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Theorem sge0uzfsumgt

Description: If a real number is smaller than a generalized sum of nonnegative reals, then it is smaller than some finite subsum. (Contributed by Glauco Siliprandi, 21-Nov-2020)

Ref Expression
Hypotheses sge0uzfsumgt.p 𝑘 𝜑
sge0uzfsumgt.h ( 𝜑𝐾 ∈ ℤ )
sge0uzfsumgt.z 𝑍 = ( ℤ𝐾 )
sge0uzfsumgt.b ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
sge0uzfsumgt.c ( 𝜑𝐶 ∈ ℝ )
sge0uzfsumgt.l ( 𝜑𝐶 < ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝑍𝐵 ) ) )
Assertion sge0uzfsumgt ( 𝜑 → ∃ 𝑚𝑍 𝐶 < Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 )

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 sge0uzfsumgt.p 𝑘 𝜑
2 sge0uzfsumgt.h ( 𝜑𝐾 ∈ ℤ )
3 sge0uzfsumgt.z 𝑍 = ( ℤ𝐾 )
4 sge0uzfsumgt.b ( ( 𝜑𝑘𝑍 ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
5 sge0uzfsumgt.c ( 𝜑𝐶 ∈ ℝ )
6 sge0uzfsumgt.l ( 𝜑𝐶 < ( Σ^ ‘ ( 𝑘𝑍𝐵 ) ) )
7 3 fvexi 𝑍 ∈ V
8 7 a1i ( 𝜑𝑍 ∈ V )
9 1 8 4 5 6 sge0gtfsumgt ( 𝜑 → ∃ 𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 )
10 2 3ad2ant1 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) ∧ 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) → 𝐾 ∈ ℤ )
11 elpwinss ( 𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) → 𝑥𝑍 )
12 11 3ad2ant2 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) ∧ 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) → 𝑥𝑍 )
13 elinel2 ( 𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) → 𝑥 ∈ Fin )
14 13 3ad2ant2 ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) ∧ 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) → 𝑥 ∈ Fin )
15 10 3 12 14 uzfissfz ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) ∧ 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) → ∃ 𝑚𝑍 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) )
16 5 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) ∧ 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 𝐶 ∈ ℝ )
17 nfv 𝑘 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 )
18 1 17 nfan 𝑘 ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) )
19 fzfid ( ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → ( 𝐾 ... 𝑚 ) ∈ Fin )
20 simpr ( ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) )
21 19 20 ssfid ( ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 𝑥 ∈ Fin )
22 simpll ( ( ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) ∧ 𝑘𝑥 ) → 𝜑 )
23 20 sselda ( ( ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) ∧ 𝑘𝑥 ) → 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) )
24 rge0ssre ( 0 [,) +∞ ) ⊆ ℝ
25 fzssuz ( 𝐾 ... 𝑚 ) ⊆ ( ℤ𝐾 )
26 25 3 sseqtrri ( 𝐾 ... 𝑚 ) ⊆ 𝑍
27 id ( 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) → 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) )
28 26 27 sselid ( 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) → 𝑘𝑍 )
29 28 4 sylan2 ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) )
30 24 29 sselid ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 𝐵 ∈ ℝ )
31 22 23 30 syl2anc ( ( ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) ∧ 𝑘𝑥 ) → 𝐵 ∈ ℝ )
32 18 21 31 fsumreclf ( ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → Σ 𝑘𝑥 𝐵 ∈ ℝ )
33 32 adantlr ( ( ( 𝜑𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) ∧ 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → Σ 𝑘𝑥 𝐵 ∈ ℝ )
34 fzfid ( 𝜑 → ( 𝐾 ... 𝑚 ) ∈ Fin )
35 1 34 30 fsumreclf ( 𝜑 → Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 ∈ ℝ )
36 35 ad2antrr ( ( ( 𝜑𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) ∧ 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 ∈ ℝ )
37 simplr ( ( ( 𝜑𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) ∧ 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 )
38 30 adantlr ( ( ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 𝐵 ∈ ℝ )
39 0xr 0 ∈ ℝ*
40 39 a1i ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 0 ∈ ℝ* )
41 pnfxr +∞ ∈ ℝ*
42 41 a1i ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → +∞ ∈ ℝ* )
43 icogelb ( ( 0 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ*𝐵 ∈ ( 0 [,) +∞ ) ) → 0 ≤ 𝐵 )
44 40 42 29 43 syl3anc ( ( 𝜑𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 0 ≤ 𝐵 )
45 44 adantlr ( ( ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) ∧ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 0 ≤ 𝐵 )
46 18 19 38 45 20 fsumlessf ( ( 𝜑𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → Σ 𝑘𝑥 𝐵 ≤ Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 )
47 46 adantlr ( ( ( 𝜑𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) ∧ 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → Σ 𝑘𝑥 𝐵 ≤ Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 )
48 16 33 36 37 47 ltletrd ( ( ( 𝜑𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) ∧ 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) ) → 𝐶 < Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 )
49 48 ex ( ( 𝜑𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) → ( 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) → 𝐶 < Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 ) )
50 49 adantr ( ( ( 𝜑𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) ∧ 𝑚𝑍 ) → ( 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) → 𝐶 < Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 ) )
51 50 3adantl2 ( ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) ∧ 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) ∧ 𝑚𝑍 ) → ( 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) → 𝐶 < Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 ) )
52 51 reximdva ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) ∧ 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) → ( ∃ 𝑚𝑍 𝑥 ⊆ ( 𝐾 ... 𝑚 ) → ∃ 𝑚𝑍 𝐶 < Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 ) )
53 15 52 mpd ( ( 𝜑𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) ∧ 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 ) → ∃ 𝑚𝑍 𝐶 < Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 )
54 53 3exp ( 𝜑 → ( 𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) → ( 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 → ∃ 𝑚𝑍 𝐶 < Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 ) ) )
55 54 rexlimdv ( 𝜑 → ( ∃ 𝑥 ∈ ( 𝒫 𝑍 ∩ Fin ) 𝐶 < Σ 𝑘𝑥 𝐵 → ∃ 𝑚𝑍 𝐶 < Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 ) )
56 9 55 mpd ( 𝜑 → ∃ 𝑚𝑍 𝐶 < Σ 𝑘 ∈ ( 𝐾 ... 𝑚 ) 𝐵 )