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Theorem sge0xaddlem2

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

Ref Expression
Hypotheses sge0xaddlem2.a φ A V
sge0xaddlem2.b φ k A B 0 +∞
sge0xaddlem2.c φ k A C 0 +∞
sge0xaddlem2.sb φ sum^ k A B
sge0xaddlem2.sc φ sum^ k A C
Assertion sge0xaddlem2 φ sum^ k A B + 𝑒 C = sum^ k A B + 𝑒 sum^ k A C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0xaddlem2.a φ A V
2 sge0xaddlem2.b φ k A B 0 +∞
3 sge0xaddlem2.c φ k A C 0 +∞
4 sge0xaddlem2.sb φ sum^ k A B
5 sge0xaddlem2.sc φ sum^ k A C
6 nfv k φ
7 0xr 0 *
8 7 a1i φ k A 0 *
9 pnfxr +∞ *
10 9 a1i φ k A +∞ *
11 rge0ssre 0 +∞
12 11 2 sseldi φ k A B
13 11 3 sseldi φ k A C
14 12 13 readdcld φ k A B + C
15 14 rexrd φ k A B + C *
16 icossicc 0 +∞ 0 +∞
17 16 2 sseldi φ k A B 0 +∞
18 xrge0ge0 B 0 +∞ 0 B
19 17 18 syl φ k A 0 B
20 16 3 sseldi φ k A C 0 +∞
21 xrge0ge0 C 0 +∞ 0 C
22 20 21 syl φ k A 0 C
23 12 13 19 22 addge0d φ k A 0 B + C
24 14 ltpnfd φ k A B + C < +∞
25 8 10 15 23 24 elicod φ k A B + C 0 +∞
26 6 1 25 sge0revalmpt φ sum^ k A B + C = sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
27 rexadd B C B + 𝑒 C = B + C
28 12 13 27 syl2anc φ k A B + 𝑒 C = B + C
29 28 mpteq2dva φ k A B + 𝑒 C = k A B + C
30 29 fveq2d φ sum^ k A B + 𝑒 C = sum^ k A B + C
31 rexadd sum^ k A B sum^ k A C sum^ k A B + 𝑒 sum^ k A C = sum^ k A B + sum^ k A C
32 4 5 31 syl2anc φ sum^ k A B + 𝑒 sum^ k A C = sum^ k A B + sum^ k A C
33 6 1 2 sge0revalmpt φ sum^ k A B = sup ran y 𝒫 A Fin k y B * <
34 6 1 3 sge0revalmpt φ sum^ k A C = sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
35 33 34 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 * <
36 33 eqcomd φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < = sum^ k A B
37 36 4 eqeltrd φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * <
38 34 5 eqeltrrd φ sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
39 37 38 readdcld φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
40 39 rexrd φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * < *
41 elinel2 x 𝒫 A Fin x Fin
42 41 adantl φ x 𝒫 A Fin x Fin
43 simpll φ x 𝒫 A Fin k x φ
44 elpwinss x 𝒫 A Fin x A
45 44 adantr x 𝒫 A Fin k x x A
46 simpr x 𝒫 A Fin k x k x
47 45 46 sseldd x 𝒫 A Fin k x k A
48 47 adantll φ x 𝒫 A Fin k x k A
49 43 48 12 syl2anc φ x 𝒫 A Fin k x B
50 43 48 13 syl2anc φ x 𝒫 A Fin k x C
51 49 50 readdcld φ x 𝒫 A Fin k x B + C
52 42 51 fsumrecl φ x 𝒫 A Fin k x B + C
53 52 rexrd φ x 𝒫 A Fin k x B + C *
54 53 ralrimiva φ x 𝒫 A Fin k x B + C *
55 eqid x 𝒫 A Fin k x B + C = x 𝒫 A Fin k x B + C
56 55 rnmptss x 𝒫 A Fin k x B + C * ran x 𝒫 A Fin k x B + C *
57 54 56 syl φ ran x 𝒫 A Fin k x B + C *
58 supxrcl ran x 𝒫 A Fin k x B + C * sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < *
59 57 58 syl φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < *
60 35 eqcomd φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * < = sum^ k A B + sum^ k A C
61 60 adantr φ e + sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * < = sum^ k A B + sum^ k A C
62 nfv k φ e +
63 1 adantr φ e + A V
64 17 adantlr φ e + k A B 0 +∞
65 rphalfcl e + e 2 +
66 65 adantl φ e + e 2 +
67 4 adantr φ e + sum^ k A B
68 62 63 64 66 67 sge0ltfirpmpt2 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2
69 20 adantlr φ e + k A C 0 +∞
70 5 adantr φ e + sum^ k A C
71 62 63 69 66 70 sge0ltfirpmpt2 φ e + v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2
72 71 3ad2ant1 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2
