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Theorem sge0ltfirp

Description: If the sum of nonnegative extended reals is real, then it can be approximated from below by finite subsums. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses sge0ltfirp.x ⊢ φ → X ∈ V
sge0ltfirp.f ⊢ φ → F : X ⟶ 0 +∞
sge0ltfirp.y ⊢ φ → Y ∈ ℝ +
sge0ltfirp.re ⊢ φ → sum^ ⁡ F ∈ ℝ
Assertion sge0ltfirp ⊢ φ → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0ltfirp.x ⊢ φ → X ∈ V
2 sge0ltfirp.f ⊢ φ → F : X ⟶ 0 +∞
3 sge0ltfirp.y ⊢ φ → Y ∈ ℝ +
4 sge0ltfirp.re ⊢ φ → sum^ ⁡ F ∈ ℝ
5 1 2 4 sge0rern ⊢ φ → ¬ +∞ ∈ ran ⁡ F
6 2 5 fge0iccico ⊢ φ → F : X ⟶ 0 +∞
7 6 sge0rnre ⊢ φ → ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ⊆ ℝ
8 sge0rnn0 ⊢ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ≠ ∅
9 8 a1i ⊢ φ → ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ≠ ∅
10 1 2 4 sge0rnbnd ⊢ φ → ∃ z ∈ ℝ ∀ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y w ≤ z
11 7 9 10 3 suprltrp ⊢ φ → ∃ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w
12 nfv ⊢ Ⅎ w φ
13 nfv ⊢ Ⅎ w ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y
14 simp1 ⊢ φ ∧ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → φ
15 vex ⊢ w ∈ V
16 eqid ⊢ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y = x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y
17 16 elrnmpt ⊢ w ∈ V → w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ↔ ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin w = ∑ y ∈ x F ⁡ y
18 15 17 ax-mp ⊢ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ↔ ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin w = ∑ y ∈ x F ⁡ y
19 18 birani ⊢ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin w = ∑ y ∈ x F ⁡ y
20 nfmpt1 ⊢ Ⅎ _ x x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y
21 20 nfrn ⊢ Ⅎ _ x ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y
22 nfcv ⊢ Ⅎ _ x ℝ
23 nfcv ⊢ Ⅎ _ x <
24 21 22 23 nfsup ⊢ Ⅎ _ x sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ <
25 nfcv ⊢ Ⅎ _ x −
26 nfcv ⊢ Ⅎ _ x Y
27 24 25 26 nfov ⊢ Ⅎ _ x sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y
28 nfcv ⊢ Ⅎ _ x w
29 27 23 28 nfbr ⊢ Ⅎ x sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w
30 simpl ⊢ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w ∧ w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w
31 simpr ⊢ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w ∧ w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → w = ∑ y ∈ x F ⁡ y
32 30 31 breqtrd ⊢ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w ∧ w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
33 32 ex ⊢ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
34 33 a1d ⊢ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
35 29 34 reximdai ⊢ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
36 35 adantl ⊢ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
37 19 36 mpd ⊢ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
38 37 3adant1 ⊢ φ ∧ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
39 simpl ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin
40 1 2 4 sge0supre ⊢ φ → sum^ ⁡ F = sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ <
41 40 oveq1d ⊢ φ → sum^ ⁡ F − Y = sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y
42 41 adantr ⊢ φ ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → sum^ ⁡ F − Y = sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y
43 simpr ⊢ φ ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
44 42 43 eqbrtrd ⊢ φ ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → sum^ ⁡ F − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
45 44 adantlr ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → sum^ ⁡ F − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
46 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ sum^ ⁡ F − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → sum^ ⁡ F − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y
47 4 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → sum^ ⁡ F ∈ ℝ
48 3 rpred ⊢ φ → Y ∈ ℝ
49 48 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → Y ∈ ℝ
50 elinel2 ⊢ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → x ∈ Fin
51 50 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → x ∈ Fin
52 rge0ssre ⊢ 0 +∞ ⊆ ℝ
53 6 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → F : X ⟶ 0 +∞
54 53 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ y ∈ x → F : X ⟶ 0 +∞
55 elpwinss ⊢ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → x ⊆ X
56 55 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → x ⊆ X
57 56 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ y ∈ x → y ∈ X
58 54 57 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ y ∈ x → F ⁡ y ∈ 0 +∞
59 52 58 sselid ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ y ∈ x → F ⁡ y ∈ ℝ
60 51 59 fsumrecl ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → ∑ y ∈ x F ⁡ y ∈ ℝ
61 47 49 60 ltsubaddd ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → sum^ ⁡ F − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y ↔ sum^ ⁡ F < ∑ y ∈ x F ⁡ y + Y
62 61 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ sum^ ⁡ F − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → sum^ ⁡ F − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y ↔ sum^ ⁡ F < ∑ y ∈ x F ⁡ y + Y
63 46 62 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ sum^ ⁡ F − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → sum^ ⁡ F < ∑ y ∈ x F ⁡ y + Y
64 53 56 fssresd ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → F ↾ x : x ⟶ 0 +∞
65 51 64 sge0fsum ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → sum^ ⁡ F ↾ x = ∑ y ∈ x F ↾ x ⁡ y
66 fvres ⊢ y ∈ x → F ↾ x ⁡ y = F ⁡ y
67 66 sumeq2i ⊢ ∑ y ∈ x F ↾ x ⁡ y = ∑ y ∈ x F ⁡ y
68 67 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → ∑ y ∈ x F ↾ x ⁡ y = ∑ y ∈ x F ⁡ y
69 65 68 eqtr2d ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → ∑ y ∈ x F ⁡ y = sum^ ⁡ F ↾ x
70 69 oveq1d ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → ∑ y ∈ x F ⁡ y + Y = sum^ ⁡ F ↾ x + Y
71 70 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ sum^ ⁡ F − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → ∑ y ∈ x F ⁡ y + Y = sum^ ⁡ F ↾ x + Y
72 63 71 breqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ sum^ ⁡ F − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y
73 39 45 72 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y
74 73 ex ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y
75 74 reximdva ⊢ φ → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y
76 75 imp ⊢ φ ∧ ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < ∑ y ∈ x F ⁡ y → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y
77 14 38 76 syl2anc ⊢ φ ∧ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ∧ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y
78 77 3exp ⊢ φ → w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y
79 12 13 78 rexlimd ⊢ φ → ∃ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ < − Y < w → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y
80 11 79 mpd ⊢ φ → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin sum^ ⁡ F < sum^ ⁡ F ↾ x + Y