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Theorem sge0split

Description: Split a sum of nonnegative extended reals into two parts. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses sge0split.a φAV
sge0split.b φBW
sge0split.u U=AB
sge0split.in0 φAB=
sge0split.f φF:U0+∞
Assertion sge0split φsum^F=sum^FA+𝑒sum^FB

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0split.a φAV
2 sge0split.b φBW
3 sge0split.u U=AB
4 sge0split.in0 φAB=
5 sge0split.f φF:U0+∞
6 1 adantr φsum^FAV
7 2 adantr φsum^FBW
8 4 adantr φsum^FAB=
9 5 adantr φsum^FF:U0+∞
10 simpr φsum^Fsum^F
11 6 7 3 8 9 10 sge0resplit φsum^Fsum^F=sum^FA+sum^FB
12 unexg AVBWABV
13 1 2 12 syl2anc φABV
14 3 13 eqeltrid φUV
15 14 adantr φsum^FUV
16 15 9 10 sge0ssre φsum^Fsum^FA
17 15 9 10 sge0ssre φsum^Fsum^FB
18 rexadd sum^FAsum^FBsum^FA+𝑒sum^FB=sum^FA+sum^FB
19 16 17 18 syl2anc φsum^Fsum^FA+𝑒sum^FB=sum^FA+sum^FB
20 19 eqcomd φsum^Fsum^FA+sum^FB=sum^FA+𝑒sum^FB
21 11 20 eqtrd φsum^Fsum^F=sum^FA+𝑒sum^FB
22 simpl φ¬sum^Fφ
23 simpr φ¬sum^F¬sum^F
24 14 5 sge0repnf φsum^F¬sum^F=+∞
25 24 adantr φ¬sum^Fsum^F¬sum^F=+∞
26 23 25 mtbid φ¬sum^F¬¬sum^F=+∞
27 26 notnotrd φ¬sum^Fsum^F=+∞
28 14 5 sge0xrcl φsum^F*
29 28 adantr φsum^F=+∞sum^F*
30 ssun1 AAB
31 30 3 sseqtrri AU
32 31 a1i φAU
33 5 32 fssresd φFA:A0+∞
34 1 33 sge0xrcl φsum^FA*
35 iccssxr 0+∞*
36 ssun2 BAB
37 36 3 sseqtrri BU
38 37 a1i φBU
39 5 38 fssresd φFB:B0+∞
40 2 39 sge0cl φsum^FB0+∞
41 35 40 sselid φsum^FB*
42 34 41 xaddcld φsum^FA+𝑒sum^FB*
43 42 adantr φsum^F=+∞sum^FA+𝑒sum^FB*
44 pnfxr +∞*
45 eqid +∞=+∞
46 xreqle +∞*+∞=+∞+∞+∞
47 44 45 46 mp2an +∞+∞
48 47 a1i φ+∞ranFA+∞+∞
49 14 adantr φ+∞ranFAUV
50 5 adantr φ+∞ranFAF:U0+∞
51 rnresss ranFAranF
52 51 sseli +∞ranFA+∞ranF
53 52 adantl φ+∞ranFA+∞ranF
54 49 50 53 sge0pnfval φ+∞ranFAsum^F=+∞
55 xrge0neqmnf sum^FB0+∞sum^FB−∞
56 40 55 syl φsum^FB−∞
57 xaddpnf2 sum^FB*sum^FB−∞+∞+𝑒sum^FB=+∞
58 41 56 57 syl2anc φ+∞+𝑒sum^FB=+∞
59 58 eqcomd φ+∞=+∞+𝑒sum^FB
60 59 adantr φ+∞ranFA+∞=+∞+𝑒sum^FB
61 1 adantr φ+∞ranFAAV
62 33 adantr φ+∞ranFAFA:A0+∞
63 simpr φ+∞ranFA+∞ranFA
64 61 62 63 sge0pnfval φ+∞ranFAsum^FA=+∞
65 64 oveq1d φ+∞ranFAsum^FA+𝑒sum^FB=+∞+𝑒sum^FB
66 60 54 65 3eqtr4d φ+∞ranFAsum^F=sum^FA+𝑒sum^FB
67 66 54 eqtr3d φ+∞ranFAsum^FA+𝑒sum^FB=+∞
68 54 67 breq12d φ+∞ranFAsum^Fsum^FA+𝑒sum^FB+∞+∞
69 48 68 mpbird φ+∞ranFAsum^Fsum^FA+𝑒sum^FB
70 47 a1i φ+∞ranFB+∞+∞
71 14 adantr φ+∞ranFBUV
72 5 adantr φ+∞ranFBF:U0+∞
73 rnresss ranFBranF
74 73 sseli +∞ranFB+∞ranF
75 74 adantl φ+∞ranFB+∞ranF
76 71 72 75 sge0pnfval φ+∞ranFBsum^F=+∞
77 2 adantr φ+∞ranFBBW
78 39 adantr φ+∞ranFBFB:B0+∞
79 simpr φ+∞ranFB+∞ranFB
80 77 78 79 sge0pnfval φ+∞ranFBsum^FB=+∞
81 80 oveq2d φ+∞ranFBsum^FA+𝑒sum^FB=sum^FA+𝑒+∞
82 1 33 sge0cl φsum^FA0+∞
83 xrge0neqmnf sum^FA0+∞sum^FA−∞
84 82 83 syl φsum^FA−∞
85 xaddpnf1 sum^FA*sum^FA−∞sum^FA+𝑒+∞=+∞
86 34 84 85 syl2anc φsum^FA+𝑒+∞=+∞
87 86 adantr φ+∞ranFBsum^FA+𝑒+∞=+∞
88 81 87 eqtrd φ+∞ranFBsum^FA+𝑒sum^FB=+∞
89 76 88 breq12d φ+∞ranFBsum^Fsum^FA+𝑒sum^FB+∞+∞
90 70 89 mpbird φ+∞ranFBsum^Fsum^FA+𝑒sum^FB
91 90 adantlr φ¬+∞ranFA+∞ranFBsum^Fsum^FA+𝑒sum^FB
92 simpr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBzranx𝒫UFinyxFyzranx𝒫UFinyxFy
93 vex zV
94 eqid x𝒫UFinyxFy=x𝒫UFinyxFy
95 94 elrnmpt zVzranx𝒫UFinyxFyx𝒫UFinz=yxFy
96 93 95 ax-mp zranx𝒫UFinyxFyx𝒫UFinz=yxFy
