝒫AFinsum^xAsum^kBCy=sum^xysum^kBC
196 195 adantl φy𝒫AFinsum^xAsum^kBCy=sum^xysum^kBC
197 elinel2 y𝒫AFinyFin
198 197 adantl φy𝒫AFinyFin
199 0xr 0*
200 199 a1i φy𝒫AFinxy0*
201 pnfxr +∞*
202 201 a1i φy𝒫AFinxy+∞*
203 simpll φy𝒫AFinxyφ
204 193 sselda y𝒫AFinxyxA
205 204 adantll φy𝒫AFinxyxA
206 203 205 2 syl2anc φy𝒫AFinxyBW
207 203 205 37 syl2anc φy𝒫AFinxykBC:B0+∞
208 206 207 sge0xrcl φy𝒫AFinxysum^kBC*
209 206 207 sge0ge0 φy𝒫AFinxy0sum^kBC
210 203 205 5 syl2anc φy𝒫AFinxysum^kBC
211 ltpnf sum^kBCsum^kBC<+∞
212 210 211 syl φy𝒫AFinxysum^kBC<+∞
213 200 202 208 209 212 elicod φy𝒫AFinxysum^kBC0+∞
214 198 213 sge0fsummpt φy𝒫AFinsum^xysum^kBC=xysum^kBC
215 196 214 eqtrd φy𝒫AFinsum^xAsum^kBCy=xysum^kBC
216 nfv kφy𝒫AFin
217 9 adantr φy𝒫AFinxABV
218 8 fvmptelcdm φkxABC0+∞
219 218 adantlr φy𝒫AFinkxABC0+∞
220 198 210 fsumrecl φy𝒫AFinxysum^kBC
221 220 rexrd φy𝒫AFinxysum^kBC*
222 nfv kφy𝒫AFinp+
223 iunss1 yAxyBxAB
224 193 223 syl y𝒫AFinxyBxAB
225 224 adantl φy𝒫AFinxyBxAB
226 217 225 ssexd φy𝒫AFinxyBV
227 226 adantr φy𝒫AFinp+xyBV
228 simpll φy𝒫AFinkxyBφ
229 225 sselda φy𝒫AFinkxyBkxAB
230 228 229 218 syl2anc φy𝒫AFinkxyBC0+∞
231 230 adantlr φy𝒫AFinp+kxyBC0+∞
232 simpr φy𝒫AFinp+p+
233 193 adantl φy𝒫AFinyA
234 3 adantr φy𝒫AFinDisjxAB
235 disjss1 yADisjxABDisjxyB
236 233 234 235 sylc φy𝒫AFinDisjxyB
237 203 3adant3 φy𝒫AFinxykBφ
238 205 3adant3 φy𝒫AFinxykBxA
239 simp3 φy𝒫AFinxykBkB
240 237 238 239 4 syl3anc φy𝒫AFinxykBC0+∞
241 198 206 236 240 210 sge0iunmptlemfi φy𝒫AFinsum^kxyBC=sum^xysum^kBC
242 214 220 eqeltrd φy𝒫AFinsum^xysum^kBC
243 241 242 eqeltrd φy𝒫AFinsum^kxyBC
244 243 adantr φy𝒫AFinp+sum^kxyBC
245 222 227 231 232 244 sge0ltfirpmpt φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+p
246 nfv bφy𝒫AFinp+
247 nfre1 bb𝒫xABFinxysum^kBCsum^kbC+𝑒p
248 223 sspwd yA𝒫xyB𝒫xAB
249 193 248 syl y𝒫AFin𝒫xyB𝒫xAB
250 249 adantr y𝒫AFinb𝒫xyBFin𝒫xyB𝒫xAB
251 elinel1 b𝒫xyBFinb𝒫xyB
252 251 adantl y𝒫AFinb𝒫xyBFinb𝒫xyB
253 250 252 sseldd y𝒫AFinb𝒫xyBFinb𝒫xAB
254 elinel2 b𝒫xyBFinbFin
255 254 adantl y𝒫AFinb𝒫xyBFinbFin
256 253 255 elind y𝒫AFinb𝒫xyBFinb𝒫xABFin
257 256 ad4ant24 φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinb𝒫xABFin
258 257 3adant3 φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+pb𝒫xABFin
259 221 ad2antrr φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinxysum^kBC*
260 259 3adant3 φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+pxysum^kBC*
261 nfv kφy𝒫AFinb𝒫xyBFin
262 226 adantr φy𝒫AFinb𝒫xyBFinxyBV
263 230 adantlr φy𝒫AFinb𝒫xyBFinkxyBC0+∞
264 243 adantr φy𝒫AFinb𝒫xyBFinsum^kxyBC
265 251 elpwid b𝒫xyBFinbxyB
266 265 adantl φy𝒫AFinb𝒫xyBFinbxyB
267 261 262 263 264 266 sge0ssrempt φy𝒫AFinb𝒫xyBFinsum^kbC
268 267 rexrd φy𝒫AFinb𝒫xyBFinsum^kbC*
269 268 adantlr φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kbC*
270 rpxr p+p*
271 270 ad2antlr φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinp*
272 269 271 xaddcld φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kbC+𝑒p*
273 272 3adant3 φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+psum^kbC+𝑒p*
274 simp3 φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+psum^kxyBC<sum^kbC+p
275 241 214 eqtr2d φy𝒫AFinxysum^kBC=sum^kxyBC
276 275 adantr φy𝒫AFinp+xysum^kBC=sum^kxyBC
277 276 3ad2ant1 φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+pxysum^kBC=sum^kxyBC
278 267 adantlr φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kbC
279 rpre p+p
280 279 ad2antlr φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinp
281 rexadd sum^kbCpsum^kbC+𝑒p=sum^kbC+p
282 278 280 281 syl2anc φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kbC+𝑒p=sum^kbC+p
283 282 3adant3 φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+psum^kbC+𝑒p=sum^kbC+p
284 277 283 breq12d φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+pxysum^kBC<sum^kbC+𝑒psum^kxyBC<sum^kbC+p
285 274 284 mpbird φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+pxysum^kBC<sum^kbC+𝑒p
286 260 273 285 xrltled φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+pxysum^kBCsum^kbC+𝑒p
287 rspe b𝒫xABFinxysum^kBCsum^kbC+𝑒pb𝒫xABFinxysum^kBCsum^kbC+𝑒p
288 258 286 287 syl2anc φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+pb𝒫xABFinxysum^kBCsum^kbC+𝑒p
289 288 3exp φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+pb𝒫xABFinxysum^kBCsum^kbC+𝑒p
290 246 247 289 rexlimd φy𝒫AFinp+b𝒫xyBFinsum^kxyBC<sum^kbC+pb𝒫xABFinxysum^kBCsum^kbC+𝑒p
291 245 290 mpd φy𝒫AFinp+b𝒫xABFinxysum^kBCsum^kbC+𝑒p
292 216 217 219 221 291 sge0gerpmpt φy𝒫AFinxysum^kBCsum^kxABC
293 215 292 eqbrtrd φy𝒫AFinsum^xAsum^kBCysum^kxABC
294 293 ralrimiva φy𝒫AFinsum^xAsum^kBCysum^kxABC
295 eqid xAsum^kBC=xAsum^kBC
296 181 295 fmptd φxAsum^kBC:A0+∞
297 1 296 6 sge0lefi φsum^xAsum^kBCsum^kxABCy𝒫AFinsum^xAsum^kBCysum^kxABC
298 294 297 mpbird φsum^xAsum^kBCsum^kxABC
299 6 7 192 298 xrletrid φsum^kxABC=sum^xAsum^kBC