73 63 3ad2ant1 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 A V
74 73 3ad2ant1 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 A V
75 simpl1l φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 j A φ
76 75 3ad2antl1 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 j A φ
77 simpr φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 j A j A
78 nfv k φ j A
79 nfcsb1v _ k j / k B
80 79 nfel1 k j / k B 0 +∞
81 78 80 nfim k φ j A j / k B 0 +∞
82 eleq1w k = j k A j A
83 82 anbi2d k = j φ k A φ j A
84 csbeq1a k = j B = j / k B
85 84 eleq1d k = j B 0 +∞ j / k B 0 +∞
86 83 85 imbi12d k = j φ k A B 0 +∞ φ j A j / k B 0 +∞
87 81 86 2 chvarfv φ j A j / k B 0 +∞
88 76 77 87 syl2anc φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 j A j / k B 0 +∞
89 nfcsb1v _ k j / k C
90 89 nfel1 k j / k C 0 +∞
91 78 90 nfim k φ j A j / k C 0 +∞
92 csbeq1a k = j C = j / k C
93 92 eleq1d k = j C 0 +∞ j / k C 0 +∞
94 83 93 imbi12d k = j φ k A C 0 +∞ φ j A j / k C 0 +∞
95 91 94 3 chvarfv φ j A j / k C 0 +∞
96 76 77 95 syl2anc φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 j A j / k C 0 +∞
97 simp11r φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 e +
98 simp12 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 u 𝒫 A Fin
99 elpwinss u 𝒫 A Fin u A
100 98 99 syl φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 u A
101 elinel2 u 𝒫 A Fin u Fin
102 101 3ad2ant2 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 u Fin
103 102 3ad2ant1 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 u Fin
104 simp2 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 v 𝒫 A Fin
105 elpwinss v 𝒫 A Fin v A
106 104 105 syl φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 v A
107 elinel2 v 𝒫 A Fin v Fin
108 107 3ad2ant2 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 v Fin
109 simp13 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ k A B < k u B + e 2
110 nfcv _ j B
111 110 79 84 cbvmpt k A B = j A j / k B
112 111 fveq2i sum^ k A B = sum^ j A j / k B
113 nfcv _ j u
114 nfcv _ k u
115 84 113 114 110 79 cbvsum k u B = j u j / k B
116 115 oveq1i k u B + e 2 = j u j / k B + e 2
117 112 116 breq12i sum^ k A B < k u B + e 2 sum^ j A j / k B < j u j / k B + e 2
118 117 biimpi sum^ k A B < k u B + e 2 sum^ j A j / k B < j u j / k B + e 2
119 109 118 syl φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ j A j / k B < j u j / k B + e 2
120 simp3 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ k A C < k v C + e 2
121 nfcv _ j C
122 121 89 92 cbvmpt k A C = j A j / k C
123 122 fveq2i sum^ k A C = sum^ j A j / k C
124 nfcv _ j v
125 nfcv _ k v
126 92 124 125 121 89 cbvsum k v C = j v j / k C
127 126 oveq1i k v C + e 2 = j v j / k C + e 2
128 123 127 breq12i sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ j A j / k C < j v j / k C + e 2
129 128 biimpi sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ j A j / k C < j v j / k C + e 2
130 120 129 syl φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ j A j / k C < j v j / k C + e 2
131 simp11l φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 φ
132 84 92 oveq12d k = j B + C = j / k B + j / k C
133 nfcv _ j x
134 nfcv _ k x
135 nfcv _ j B + C
136 nfcv _ k +
137 79 136 89 nfov _ k j / k B + j / k C
138 132 133 134 135 137 cbvsum k x B + C = j x j / k B + j / k C
139 138 mpteq2i x 𝒫 A Fin k x B + C = x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C