97 92 96 sylib φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBzranx𝒫UFinyxFyx𝒫UFinz=yxFy
98 simp3 φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinz=yxFyz=yxFy
99 inss1 xAxBxA
100 inss2 xAA
101 99 100 sstri xAxBA
102 inss2 xAxBxB
103 inss2 xBB
104 102 103 sstri xAxBB
105 101 104 ssini xAxBAB
106 105 a1i φxAxBAB
107 106 4 sseqtrd φxAxB
108 ss0 xAxBxAxB=
109 107 108 syl φxAxB=
110 109 ad3antrrr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinxAxB=
111 indi xAB=xAxB
112 111 eqcomi xAxB=xAB
113 112 a1i x𝒫UFinxAxB=xAB
114 3 eqcomi AB=U
115 114 ineq2i xAB=xU
116 115 a1i x𝒫UFinxAB=xU
117 elinel1 x𝒫UFinx𝒫U
118 elpwi x𝒫UxU
119 117 118 syl x𝒫UFinxU
120 df-ss xUxU=x
121 120 biimpi xUxU=x
122 119 121 syl x𝒫UFinxU=x
123 113 116 122 3eqtrrd x𝒫UFinx=xAxB
124 123 adantl φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinx=xAxB
125 elinel2 x𝒫UFinxFin
126 125 adantl φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinxFin
127 rge0ssre 0+∞
128 5 ad2antrr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBF:U0+∞
129 pm4.56 ¬+∞ranFA¬+∞ranFB¬+∞ranFA+∞ranFB
130 129 biimpi ¬+∞ranFA¬+∞ranFB¬+∞ranFA+∞ranFB
131 elun +∞ranFAranFB+∞ranFA+∞ranFB
132 130 131 sylnibr ¬+∞ranFA¬+∞ranFB¬+∞ranFAranFB
133 132 adantll φ¬+∞ranFA¬+∞ranFB¬+∞ranFAranFB
134 rnresun ranFAB=ranFAranFB
135 134 eqcomi ranFAranFB=ranFAB
136 135 a1i φranFAranFB=ranFAB
137 114 reseq2i FAB=FU
138 137 rneqi ranFAB=ranFU
139 138 a1i φranFAB=ranFU
140 ffn F:U0+∞FFnU
141 fnresdm FFnUFU=F
142 5 140 141 3syl φFU=F
143 142 rneqd φranFU=ranF
144 136 139 143 3eqtrd φranFAranFB=ranF
145 144 ad2antrr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBranFAranFB=ranF
146 133 145 neleqtrd φ¬+∞ranFA¬+∞ranFB¬+∞ranF
147 128 146 fge0iccico φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBF:U0+∞
148 147 ad2antrr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxF:U0+∞
149 119 adantr x𝒫UFinyxxU
150 simpr x𝒫UFinyxyx
151 149 150 sseldd x𝒫UFinyxyU
152 151 adantll φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxyU
153 148 152 ffvelcdmd φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxFy0+∞
154 127 153 sselid φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxFy
155 154 recnd φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxFy
156 110 124 126 155 fsumsplit φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxFy=yxAFy+yxBFy
157 infi xFinxAFin
158 125 157 syl x𝒫UFinxAFin
159 158 adantl φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinxAFin
160 simpl φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAφ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFin
161 elinel1 yxAyx
162 161 adantl φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAyx
163 160 162 154 syl2anc φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAFy
164 159 163 fsumrecl φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAFy
165 infi xFinxBFin
166 125 165 syl x𝒫UFinxBFin
167 166 adantl φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinxBFin
168 simpl φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxBφ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFin
169 elinel1 yxByx
170 169 adantl φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxByx
171 168 170 154 syl2anc φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxBFy
172 167 171 fsumrecl φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxBFy
173 rexadd yxAFyyxBFyyxAFy+𝑒yxBFy=yxAFy+yxBFy
174 164 172 173 syl2anc φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAFy+𝑒yxBFy=yxAFy+yxBFy
175 174 eqcomd φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAFy+yxBFy=yxAFy+𝑒yxBFy
176 156 175 eqtrd φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxFy=yxAFy+𝑒yxBFy
177 ressxr *
178 177 164 sselid φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAFy*
179 177 172 sselid φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxBFy*
180 1 adantr φ¬+∞ranFAAV
181 33 adantr φ¬+∞ranFAFA:A0+∞
182 simpr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFA
183 181 182 fge0iccico φ¬+∞ranFAFA:A0+∞
184 180 183 sge0reval φ¬+∞ranFAsum^FA=suprana𝒫AFinbaFAb*<
185 184 eqcomd φ¬+∞ranFAsuprana𝒫AFinbaFAb*<=sum^FA
186 34 adantr φ¬+∞ranFAsum^FA*
187 185 186 eqeltrd φ¬+∞ranFAsuprana𝒫AFinbaFAb*<*
188 187 adantr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsuprana𝒫AFinbaFAb*<*
189 2 adantr φ¬+∞ranFBBW
190 39 adantr φ¬+∞ranFBFB:B0+∞
191 simpr φ¬+∞ranFB¬+∞ranFB
192 190 191 fge0iccico φ¬+∞ranFBFB:B0+∞
193 189 192 sge0reval φ¬+∞ranFBsum^FB=supranc𝒫BFindcFBd*<
194 193 eqcomd φ¬+∞ranFBsupranc𝒫BFindcFBd*<=sum^FB
195 41 adantr φ¬+∞ranFBsum^FB*
196 194 195 eqeltrd φ¬+∞ranFBsupranc𝒫BFindcFBd*<*
197 196 adantlr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsupranc𝒫BFindcFBd*<*
198 188 197 jca φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsuprana𝒫AFinbaFAb*<*supranc𝒫BFindcFBd*<*
199 198 adantr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinsuprana𝒫AFinbaFAb*<*supranc𝒫BFindcFBd*<*
200 178 179 199 jca31 φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAFy*yxBFy*suprana𝒫AFinbaFAb*<*supranc𝒫BFindcFBd*<*
201 180 adantr φ¬+∞ranFAx𝒫UFinAV
202 181 adantr φ¬+∞ranFAx𝒫UFinFA:A0+∞
203 182 adantr φ¬+∞ranFAx𝒫UFin¬+∞ranFA
204 202 203 fge0iccico φ¬+∞ranFAx𝒫UFinFA:A0+∞
205 100 a1i φ¬+∞ranFAx𝒫UFinxAA
206 158 adantl φ¬+∞ranFAx𝒫UFinxAFin
207 201 204 205 206 fsumlesge0 φ¬+∞ranFAx𝒫UFinyxAFAysum^FA
208 100 sseli yxAyA
209 fvres yAFAy=Fy
210 208 209 syl yxAFAy=Fy
211 210 adantl φ¬+∞ranFAx𝒫UFinyxAFAy=Fy
212 211 sumeq2dv φ¬+∞ranFAx𝒫UFinyxAFAy=yxAFy
213 184 adantr φ¬+∞ranFAx𝒫UFinsum^FA=suprana𝒫AFinbaFAb*<
214 212 213 breq12d φ¬+∞ranFAx𝒫UFinyxAFAysum^FAyxAFysuprana𝒫AFinbaFAb*<
215 207 214 mpbid φ¬+∞ranFAx𝒫UFinyxAFysuprana𝒫AFinbaFAb*<
216 215 adantlr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAFysuprana𝒫AFinbaFAb*<
217 189 adantr φ¬+∞ranFBx𝒫UFinBW
218 190 adantr φ¬+∞ranFBx𝒫UFinFB:B0+∞
219 191 adantr φ¬+∞ranFBx𝒫UFin¬+∞ranFB
220 218 219 fge0iccico φ¬+∞ranFBx𝒫UFinFB:B0+∞
221 103 a1i φ¬+∞ranFBx𝒫UFinxBB
222 166 adantl φ¬+∞ranFBx𝒫UFinxBFin
223 217 220 221 222 fsumlesge0 φ¬+∞ranFBx𝒫UFinyxBFBysum^FB
224 103 sseli yxByB
225 fvres yBFBy=Fy
226 224 225 syl yxBFBy=Fy
227 226 adantl φ¬+∞ranFBx𝒫UFinyxBFBy=Fy
228 227 sumeq2dv φ¬+∞ranFBx𝒫UFinyxBFBy=yxBFy
229 193 adantr φ¬+∞ranFBx𝒫UFinsum^FB=supranc𝒫BFindcFBd*<
230 228 229 breq12d φ¬+∞ranFBx𝒫UFinyxBFBysum^FByxBFysupranc𝒫BFindcFBd*<
231 223 230 mpbid φ¬+∞ranFBx𝒫UFinyxBFysupranc𝒫BFindcFBd*<
232 231 adantllr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxBFysupranc𝒫BFindcFBd*<
233 216 232 jca φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAFysuprana𝒫AFinbaFAb*<yxBFysupranc𝒫BFindcFBd*<
234 xle2add yxAFy*yxBFy*suprana𝒫AFinbaFAb*<*supranc𝒫BFindcFBd*<*yxAFysuprana𝒫AFinbaFAb*<yxBFysupranc𝒫BFindcFBd*<yxAFy+𝑒yxBFysuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
