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Theorem xaddass

Description: Associativity of extended real addition. The correct condition here is "it is not the case that both +oo and -oo appear as one of A , B , C , i.e. -. { +oo , -oo } C_ { A , B , C } ", but this condition is difficult to work with, so we break the theorem into two parts: this one, where -oo is not present in A , B , C , and xaddass2 , where +oo is not present. (Contributed by Mario Carneiro, 20-Aug-2015)

Ref Expression
Assertion xaddass A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 recn A A
2 recn B B
3 recn C C
4 addass A B C A + B + C = A + B + C
5 1 2 3 4 syl3an A B C A + B + C = A + B + C
6 5 3expa A B C A + B + C = A + B + C
7 readdcl A B A + B
8 rexadd A + B C A + B + 𝑒 C = A + B + C
9 7 8 sylan A B C A + B + 𝑒 C = A + B + C
10 readdcl B C B + C
11 rexadd A B + C A + 𝑒 B + C = A + B + C
12 10 11 sylan2 A B C A + 𝑒 B + C = A + B + C
13 12 anassrs A B C A + 𝑒 B + C = A + B + C
14 6 9 13 3eqtr4d A B C A + B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + C
15 rexadd A B A + 𝑒 B = A + B
16 15 adantr A B C A + 𝑒 B = A + B
17 16 oveq1d A B C A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + B + 𝑒 C
18 rexadd B C B + 𝑒 C = B + C
19 18 adantll A B C B + 𝑒 C = B + C
20 19 oveq2d A B C A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + C
21 14 17 20 3eqtr4d A B C A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C
22 21 adantll A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A B C A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C
23 oveq2 C = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 +∞
24 simp1l A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A *
25 simp2l A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ B *
26 xaddcl A * B * A + 𝑒 B *
27 24 25 26 syl2anc A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A + 𝑒 B *
28 xaddnemnf A * A −∞ B * B −∞ A + 𝑒 B −∞
29 28 3adant3 A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A + 𝑒 B −∞
30 xaddpnf1 A + 𝑒 B * A + 𝑒 B −∞ A + 𝑒 B + 𝑒 +∞ = +∞
31 27 29 30 syl2anc A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A + 𝑒 B + 𝑒 +∞ = +∞
32 23 31 sylan9eqr A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ C = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = +∞
33 xaddpnf1 A * A −∞ A + 𝑒 +∞ = +∞
34 33 3ad2ant1 A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A + 𝑒 +∞ = +∞
35 34 adantr A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ C = +∞ A + 𝑒 +∞ = +∞
36 32 35 eqtr4d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ C = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 +∞
37 oveq2 C = +∞ B + 𝑒 C = B + 𝑒 +∞
38 xaddpnf1 B * B −∞ B + 𝑒 +∞ = +∞
39 38 3ad2ant2 A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ B + 𝑒 +∞ = +∞
40 37 39 sylan9eqr A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ C = +∞ B + 𝑒 C = +∞
41 40 oveq2d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ C = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 +∞
42 36 41 eqtr4d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ C = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C
43 42 adantlr A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A B C = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C
44 simp3 A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ C * C −∞
45 xrnemnf C * C −∞ C C = +∞
46 44 45 sylib A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ C C = +∞
47 46 adantr A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A B C C = +∞
48 22 43 47 mpjaodan A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A B A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C
49 48 anassrs A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A B A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C
50 xaddpnf2 C * C −∞ +∞ + 𝑒 C = +∞
51 50 3ad2ant3 A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ +∞ + 𝑒 C = +∞
52 51 34 eqtr4d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ +∞ + 𝑒 C = A + 𝑒 +∞
53 52 adantr A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ B = +∞ +∞ + 𝑒 C = A + 𝑒 +∞
54 oveq2 B = +∞ A + 𝑒 B = A + 𝑒 +∞
55 54 34 sylan9eqr A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ B = +∞ A + 𝑒 B = +∞
56 55 oveq1d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ B = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = +∞ + 𝑒 C
57 oveq1 B = +∞ B + 𝑒 C = +∞ + 𝑒 C
58 57 51 sylan9eqr A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ B = +∞ B + 𝑒 C = +∞
59 58 oveq2d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ B = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 +∞
60 53 56 59 3eqtr4d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ B = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C
61 60 adantlr A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A B = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C
62 simpl2 A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A B * B −∞
63 xrnemnf B * B −∞ B B = +∞
64 62 63 sylib A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A B B = +∞
65 49 61 64 mpjaodan A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C
66 simpl3 A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ C * C −∞
67 66 50 syl A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ +∞ + 𝑒 C = +∞
68 simpl2l A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ B *
69 simpl3l A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ C *
70 xaddcl B * C * B + 𝑒 C *
71 68 69 70 syl2anc A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ B + 𝑒 C *
72 simpl2 A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ B * B −∞
73 xaddnemnf B * B −∞ C * C −∞ B + 𝑒 C −∞
74 72 66 73 syl2anc A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ B + 𝑒 C −∞
75 xaddpnf2 B + 𝑒 C * B + 𝑒 C −∞ +∞ + 𝑒 B + 𝑒 C = +∞
76 71 74 75 syl2anc A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ +∞ + 𝑒 B + 𝑒 C = +∞
77 67 76 eqtr4d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ +∞ + 𝑒 C = +∞ + 𝑒 B + 𝑒 C
78 simpr A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ A = +∞
79 78 oveq1d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ A + 𝑒 B = +∞ + 𝑒 B
80 xaddpnf2 B * B −∞ +∞ + 𝑒 B = +∞
81 72 80 syl A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ +∞ + 𝑒 B = +∞
82 79 81 eqtrd A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ A + 𝑒 B = +∞
83 82 oveq1d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = +∞ + 𝑒 C
84 78 oveq1d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = +∞ + 𝑒 B + 𝑒 C
85 77 83 84 3eqtr4d A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A = +∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C
86 simp1 A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A * A −∞
87 xrnemnf A * A −∞ A A = +∞
88 86 87 sylib A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A A = +∞
89 65 85 88 mpjaodan A * A −∞ B * B −∞ C * C −∞ A + 𝑒 B + 𝑒 C = A + 𝑒 B + 𝑒 C