140 139 rneqi ran x 𝒫 A Fin k x B + C = ran x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C
141 140 supeq1i sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = sup ran x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C * <
142 141 eqcomi sup ran x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C * < = sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
143 142 a1i φ sup ran x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C * < = sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
144 143 26 eqtr4d φ sup ran x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C * < = sum^ k A B + C
145 ge0xaddcl B 0 +∞ C 0 +∞ B + 𝑒 C 0 +∞
146 17 20 145 syl2anc φ k A B + 𝑒 C 0 +∞
147 28 146 eqeltrrd φ k A B + C 0 +∞
148 6 1 147 sge0clmpt φ sum^ k A B + C 0 +∞
149 144 148 eqeltrd φ sup ran x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C * < 0 +∞
150 131 149 syl φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sup ran x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C * < 0 +∞
151 112 4 eqeltrrid φ sum^ j A j / k B
152 131 151 syl φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ j A j / k B
153 123 5 eqeltrrid φ sum^ j A j / k C
154 131 153 syl φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ j A j / k C
155 74 88 96 97 100 103 106 108 119 130 150 152 154 sge0xaddlem1 φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ j A j / k B + sum^ j A j / k C sup ran x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C * < + 𝑒 e
156 112 123 oveq12i sum^ k A B + sum^ k A C = sum^ j A j / k B + sum^ j A j / k C
157 141 oveq1i sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 e = sup ran x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C * < + 𝑒 e
158 156 157 breq12i sum^ k A B + sum^ k A C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 e sum^ j A j / k B + sum^ j A j / k C sup ran x 𝒫 A Fin j x j / k B + j / k C * < + 𝑒 e
159 155 158 sylibr φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ k A B + sum^ k A C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 e
160 159 3exp φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ k A B + sum^ k A C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 e
161 160 rexlimdv φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 v 𝒫 A Fin sum^ k A C < k v C + e 2 sum^ k A B + sum^ k A C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 e
162 72 161 mpd φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 sum^ k A B + sum^ k A C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 e
163 162 3exp φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 sum^ k A B + sum^ k A C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 e
164 163 rexlimdv φ e + u 𝒫 A Fin sum^ k A B < k u B + e 2 sum^ k A B + sum^ k A C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 e
165 68 164 mpd φ e + sum^ k A B + sum^ k A C sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 e
166 61 165 eqbrtrd φ e + sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * < sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < + 𝑒 e
167 40 59 166 xrlexaddrp φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * < sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
168 26 eqcomd φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < = sum^ k A B + C
169 43 48 25 syl2anc φ x 𝒫 A Fin k x B + C 0 +∞
170 42 169 sge0fsummpt φ x 𝒫 A Fin sum^ k x B + C = k x B + C
171 49 recnd φ x 𝒫 A Fin k x B
172 50 recnd φ x 𝒫 A Fin k x C