235 200 233 234 sylc φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxAFy+𝑒yxBFysuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
236 176 235 eqbrtrd φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinyxFysuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
237 236 3adant3 φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinz=yxFyyxFysuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
238 98 237 eqbrtrd φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinz=yxFyzsuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
239 238 3exp φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinz=yxFyzsuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
240 239 rexlimdv φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBx𝒫UFinz=yxFyzsuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
241 240 adantr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBzranx𝒫UFinyxFyx𝒫UFinz=yxFyzsuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
242 97 241 mpd φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBzranx𝒫UFinyxFyzsuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
243 242 ralrimiva φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBzranx𝒫UFinyxFyzsuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
244 147 sge0rnre φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBranx𝒫UFinyxFy
245 177 a1i φ¬+∞ranFA¬+∞ranFB*
246 244 245 sstrd φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBranx𝒫UFinyxFy*
247 188 197 xaddcld φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<*
248 supxrleub ranx𝒫UFinyxFy*suprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<*supranx𝒫UFinyxFy*<suprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<zranx𝒫UFinyxFyzsuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
249 246 247 248 syl2anc φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsupranx𝒫UFinyxFy*<suprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<zranx𝒫UFinyxFyzsuprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
250 243 249 mpbird φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsupranx𝒫UFinyxFy*<suprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
251 14 ad2antrr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBUV
252 251 147 sge0reval φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsum^F=supranx𝒫UFinyxFy*<
253 184 adantr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsum^FA=suprana𝒫AFinbaFAb*<
254 193 adantlr φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsum^FB=supranc𝒫BFindcFBd*<
255 253 254 oveq12d φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsum^FA+𝑒sum^FB=suprana𝒫AFinbaFAb*<+𝑒supranc𝒫BFindcFBd*<
256 250 252 255 3brtr4d φ¬+∞ranFA¬+∞ranFBsum^Fsum^FA+𝑒sum^FB
257 91 256 pm2.61dan φ¬+∞ranFAsum^Fsum^FA+𝑒sum^FB
258 69 257 pm2.61dan φsum^Fsum^FA+𝑒sum^FB
259 258 adantr φsum^F=+∞sum^Fsum^FA+𝑒sum^FB
260 pnfge sum^FA+𝑒sum^FB*sum^FA+𝑒sum^FB+∞
261 42 260 syl φsum^FA+𝑒sum^FB+∞
262 261 adantr φsum^F=+∞sum^FA+𝑒sum^FB+∞
263 id sum^F=+∞sum^F=+∞
264 263 eqcomd sum^F=+∞+∞=sum^F
265 264 adantl φsum^F=+∞+∞=sum^F
266 262 265 breqtrd φsum^F=+∞sum^FA+𝑒sum^FBsum^F
267 29 43 259 266 xrletrid φsum^F=+∞sum^F=sum^FA+𝑒sum^FB
268 22 27 267 syl2anc φ¬sum^Fsum^F=sum^FA+𝑒sum^FB
269 21 268 pm2.61dan φsum^F=sum^FA+𝑒sum^FB