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Theorem sge0supre

Description: If the arbitrary sum of nonnegative extended reals is real, then it is the supremum (in the real numbers) of finite subsums. Similar to sge0sup , but here we can use sup with respect to RR instead of RR* . (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses sge0supre.x ⊢ φ → X ∈ V
sge0supre.f ⊢ φ → F : X ⟶ 0 +∞
sge0supre.re ⊢ φ → sum^ ⁡ F ∈ ℝ
Assertion sge0supre ⊢ φ → sum^ ⁡ F = sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ <

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0supre.x ⊢ φ → X ∈ V
2 sge0supre.f ⊢ φ → F : X ⟶ 0 +∞
3 sge0supre.re ⊢ φ → sum^ ⁡ F ∈ ℝ
4 1 adantr ⊢ φ ∧ +∞ ∈ ran ⁡ F → X ∈ V
5 2 adantr ⊢ φ ∧ +∞ ∈ ran ⁡ F → F : X ⟶ 0 +∞
6 simpr ⊢ φ ∧ +∞ ∈ ran ⁡ F → +∞ ∈ ran ⁡ F
7 4 5 6 sge0pnfval ⊢ φ ∧ +∞ ∈ ran ⁡ F → sum^ ⁡ F = +∞
8 1 2 sge0repnf ⊢ φ → sum^ ⁡ F ∈ ℝ ↔ ¬ sum^ ⁡ F = +∞
9 3 8 mpbid ⊢ φ → ¬ sum^ ⁡ F = +∞
10 9 adantr ⊢ φ ∧ +∞ ∈ ran ⁡ F → ¬ sum^ ⁡ F = +∞
11 7 10 pm2.65da ⊢ φ → ¬ +∞ ∈ ran ⁡ F
12 2 11 fge0iccico ⊢ φ → F : X ⟶ 0 +∞
13 1 12 sge0reval ⊢ φ → sum^ ⁡ F = sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ * <
14 12 sge0rnre ⊢ φ → ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ⊆ ℝ
15 sge0rnn0 ⊢ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ≠ ∅
16 15 a1i ⊢ φ → ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ≠ ∅
17 simpr ⊢ φ ∧ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y → w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y
18 eqid ⊢ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y = x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y
19 18 elrnmpt ⊢ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y → w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ↔ ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin w = ∑ y ∈ x F ⁡ y
20 19 adantl ⊢ φ ∧ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y → w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ↔ ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin w = ∑ y ∈ x F ⁡ y
21 17 20 mpbid ⊢ φ ∧ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin w = ∑ y ∈ x F ⁡ y
22 simp3 ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → w = ∑ y ∈ x F ⁡ y
23 ressxr ⊢ ℝ ⊆ ℝ *
24 23 a1i ⊢ φ → ℝ ⊆ ℝ *
25 14 24 sstrd ⊢ φ → ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ⊆ ℝ *
26 25 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ⊆ ℝ *
27 id ⊢ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → x ∈ 𝒫 X ∩ Fin
28 sumex ⊢ ∑ y ∈ x F ⁡ y ∈ V
29 28 a1i ⊢ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → ∑ y ∈ x F ⁡ y ∈ V
30 18 elrnmpt1 ⊢ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ ∑ y ∈ x F ⁡ y ∈ V → ∑ y ∈ x F ⁡ y ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y
31 27 29 30 syl2anc ⊢ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → ∑ y ∈ x F ⁡ y ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y
32 31 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → ∑ y ∈ x F ⁡ y ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y
33 supxrub ⊢ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ⊆ ℝ * ∧ ∑ y ∈ x F ⁡ y ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y → ∑ y ∈ x F ⁡ y ≤ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ * <
34 26 32 33 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → ∑ y ∈ x F ⁡ y ≤ sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ * <
35 13 eqcomd ⊢ φ → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ * < = sum^ ⁡ F
36 35 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ * < = sum^ ⁡ F
37 34 36 breqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → ∑ y ∈ x F ⁡ y ≤ sum^ ⁡ F
38 37 3adant3 ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → ∑ y ∈ x F ⁡ y ≤ sum^ ⁡ F
39 22 38 eqbrtrd ⊢ φ ∧ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ∧ w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → w ≤ sum^ ⁡ F
40 39 3exp ⊢ φ → x ∈ 𝒫 X ∩ Fin → w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → w ≤ sum^ ⁡ F
41 40 rexlimdv ⊢ φ → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → w ≤ sum^ ⁡ F
42 41 adantr ⊢ φ ∧ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y → ∃ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin w = ∑ y ∈ x F ⁡ y → w ≤ sum^ ⁡ F
43 21 42 mpd ⊢ φ ∧ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y → w ≤ sum^ ⁡ F
44 43 ralrimiva ⊢ φ → ∀ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y w ≤ sum^ ⁡ F
45 brralrspcev ⊢ sum^ ⁡ F ∈ ℝ ∧ ∀ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y w ≤ sum^ ⁡ F → ∃ z ∈ ℝ ∀ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y w ≤ z
46 3 44 45 syl2anc ⊢ φ → ∃ z ∈ ℝ ∀ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y w ≤ z
47 supxrre ⊢ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ⊆ ℝ ∧ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ≠ ∅ ∧ ∃ z ∈ ℝ ∀ w ∈ ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y w ≤ z → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ * < = sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ <
48 14 16 46 47 syl3anc ⊢ φ → sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ * < = sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ <
49 13 48 eqtrd ⊢ φ → sum^ ⁡ F = sup ran ⁡ x ∈ 𝒫 X ∩ Fin ⟼ ∑ y ∈ x F ⁡ y ℝ <