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Theorem sge0xaddlem1

Description: The extended addition of two generalized sums of nonnegative extended reals. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Oct-2020)

Ref Expression
Hypotheses sge0xaddlem1.a φ A V
sge0xaddlem1.b φ k A B 0 +∞
sge0xaddlem1.c φ k A C 0 +∞
sge0xaddlem1.rp φ E +
sge0xaddlem1.u φ U A
sge0xaddlem1.ufi φ U Fin
sge0xaddlem1.7 φ W A
sge0xaddlem1.wfi φ W Fin
sge0xaddlem1.ltb φ sum^ k A B < k U B + E 2
sge0xaddlem1.ltc φ sum^ k A C < k W C + E 2
sge0xaddlem1.xr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < 0 +∞
sge0xaddlem1.sb φ sum^ k A B
sge0xaddlem1.sc φ sum^ k A C
Assertion sge0xaddlem1 φ sum^ k A B + sum^ k A C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0xaddlem1.a φ A V
2 sge0xaddlem1.b φ k A B 0 +∞
3 sge0xaddlem1.c φ k A C 0 +∞
4 sge0xaddlem1.rp φ E +
5 sge0xaddlem1.u φ U A
6 sge0xaddlem1.ufi φ U Fin
7 sge0xaddlem1.7 φ W A
8 sge0xaddlem1.wfi φ W Fin
9 sge0xaddlem1.ltb φ sum^ k A B < k U B + E 2
10 sge0xaddlem1.ltc φ sum^ k A C < k W C + E 2
11 sge0xaddlem1.xr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < 0 +∞
12 sge0xaddlem1.sb φ sum^ k A B
13 sge0xaddlem1.sc φ sum^ k A C
14 nfv k φ
15 14 1 2 sge0revalmpt φ sum^ k A B = sup ran y 𝒫 A Fin k y B * <
16 14 1 3 sge0revalmpt φ sum^ k A C = sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
17 15 16 oveq12d φ sum^ k A B + sum^ k A C = sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
18 15 eqcomd φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < = sum^ k A B
19 18 12 eqeltrd φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * <
20 16 13 eqeltrrd φ sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
21 19 20 readdcld φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
22 21 rexrd φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * < *
23 17 22 eqeltrd φ sum^ k A B + sum^ k A C *
24 elinel2 x 𝒫 A Fin x Fin
25 24 adantl φ x 𝒫 A Fin x Fin
26 simpll φ x 𝒫 A Fin k x φ
27 elpwinss x 𝒫 A Fin x A
28 27 adantr x 𝒫 A Fin k x x A
29 simpr x 𝒫 A Fin k x k x
30 28 29 sseldd x 𝒫 A Fin k x k A
31 30 adantll φ x 𝒫 A Fin k x k A
32 rge0ssre 0 +∞
33 32 2 sseldi φ k A B
34 26 31 33 syl2anc φ x 𝒫 A Fin k x B
35 32 3 sseldi φ k A C
36 26 31 35 syl2anc φ x 𝒫 A Fin k x C
37 34 36 readdcld φ x 𝒫 A Fin k x B + C
38 25 37 fsumrecl φ x 𝒫 A Fin k x B + C
39 38 rexrd φ x 𝒫 A Fin k x B + C *
40 39 ralrimiva φ x 𝒫 A Fin k x B + C *
41 eqid x 𝒫 A Fin k x B + C = x 𝒫 A Fin k x B + C
42 41 rnmptss x 𝒫 A Fin k x B + C * ran x 𝒫 A Fin k x B + C *
43 40 42 syl φ ran x 𝒫 A Fin k x B + C *
44 supxrcl ran x 𝒫 A Fin k x B + C * sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < *
45 43 44 syl φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < *
46 4 rpxrd φ E *
47 45 46 xaddcld φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E *
48 simpl φ k U φ
49 5 sselda φ k U k A
50 48 49 2 syl2anc φ k U B 0 +∞
51 32 50 sseldi φ k U B
52 6 51 fsumrecl φ k U B
53 4 rpred φ E
54 53 rehalfcld φ E 2
55 52 54 readdcld φ k U B + E 2
56 32 a1i φ k W 0 +∞
57 simpl φ k W φ
58 7 adantr φ k W W A
59 simpr φ k W k W
60 58 59 sseldd φ k W k A
61 57 60 3 syl2anc φ k W C 0 +∞
62 56 61 sseldd φ k W C
63 8 62 fsumrecl φ k W C
64 63 54 readdcld φ k W C + E 2
65 55 64 readdcld φ k U B + E 2 + k W C + E 2
66 65 rexrd φ k U B + E 2 + k W C + E 2 *
67 12 13 55 64 9 10 ltadd12dd φ sum^ k A B + sum^ k A C < k U B + E 2 + k W C + E 2
68 52 recnd φ k U B
69 54 recnd φ E 2
70 63 recnd φ k W C
71 68 69 70 69 add4d φ k U B + E 2 + k W C + E 2 = k U B + k W C + E 2 + E 2
72 53 recnd φ E
73 72 2halvesd φ E 2 + E 2 = E
74 73 oveq2d φ k U B + k W C + E 2 + E 2 = k U B + k W C + E
75 71 74 eqtrd φ k U B + E 2 + k W C + E 2 = k U B + k W C + E
76 75 66 eqeltrrd φ k U B + k W C + E *
77 pnfxr +∞ *
78 77 a1i φ +∞ *
79 75 65 eqeltrrd φ k U B + k W C + E
80 ltpnf k U B + k W C + E k U B + k W C + E < +∞
81 79 80 syl φ k U B + k W C + E < +∞
82 76 78 81 xrltled φ k U B + k W C + E +∞
83 82 adantr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ k U B + k W C + E +∞
84 oveq1 sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E = +∞ + 𝑒 E
85 84 adantl φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E = +∞ + 𝑒 E
86 53 renemnfd φ E −∞
87 xaddpnf2 E * E −∞ +∞ + 𝑒 E = +∞
88 46 86 87 syl2anc φ +∞ + 𝑒 E = +∞
89 88 adantr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ +∞ + 𝑒 E = +∞
90 85 89 eqtr2d φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ +∞ = sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E