173 42 171 172 fsumadd φ x 𝒫 A Fin k x B + C = k x B + k x C
174 170 173 eqtrd φ x 𝒫 A Fin sum^ k x B + C = k x B + k x C
175 42 49 fsumrecl φ x 𝒫 A Fin k x B
176 42 50 fsumrecl φ x 𝒫 A Fin k x C
177 37 adantr φ x 𝒫 A Fin sup ran y 𝒫 A Fin k y B * <
178 38 adantr φ x 𝒫 A Fin sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
179 elinel2 y 𝒫 A Fin y Fin
180 179 adantl φ y 𝒫 A Fin y Fin
181 simpll φ y 𝒫 A Fin k y φ
182 elpwinss y 𝒫 A Fin y A
183 182 adantr y 𝒫 A Fin k y y A
184 simpr y 𝒫 A Fin k y k y
185 183 184 sseldd y 𝒫 A Fin k y k A
186 185 adantll φ y 𝒫 A Fin k y k A
187 181 186 12 syl2anc φ y 𝒫 A Fin k y B
188 180 187 fsumrecl φ y 𝒫 A Fin k y B
189 188 rexrd φ y 𝒫 A Fin k y B *
190 189 ralrimiva φ y 𝒫 A Fin k y B *
191 eqid y 𝒫 A Fin k y B = y 𝒫 A Fin k y B
192 191 rnmptss y 𝒫 A Fin k y B * ran y 𝒫 A Fin k y B *
193 190 192 syl φ ran y 𝒫 A Fin k y B *
194 193 adantr φ x 𝒫 A Fin ran y 𝒫 A Fin k y B *
195 simpr φ x 𝒫 A Fin x 𝒫 A Fin
196 eqidd φ x 𝒫 A Fin k x B = k x B
197 sumeq1 y = x k y B = k x B
198 197 rspceeqv x 𝒫 A Fin k x B = k x B y 𝒫 A Fin k x B = k y B
199 195 196 198 syl2anc φ x 𝒫 A Fin y 𝒫 A Fin k x B = k y B
200 175 elexd φ x 𝒫 A Fin k x B V
201 191 199 200 elrnmptd φ x 𝒫 A Fin k x B ran y 𝒫 A Fin k y B
202 supxrub ran y 𝒫 A Fin k y B * k x B ran y 𝒫 A Fin k y B k x B sup ran y 𝒫 A Fin k y B * <
203 194 201 202 syl2anc φ x 𝒫 A Fin k x B sup ran y 𝒫 A Fin k y B * <
204 nfv z φ
205 eqid z 𝒫 A Fin k z C = z 𝒫 A Fin k z C
206 elinel2 z 𝒫 A Fin z Fin
207 206 adantl φ z 𝒫 A Fin z Fin
208 simpll φ z 𝒫 A Fin k z φ
209 elpwinss z 𝒫 A Fin z A
210 209 adantr z 𝒫 A Fin k z z A
211 simpr z 𝒫 A Fin k z k z
212 210 211 sseldd z 𝒫 A Fin k z k A
213 212 adantll φ z 𝒫 A Fin k z k A
214 208 213 13 syl2anc φ z 𝒫 A Fin k z C
215 207 214 fsumrecl φ z 𝒫 A Fin k z C
216 215 rexrd φ z 𝒫 A Fin k z C *
217 204 205 216 rnmptssd φ ran z 𝒫 A Fin k z C *
218 217 adantr φ x 𝒫 A Fin ran z 𝒫 A Fin k z C *
219 eqidd φ x 𝒫 A Fin k x C = k x C
220 sumeq1 z = x k z C = k x C
221 220 rspceeqv x 𝒫 A Fin k x C = k x C z 𝒫 A Fin k x C = k z C
222 195 219 221 syl2anc φ x 𝒫 A Fin z 𝒫 A Fin k x C = k z C
223 176 elexd φ x 𝒫 A Fin k x C V
224 205 222 223 elrnmptd φ x 𝒫 A Fin k x C ran z 𝒫 A Fin k z C
225 supxrub ran z 𝒫 A Fin k z C * k x C ran z 𝒫 A Fin k z C k x C sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
226 218 224 225 syl2anc φ x 𝒫 A Fin k x C sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
227 175 176 177 178 203 226 le2addd φ x 𝒫 A Fin k x B + k x C sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
228 174 227 eqbrtrd φ x 𝒫 A Fin sum^ k x B + C sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
229 228 ralrimiva φ x 𝒫 A Fin sum^ k x B + C sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
230 6 1 147 40 sge0lefimpt φ sum^ k A B + C sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * < x 𝒫 A Fin sum^ k x B + C sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
231 229 230 mpbird φ sum^ k A B + C sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
232 168 231 eqbrtrd φ sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * < sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * <
233 40 59 167 232 xrletrid φ sup ran y 𝒫 A Fin k y B * < + sup ran z 𝒫 A Fin k z C * < = sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
234 32 35 233 3eqtrd φ sum^ k A B + 𝑒 sum^ k A C = sup ran x 𝒫 A Fin k x B + C * <
235 26 30 234 3eqtr4d φ sum^ k A B + 𝑒 C = sum^ k A B + 𝑒 sum^ k A C