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Theorem cvxcl 20824
Description: Closure of a 0-1 linear combination in a convex set. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Jun-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
cvxcl.1  |-  ( ph  ->  D  C_  RR )
cvxcl.2  |-  ( (
ph  /\  ( x  e.  D  /\  y  e.  D ) )  -> 
( x [,] y
)  C_  D )
Assertion
Ref Expression
cvxcl  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  e.  D )
Distinct variable groups:    x, y, D    ph, x, y    x, X, y    x, Y, y
Allowed substitution hints:    T( x, y)

Proof of Theorem cvxcl
StepHypRef Expression
1 cvxcl.1 . . . . 5  |-  ( ph  ->  D  C_  RR )
21adantr 453 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  D  C_  RR )
3 simpr1 964 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  X  e.  D )
42, 3sseldd 3350 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  X  e.  RR )
5 simpr2 965 . . . 4  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  Y  e.  D )
62, 5sseldd 3350 . . 3  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  Y  e.  RR )
74, 6lttri4d 9215 . 2  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( X  <  Y  \/  X  =  Y  \/  Y  <  X ) )
8 cvxcl.2 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( x  e.  D  /\  y  e.  D ) )  -> 
( x [,] y
)  C_  D )
98ralrimivva 2799 . . . . . 6  |-  ( ph  ->  A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y
)  C_  D )
109ad2antrr 708 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D
)
11 oveq1 6089 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  X  ->  (
x [,] y )  =  ( X [,] y ) )
1211sseq1d 3376 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  X  ->  (
( x [,] y
)  C_  D  <->  ( X [,] y )  C_  D
) )
13 oveq2 6090 . . . . . . . . 9  |-  ( y  =  Y  ->  ( X [,] y )  =  ( X [,] Y
) )
1413sseq1d 3376 . . . . . . . 8  |-  ( y  =  Y  ->  (
( X [,] y
)  C_  D  <->  ( X [,] Y )  C_  D
) )
1512, 14rspc2v 3059 . . . . . . 7  |-  ( ( X  e.  D  /\  Y  e.  D )  ->  ( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D  ->  ( X [,] Y
)  C_  D )
)
163, 5, 15syl2anc 644 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D  ->  ( X [,] Y
)  C_  D )
)
1716adantr 453 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  ( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y
)  C_  D  ->  ( X [,] Y ) 
C_  D ) )
1810, 17mpd 15 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  ( X [,] Y )  C_  D )
19 ax-1cn 9049 . . . . . . . . 9  |-  1  e.  CC
20 unitssre 11043 . . . . . . . . . . 11  |-  ( 0 [,] 1 )  C_  RR
21 simpr3 966 . . . . . . . . . . 11  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  T  e.  ( 0 [,] 1 ) )
2220, 21sseldi 3347 . . . . . . . . . 10  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  T  e.  RR )
2322recnd 9115 . . . . . . . . 9  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  T  e.  CC )
24 nncan 9331 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 1  e.  CC  /\  T  e.  CC )  ->  ( 1  -  (
1  -  T ) )  =  T )
2519, 23, 24sylancr 646 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( 1  -  (
1  -  T ) )  =  T )
2625oveq1d 6097 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( 1  -  ( 1  -  T
) )  x.  X
)  =  ( T  x.  X ) )
2726oveq1d 6097 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( ( 1  -  ( 1  -  T ) )  x.  X )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  =  ( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) ) )
2827adantr 453 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  (
( ( 1  -  ( 1  -  T
) )  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  =  ( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y
) ) )
294adantr 453 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  X  e.  RR )
306adantr 453 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  Y  e.  RR )
