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Theorem sge0gtfsumgt

Description: If the generalized sum of nonnegative reals is larger than a given number, then that number can be dominated by a finite subsum. (Contributed by Glauco Siliprandi, 21-Nov-2020)

Ref Expression
Hypotheses sge0gtfsumgt.k 𝑘 𝜑
sge0gtfsumgt.a ( 𝜑𝐴𝑉 )
sge0gtfsumgt.b ( ( 𝜑𝑘𝐴 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
sge0gtfsumgt.c ( 𝜑𝐶 ∈ ℝ )
sge0gtfsumgt.l ( 𝜑𝐶 < ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) )
Assertion sge0gtfsumgt ( 𝜑 → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) 𝐶 < Σ 𝑘𝑦 𝐵 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0gtfsumgt.k 𝑘 𝜑
2 sge0gtfsumgt.a ( 𝜑𝐴𝑉 )
3 sge0gtfsumgt.b ( ( 𝜑𝑘𝐴 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
4 sge0gtfsumgt.c ( 𝜑𝐶 ∈ ℝ )
5 sge0gtfsumgt.l ( 𝜑𝐶 < ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) )
6 nfcv 𝑘 Σ^
7 nfmpt1 𝑘 ( 𝑘𝐴𝐵 )
8 6 7 nffv 𝑘 ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) )
9 nfcv 𝑘
10 8 9 nfel 𝑘 ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ
11 1 10 nfan 𝑘 ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ )
12 2 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → 𝐴𝑉 )
13 icossicc ( 0 [,) +∞ ) ⊆ ( 0 [,] +∞ )
14 13 3 sselid ( ( 𝜑𝑘𝐴 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,] +∞ ) )
15 14 adantlr ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑘𝐴 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,] +∞ ) )
16 5 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → 𝐶 < ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) )
17 4 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → 𝐶 ∈ ℝ )
18 simpr ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ )
19 difrp ( ( 𝐶 ∈ ℝ ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ( 𝐶 < ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ↔ ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ∈ ℝ+ ) )
20 17 18 19 syl2anc ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ( 𝐶 < ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ↔ ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ∈ ℝ+ ) )
21 16 20 mpbid ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ∈ ℝ+ )
22 11 12 15 21 18 sge0ltfirpmpt2 ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) )
23 simpr ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) )
24 nfv 𝑘 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin )
25 1 24 nfan 𝑘 ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) )
26 elinel2 ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) → 𝑦 ∈ Fin )
27 26 adantl ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → 𝑦 ∈ Fin )
28 simpll ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑘𝑦 ) → 𝜑 )
29 elpwinss ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) → 𝑦𝐴 )
30 29 adantr ( ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ∧ 𝑘𝑦 ) → 𝑦𝐴 )
31 simpr ( ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ∧ 𝑘𝑦 ) → 𝑘𝑦 )
32 30 31 sseldd ( ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ∧ 𝑘𝑦 ) → 𝑘𝐴 )
33 32 adantll ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑘𝑦 ) → 𝑘𝐴 )
34 rge0ssre ( 0 [,) +∞ ) ⊆ ℝ
35 34 3 sselid ( ( 𝜑𝑘𝐴 ) → 𝐵 ∈ ℝ )
36 28 33 35 syl2anc ( ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑘𝑦 ) → 𝐵 ∈ ℝ )
37 25 27 36 fsumreclf ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → Σ 𝑘𝑦 𝐵 ∈ ℝ )
38 37 recnd ( ( 𝜑𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → Σ 𝑘𝑦 𝐵 ∈ ℂ )
39 38 ad4ant13 ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → Σ 𝑘𝑦 𝐵 ∈ ℂ )
40 18 ad2antrr ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ )
41 40 recnd ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℂ )
42 17 ad2antrr ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → 𝐶 ∈ ℝ )
43 42 recnd ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → 𝐶 ∈ ℂ )
44 41 43 subcld ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ∈ ℂ )
45 39 44 addcomd ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) = ( ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) + Σ 𝑘𝑦 𝐵 ) )
46 23 45 breqtrd ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) + Σ 𝑘𝑦 𝐵 ) )
47 40 42 resubcld ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ∈ ℝ )
48 37 ad4ant13 ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → Σ 𝑘𝑦 𝐵 ∈ ℝ )
49 40 47 48 ltsubadd2d ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) < Σ 𝑘𝑦 𝐵 ↔ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) + Σ 𝑘𝑦 𝐵 ) ) )
50 46 49 mpbird ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) < Σ 𝑘𝑦 𝐵 )
51 41 43 nncand ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) = 𝐶 )
52 51 breq1d ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → ( ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) < Σ 𝑘𝑦 𝐵𝐶 < Σ 𝑘𝑦 𝐵 ) )
53 50 52 mpbid ( ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) ) → 𝐶 < Σ 𝑘𝑦 𝐵 )
54 53 ex ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) → 𝐶 < Σ 𝑘𝑦 𝐵 ) )
55 54 reximdva ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ( ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) < ( Σ 𝑘𝑦 𝐵 + ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) − 𝐶 ) ) → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) 𝐶 < Σ 𝑘𝑦 𝐵 ) )
56 22 55 mpd ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) 𝐶 < Σ 𝑘𝑦 𝐵 )
57 simpl ( ( 𝜑 ∧ ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → 𝜑 )
58 simpr ( ( 𝜑 ∧ ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ )
59 eqid ( 𝑘𝐴𝐵 ) = ( 𝑘𝐴𝐵 )
60 1 3 59 fmptdf ( 𝜑 → ( 𝑘𝐴𝐵 ) : 𝐴 ⟶ ( 0 [,) +∞ ) )
61 13 a1i ( 𝜑 → ( 0 [,) +∞ ) ⊆ ( 0 [,] +∞ ) )
62 60 61 fssd ( 𝜑 → ( 𝑘𝐴𝐵 ) : 𝐴 ⟶ ( 0 [,] +∞ ) )
63 2 62 sge0repnf ( 𝜑 → ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ↔ ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ ) )
64 63 adantr ( ( 𝜑 ∧ ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ↔ ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ ) )
65 58 64 mtbid ( ( 𝜑 ∧ ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ¬ ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ )
66 notnotb ( ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ ↔ ¬ ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ )
67 65 66 sylibr ( ( 𝜑 ∧ ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ )
68 8 nfeq1 𝑘 ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞
69 1 68 nfan 𝑘 ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ )
70 2 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ ) → 𝐴𝑉 )
71 3 adantlr ( ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ ) ∧ 𝑘𝐴 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
72 simpr ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ )
73 4 adantr ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ ) → 𝐶 ∈ ℝ )
74 69 70 71 72 73 sge0pnffsumgt ( ( 𝜑 ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) = +∞ ) → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) 𝐶 < Σ 𝑘𝑦 𝐵 )
75 57 67 74 syl2anc ( ( 𝜑 ∧ ¬ ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝐴𝐵 ) ) ∈ ℝ ) → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) 𝐶 < Σ 𝑘𝑦 𝐵 )
76 56 75 pm2.61dan ( 𝜑 → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) 𝐶 < Σ 𝑘𝑦 𝐵 )