91 83 90 breqtrd φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ k U B + k W C + E sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E
92 simpl φ ¬ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ φ
93 92 11 syl φ ¬ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < 0 +∞
94 neqne ¬ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < +∞
95 94 adantl φ ¬ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < +∞
96 ge0xrre sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < 0 +∞ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < +∞ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
97 93 95 96 syl2anc φ ¬ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
98 52 63 readdcld φ k U B + k W C
99 98 adantr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < k U B + k W C
100 simpr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
101 53 adantr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < E
102 6 8 jca φ U Fin W Fin
103 unfi U Fin W Fin U W Fin
104 102 103 syl φ U W Fin
105 simpl φ k U W φ
106 5 7 unssd φ U W A
107 106 adantr φ k U W U W A
108 simpr φ k U W k U W
109 107 108 sseldd φ k U W k A
110 105 109 33 syl2anc φ k U W B
111 109 35 syldan φ k U W C
112 110 111 readdcld φ k U W B + C
113 104 112 fsumrecl φ k U W B + C
114 113 adantr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < k U W B + C
115 104 110 fsumrecl φ k U W B
116 104 111 fsumrecl φ k U W C
117 icossicc 0 +∞ 0 +∞
118 117 2 sseldi φ k A B 0 +∞
119 xrge0ge0 B 0 +∞ 0 B
120 118 119 syl φ k A 0 B
121 109 120 syldan φ k U W 0 B
122 ssun1 U U W
123 122 a1i φ U U W
124 104 110 121 123 fsumless φ k U B k U W B
125 117 3 sseldi φ k A C 0 +∞
126 xrge0ge0 C 0 +∞ 0 C
127 125 126 syl φ k A 0 C
128 109 127 syldan φ k U W 0 C
129 ssun2 W U W
130 129 a1i φ W U W
131 104 111 128 130 fsumless φ k W C k U W C
132 52 63 115 116 124 131 leadd12dd φ k U B + k W C k U W B + k U W C
133 110 recnd φ k U W B
134 111 recnd φ k U W C
135 104 133 134 fsumadd φ k U W B + C = k U W B + k U W C
136 135 eqcomd φ k U W B + k U W C = k U W B + C
137 132 136 breqtrd φ k U B + k W C k U W B + C
138 137 adantr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < k U B + k W C k U W B + C
139 43 adantr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < ran x 𝒫 A Fin k x B + C *
140 104 106 elpwd φ U W 𝒫 A
141 140 104 elind φ U W 𝒫 A Fin
142 113 elexd φ k U W B + C V
143 sumeq1 x = U W k x B + C = k U W B + C
144 41 143 elrnmpt1s U W 𝒫 A Fin k U W B + C V k U W B + C ran x 𝒫 A Fin k x B + C
145 141 142 144 syl2anc φ k U W B + C ran x 𝒫 A Fin k x B + C
146 145 adantr φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < k U W B + C ran x 𝒫 A Fin k x B + C
147 supxrub ran x 𝒫 A Fin k x B + C * k U W B + C ran x 𝒫 A Fin k x B + C k U W B + C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
148 139 146 147 syl2anc φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < k U W B + C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
149 99 114 100 138 148 letrd φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < k U B + k W C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
150 99 100 101 149 leadd1dd φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < k U B + k W C + E sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + E
151 rexadd sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < E sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E = sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + E
152 100 101 151 syl2anc φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E = sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + E
153 152 eqcomd φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + E = sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E
154 150 153 breqtrd φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < k U B + k W C + E sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E
155 92 97 154 syl2anc φ ¬ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = +∞ k U B + k W C + E sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E
156 91 155 pm2.61dan φ k U B + k W C + E sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E
157 75 156 eqbrtrd φ k U B + E 2 + k W C + E 2 sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E
158 23 66 47 67 157 xrltletrd φ sum^ k A B + sum^ k A C < sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E
159 23 47 158 xrltled φ sum^ k A B + sum^ k A C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 E