31 simpr 449 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  X  <  Y )
32 simplr3 1002 . . . . . . 7  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  T  e.  ( 0 [,] 1
) )
33 iirev 18955 . . . . . . 7  |-  ( T  e.  ( 0 [,] 1 )  ->  (
1  -  T )  e.  ( 0 [,] 1 ) )
3432, 33syl 16 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  (
1  -  T )  e.  ( 0 [,] 1 ) )
35 lincmb01cmp 11039 . . . . . 6  |-  ( ( ( X  e.  RR  /\  Y  e.  RR  /\  X  <  Y )  /\  ( 1  -  T
)  e.  ( 0 [,] 1 ) )  ->  ( ( ( 1  -  ( 1  -  T ) )  x.  X )  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y
) )  e.  ( X [,] Y ) )
3629, 30, 31, 34, 35syl31anc 1188 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  (
( ( 1  -  ( 1  -  T
) )  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  ( X [,] Y ) )
3728, 36eqeltrrd 2512 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  ( X [,] Y ) )
3818, 37sseldd 3350 . . 3  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  < 
Y )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  D )
39 oveq2 6090 . . . . . 6  |-  ( X  =  Y  ->  ( T  x.  X )  =  ( T  x.  Y ) )
4039oveq1d 6097 . . . . 5  |-  ( X  =  Y  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  =  ( ( T  x.  Y )  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y
) ) )
41 pncan3 9314 . . . . . . . 8  |-  ( ( T  e.  CC  /\  1  e.  CC )  ->  ( T  +  ( 1  -  T ) )  =  1 )
4223, 19, 41sylancl 645 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( T  +  ( 1  -  T ) )  =  1 )
4342oveq1d 6097 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  +  ( 1  -  T
) )  x.  Y
)  =  ( 1  x.  Y ) )
44 1re 9091 . . . . . . . . 9  |-  1  e.  RR
45 resubcl 9366 . . . . . . . . 9  |-  ( ( 1  e.  RR  /\  T  e.  RR )  ->  ( 1  -  T
)  e.  RR )
4644, 22, 45sylancr 646 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( 1  -  T
)  e.  RR )
4746recnd 9115 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( 1  -  T
)  e.  CC )
486recnd 9115 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  Y  e.  CC )
4923, 47, 48adddird 9114 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  +  ( 1  -  T
) )  x.  Y
)  =  ( ( T  x.  Y )  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) ) )
5048mulid2d 9107 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( 1  x.  Y
)  =  Y )
5143, 49, 503eqtr3d 2477 . . . . 5  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  x.  Y )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  =  Y )
5240, 51sylan9eqr 2491 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  =  Y )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  =  Y )
535adantr 453 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  =  Y )  ->  Y  e.  D )
5452, 53eqeltrd 2511 . . 3  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  X  =  Y )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  D )
559ad2antrr 708 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D
)
56 oveq1 6089 . . . . . . . . 9  |-  ( x  =  Y  ->  (
x [,] y )  =  ( Y [,] y ) )
5756sseq1d 3376 . . . . . . . 8  |-  ( x  =  Y  ->  (
( x [,] y
)  C_  D  <->  ( Y [,] y )  C_  D
) )
58 oveq2 6090 . . . . . . . . 9  |-  ( y  =  X  ->  ( Y [,] y )  =  ( Y [,] X
) )
5958sseq1d 3376 . . . . . . . 8  |-  ( y  =  X  ->  (
( Y [,] y
)  C_  D  <->  ( Y [,] X )  C_  D
) )
6057, 59rspc2v 3059 . . . . . . 7  |-  ( ( Y  e.  D  /\  X  e.  D )  ->  ( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D  ->  ( Y [,] X
)  C_  D )
)
615, 3, 60syl2anc 644 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y )  C_  D  ->  ( Y [,] X
)  C_  D )
)
6261adantr 453 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  ( A. x  e.  D  A. y  e.  D  ( x [,] y
)  C_  D  ->  ( Y [,] X ) 
C_  D ) )
6355, 62mpd 15 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  ( Y [,] X )  C_  D )
644recnd 9115 . . . . . . . 8  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  ->  X  e.  CC )
