Metamath Proof Explorer


Theorem esumpinfval

Description: The value of the extended sum of nonnegative terms, with at least one infinite term. (Contributed by Thierry Arnoux, 19-Jun-2017)

Ref Expression
Hypotheses esumpinfval.0 โŠข โ„ฒ ๐‘˜ ๐œ‘
esumpinfval.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘‰ )
esumpinfval.2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ต โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) )
esumpinfval.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต = +โˆž )
Assertion esumpinfval ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต = +โˆž )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 esumpinfval.0 โŠข โ„ฒ ๐‘˜ ๐œ‘
2 esumpinfval.1 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ๐ด โˆˆ ๐‘‰ )
3 esumpinfval.2 โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ ๐ต โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) )
4 esumpinfval.3 โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต = +โˆž )
5 iccssxr โŠข ( 0 [,] +โˆž ) โŠ† โ„*
6 3 ex โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โ†’ ๐ต โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) ) )
7 1 6 ralrimi โŠข ( ๐œ‘ โ†’ โˆ€ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) )
8 nfcv โŠข โ„ฒ ๐‘˜ ๐ด
9 8 esumcl โŠข ( ( ๐ด โˆˆ ๐‘‰ โˆง โˆ€ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) ) โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) )
10 2 7 9 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) )
11 5 10 sselid โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต โˆˆ โ„* )
12 nfrab1 โŠข โ„ฒ ๐‘˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž }
13 ssrab2 โŠข { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โŠ† ๐ด
14 13 a1i โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โŠ† ๐ด )
15 0xr โŠข 0 โˆˆ โ„*
16 pnfxr โŠข +โˆž โˆˆ โ„*
17 0lepnf โŠข 0 โ‰ค +โˆž
18 ubicc2 โŠข ( ( 0 โˆˆ โ„* โˆง +โˆž โˆˆ โ„* โˆง 0 โ‰ค +โˆž ) โ†’ +โˆž โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) )
19 15 16 17 18 mp3an โŠข +โˆž โˆˆ ( 0 [,] +โˆž )
20 19 a1i โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐ต = +โˆž ) โ†’ +โˆž โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) )
21 0e0iccpnf โŠข 0 โˆˆ ( 0 [,] +โˆž )
22 21 a1i โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โˆง ยฌ ๐ต = +โˆž ) โ†’ 0 โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) )
23 20 22 ifclda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) )
24 eldif โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) โ†” ( ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆง ยฌ ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) )
25 rabid โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โ†” ( ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆง ๐ต = +โˆž ) )
26 25 simplbi2 โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โ†’ ( ๐ต = +โˆž โ†’ ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) )
27 26 con3dimp โŠข ( ( ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆง ยฌ ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) โ†’ ยฌ ๐ต = +โˆž )
28 24 27 sylbi โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) โ†’ ยฌ ๐ต = +โˆž )
29 28 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) ) โ†’ ยฌ ๐ต = +โˆž )
30 29 iffalsed โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ( ๐ด โˆ– { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) ) โ†’ if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) = 0 )
31 1 12 8 14 2 23 30 esumss โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) = ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) )
32 eqidd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } = { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } )
33 25 simprbi โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โ†’ ๐ต = +โˆž )
34 33 iftrued โŠข ( ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โ†’ if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) = +โˆž )
35 34 adantl โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) โ†’ if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) = +โˆž )
36 1 32 35 esumeq12dvaf โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) = ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } +โˆž )
37 2 14 ssexd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โˆˆ V )
38 nfcv โŠข โ„ฒ ๐‘˜ +โˆž
39 12 38 esumcst โŠข ( ( { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โˆˆ V โˆง +โˆž โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) ) โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } +โˆž = ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) ยทe +โˆž ) )
40 37 19 39 sylancl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } +โˆž = ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) ยทe +โˆž ) )
41 hashxrcl โŠข ( { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โˆˆ V โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) โˆˆ โ„* )
42 37 41 syl โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) โˆˆ โ„* )
43 rabn0 โŠข ( { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โ‰  โˆ… โ†” โˆƒ ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต = +โˆž )
44 4 43 sylibr โŠข ( ๐œ‘ โ†’ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โ‰  โˆ… )
45 hashgt0 โŠข ( ( { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โˆˆ V โˆง { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } โ‰  โˆ… ) โ†’ 0 < ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) )
46 37 44 45 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ 0 < ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) )
47 xmulpnf1 โŠข ( ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) โˆˆ โ„* โˆง 0 < ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) ) โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) ยทe +โˆž ) = +โˆž )
48 42 46 47 syl2anc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ( ( โ™ฏ โ€˜ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } ) ยทe +โˆž ) = +โˆž )
49 36 40 48 3eqtrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ { ๐‘˜ โˆˆ ๐ด โˆฃ ๐ต = +โˆž } if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) = +โˆž )
50 31 49 eqtr3d โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) = +โˆž )
51 breq1 โŠข ( +โˆž = if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) โ†’ ( +โˆž โ‰ค ๐ต โ†” if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) โ‰ค ๐ต ) )
52 breq1 โŠข ( 0 = if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) โ†’ ( 0 โ‰ค ๐ต โ†” if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) โ‰ค ๐ต ) )
53 pnfge โŠข ( +โˆž โˆˆ โ„* โ†’ +โˆž โ‰ค +โˆž )
54 16 53 ax-mp โŠข +โˆž โ‰ค +โˆž
55 breq2 โŠข ( ๐ต = +โˆž โ†’ ( +โˆž โ‰ค ๐ต โ†” +โˆž โ‰ค +โˆž ) )
56 54 55 mpbiri โŠข ( ๐ต = +โˆž โ†’ +โˆž โ‰ค ๐ต )
57 56 adantl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โˆง ๐ต = +โˆž ) โ†’ +โˆž โ‰ค ๐ต )
58 3 adantr โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โˆง ยฌ ๐ต = +โˆž ) โ†’ ๐ต โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) )
59 iccgelb โŠข ( ( 0 โˆˆ โ„* โˆง +โˆž โˆˆ โ„* โˆง ๐ต โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) ) โ†’ 0 โ‰ค ๐ต )
60 15 16 59 mp3an12 โŠข ( ๐ต โˆˆ ( 0 [,] +โˆž ) โ†’ 0 โ‰ค ๐ต )
61 58 60 syl โŠข ( ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โˆง ยฌ ๐ต = +โˆž ) โ†’ 0 โ‰ค ๐ต )
62 51 52 57 61 ifbothda โŠข ( ( ๐œ‘ โˆง ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ) โ†’ if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) โ‰ค ๐ต )
63 1 8 2 23 3 62 esumlef โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด if ( ๐ต = +โˆž , +โˆž , 0 ) โ‰ค ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต )
64 50 63 eqbrtrrd โŠข ( ๐œ‘ โ†’ +โˆž โ‰ค ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต )
65 xgepnf โŠข ( ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต โˆˆ โ„* โ†’ ( +โˆž โ‰ค ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต โ†” ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต = +โˆž ) )
66 65 biimpd โŠข ( ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต โˆˆ โ„* โ†’ ( +โˆž โ‰ค ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต = +โˆž ) )
67 11 64 66 sylc โŠข ( ๐œ‘ โ†’ ฮฃ* ๐‘˜ โˆˆ ๐ด ๐ต = +โˆž )