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Theorem sge0ltfirpmpt2

Description: If the extended sum of nonnegative reals is not +oo , then it can be approximated from below by finite subsums. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses sge0ltfirpmpt2.xph ⊢ Ⅎ 𝑥 𝜑
sge0ltfirpmpt2.a ⊢ ( 𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑉 )
sge0ltfirpmpt2.b ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,] +∞ ) )
sge0ltfirpmpt2.rp ⊢ ( 𝜑 → 𝑌 ∈ ℝ+ )
sge0ltfirpmpt2.re ⊢ ( 𝜑 → ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) ∈ ℝ )
Assertion sge0ltfirpmpt2 ( 𝜑 → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵 + 𝑌 ) )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0ltfirpmpt2.xph ⊢ Ⅎ 𝑥 𝜑
2 sge0ltfirpmpt2.a ⊢ ( 𝜑 → 𝐴 ∈ 𝑉 )
3 sge0ltfirpmpt2.b ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,] +∞ ) )
4 sge0ltfirpmpt2.rp ⊢ ( 𝜑 → 𝑌 ∈ ℝ+ )
5 sge0ltfirpmpt2.re ⊢ ( 𝜑 → ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) ∈ ℝ )
6 eqid ⊢ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) = ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 )
7 1 3 6 fmptdf ⊢ ( 𝜑 → ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) : 𝐴 ⟶ ( 0 [,] +∞ ) )
8 2 7 4 5 sge0ltfirp ⊢ ( 𝜑 → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) + 𝑌 ) )
9 simpr ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) + 𝑌 ) ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) + 𝑌 ) )
10 elpwinss ⊢ ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) → 𝑦 ⊆ 𝐴 )
11 10 resmptd ⊢ ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) → ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) = ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) )
12 11 fveq2d ⊢ ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) → ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) = ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) ) )
13 12 adantl ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) = ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) ) )
14 elinel2 ⊢ ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) → 𝑦 ∈ Fin )
15 14 adantl ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → 𝑦 ∈ Fin )
16 nfv ⊢ Ⅎ 𝑥 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin )
17 1 16 nfan ⊢ Ⅎ 𝑥 ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) )
18 simpll ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝑦 ) → 𝜑 )
19 10 sselda ⊢ ( ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ∧ 𝑥 ∈ 𝑦 ) → 𝑥 ∈ 𝐴 )
20 19 adantll ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝑦 ) → 𝑥 ∈ 𝐴 )
21 1 2 3 5 sge0rernmpt ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
22 18 20 21 syl2anc ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑥 ∈ 𝑦 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
23 eqid ⊢ ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) = ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 )
24 17 22 23 fmptdf ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) : 𝑦 ⟶ ( 0 [,) +∞ ) )
25 15 24 sge0fsum ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) ) = Σ 𝑘 ∈ 𝑦 ( ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) ‘ 𝑘 ) )
26 simpr ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑦 ) → 𝑘 ∈ 𝑦 )
27 simpll ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑦 ) → 𝜑 )
28 10 sselda ⊢ ( ( 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑦 ) → 𝑘 ∈ 𝐴 )
29 28 adantll ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑦 ) → 𝑘 ∈ 𝐴 )
30 nfv ⊢ Ⅎ 𝑥 𝑘 ∈ 𝐴
31 1 30 nfan ⊢ Ⅎ 𝑥 ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴 )
32 nfcsb1v ⊢ Ⅎ 𝑥 ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵
33 32 nfel1 ⊢ Ⅎ 𝑥 ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ )
34 31 33 nfim ⊢ Ⅎ 𝑥 ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴 ) → ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
35 eleq1w ⊢ ( 𝑥 = 𝑘 → ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↔ 𝑘 ∈ 𝐴 ) )
36 35 anbi2d ⊢ ( 𝑥 = 𝑘 → ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴 ) ↔ ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴 ) ) )
37 csbeq1a ⊢ ( 𝑥 = 𝑘 → 𝐵 = ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 )
38 37 eleq1d ⊢ ( 𝑥 = 𝑘 → ( 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) ↔ ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) ) )
39 36 38 imbi12d ⊢ ( 𝑥 = 𝑘 → ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐴 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) ) ↔ ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴 ) → ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) ) ) )
40 34 39 21 chvarfv ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝐴 ) → ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
41 27 29 40 syl2anc ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑦 ) → ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
42 nfcv ⊢ Ⅎ 𝑘 𝐵
43 42 32 37 cbvmpt ⊢ ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) = ( 𝑘 ∈ 𝑦 ↦ ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 )
44 43 fvmpt2 ⊢ ( ( 𝑘 ∈ 𝑦 ∧ ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) ) → ( ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) ‘ 𝑘 ) = ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 )
45 26 41 44 syl2anc ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑦 ) → ( ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) ‘ 𝑘 ) = ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 )
46 45 sumeq2dv ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → Σ 𝑘 ∈ 𝑦 ( ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) ‘ 𝑘 ) = Σ 𝑘 ∈ 𝑦 ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 )
47 eqcom ⊢ ( 𝑥 = 𝑘 ↔ 𝑘 = 𝑥 )
48 47 imbi1i ⊢ ( ( 𝑥 = 𝑘 → 𝐵 = ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ) ↔ ( 𝑘 = 𝑥 → 𝐵 = ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ) )
49 eqcom ⊢ ( 𝐵 = ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ↔ ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 = 𝐵 )
50 49 imbi2i ⊢ ( ( 𝑘 = 𝑥 → 𝐵 = ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ) ↔ ( 𝑘 = 𝑥 → ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 = 𝐵 ) )
51 48 50 bitri ⊢ ( ( 𝑥 = 𝑘 → 𝐵 = ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 ) ↔ ( 𝑘 = 𝑥 → ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 = 𝐵 ) )
52 37 51 mpbi ⊢ ( 𝑘 = 𝑥 → ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 = 𝐵 )
53 52 32 42 cbvsum ⊢ Σ 𝑘 ∈ 𝑦 ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 = Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵
54 53 a1i ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → Σ 𝑘 ∈ 𝑦 ⦋ 𝑘 / 𝑥 ⦌ 𝐵 = Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵 )
55 46 54 eqtrd ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → Σ 𝑘 ∈ 𝑦 ( ( 𝑥 ∈ 𝑦 ↦ 𝐵 ) ‘ 𝑘 ) = Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵 )
56 13 25 55 3eqtrd ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) = Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵 )
57 56 oveq1d ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → ( ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) + 𝑌 ) = ( Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵 + 𝑌 ) )
58 57 adantr ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) + 𝑌 ) ) → ( ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) + 𝑌 ) = ( Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵 + 𝑌 ) )
59 9 58 breqtrd ⊢ ( ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) ∧ ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) + 𝑌 ) ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵 + 𝑌 ) )
60 59 ex ⊢ ( ( 𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ) → ( ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) + 𝑌 ) → ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵 + 𝑌 ) ) )
61 60 reximdva ⊢ ( 𝜑 → ( ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( ( Σ^ ‘ ( ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ↾ 𝑦 ) ) + 𝑌 ) → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵 + 𝑌 ) ) )
62 8 61 mpd ⊢ ( 𝜑 → ∃ 𝑦 ∈ ( 𝒫 𝐴 ∩ Fin ) ( Σ^ ‘ ( 𝑥 ∈ 𝐴 ↦ 𝐵 ) ) < ( Σ 𝑥 ∈ 𝑦 𝐵 + 𝑌 ) )