6523, 64mulcld 9109 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( T  x.  X
)  e.  CC )
6647, 48mulcld 9109 . . . . . . 7  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( 1  -  T )  x.  Y
)  e.  CC )
6765, 66addcomd 9269 . . . . . 6  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  =  ( ( ( 1  -  T
)  x.  Y )  +  ( T  x.  X ) ) )
6867adantr 453 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  =  ( ( ( 1  -  T )  x.  Y )  +  ( T  x.  X
) ) )
696adantr 453 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  Y  e.  RR )
704adantr 453 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  X  e.  RR )
71 simpr 449 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  Y  <  X )
72 simplr3 1002 . . . . . 6  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  T  e.  ( 0 [,] 1
) )
73 lincmb01cmp 11039 . . . . . 6  |-  ( ( ( Y  e.  RR  /\  X  e.  RR  /\  Y  <  X )  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) )  ->  ( ( ( 1  -  T )  x.  Y )  +  ( T  x.  X
) )  e.  ( Y [,] X ) )
7469, 70, 71, 72, 73syl31anc 1188 . . . . 5  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  (
( ( 1  -  T )  x.  Y
)  +  ( T  x.  X ) )  e.  ( Y [,] X ) )
7568, 74eqeltrd 2511 . . . 4  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  ( Y [,] X ) )
7663, 75sseldd 3350 . . 3  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  Y  < 
X )  ->  (
( T  x.  X
)  +  ( ( 1  -  T )  x.  Y ) )  e.  D )
7738, 54, 763jaodan 1251 . 2  |-  ( ( ( ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1 ) ) )  /\  ( X  <  Y  \/  X  =  Y  \/  Y  <  X ) )  -> 
( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  e.  D )
787, 77mpdan 651 1  |-  ( (
ph  /\  ( X  e.  D  /\  Y  e.  D  /\  T  e.  ( 0 [,] 1
) ) )  -> 
( ( T  x.  X )  +  ( ( 1  -  T
)  x.  Y ) )  e.  D )
Colors of variables: wff set class
Syntax hints:    -> wi 4    /\ wa 360    \/ w3o 936    /\ w3a 937    = wceq 1653    e. wcel 1726   A.wral 2706    C_ wss 3321   class class class wbr 4213  (class class class)co 6082   CCcc 8989   RRcr 8990   0cc0 8991   1c1 8992    + caddc 8994    x. cmul 8996    < clt 9121    - cmin 9292   [,]cicc 10920
This theorem is referenced by:  scvxcvx  20825  jensenlem2  20827  amgmlem  20829
This theorem was proved from axioms:  ax-1 5  ax-2 6  ax-3 7  ax-mp 8  ax-gen 1556  ax-5 1567  ax-17 1627  ax-9 1667  ax-8 1688  ax-13 1728  ax-14 1730  ax-6 1745  ax-7 1750  ax-11 1762  ax-12 1951  ax-ext 2418  ax-sep 4331  ax-nul 4339  ax-pow 4378  ax-pr 4404  ax-un 4702  ax-cnex 9047  ax-resscn 9048  ax-1cn 9049  ax-icn 9050  ax-addcl 9051  ax-addrcl 9052  ax-mulcl 9053  ax-mulrcl 9054  ax-mulcom 9055  ax-addass 9056  ax-mulass 9057  ax-distr 9058  ax-i2m1 9059  ax-1ne0 9060  ax-1rid 9061  ax-rnegex 9062  ax-rrecex 9063  ax-cnre 9064  ax-pre-lttri 9065  ax-pre-lttrn 9066  ax-pre-ltadd 9067  ax-pre-mulgt0 9068
This theorem depends on definitions:  df-bi 179  df-or 361  df-an 362  df-3or 938  df-3an 939  df-tru 1329  df-ex 1552  df-nf 1555  df-sb 1660  df-eu 2286  df-mo 2287  df-clab 2424  df-cleq 2430  df-clel 2433  df-nfc 2562  df-ne 2602  df-nel 2603  df-ral 2711  df-rex 2712  df-reu 2713  df-rab 2715  df-v 2959  df-sbc 3163  df-csb 3253  df-dif 3324  df-un 3326  df-in 3328  df-ss 3335  df-nul 3630  df-if 3741  df-pw 3802  df-sn 3821  df-pr 3822  df-op 3824  df-uni 4017  df-br 4214  df-opab 4268  df-mpt 4269  df-id 4499  df-po 4504  df-so 4505  df-xp 4885  df-rel 4886  df-cnv 4887  df-co 4888  df-dm 4889  df-rn 4890  df-res 4891  df-ima 4892  df-iota 5419  df-fun 5457  df-fn 5458  df-f 5459  df-f1 5460  df-fo 5461  df-f1o 5462  df-fv 5463  df-ov 6085  df-oprab 6086  df-mpt2 6087  df-riota 6550  df-er 6906  df-en 7111  df-dom 7112  df-sdom 7113  df-pnf 9123  df-mnf 9124  df-xr 9125  df-ltxr 9126  df-le 9127  df-sub 9294  df-neg 9295  df-rp 10614  df-icc 10924
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