Theorem c1lip2 26324

Description: C^1 functions are Lipschitz continuous on closed intervals. (Contributed by Stefan O'Rear, 16-Nov-2014.) (Revised by Stefan O'Rear, 6-May-2015.)

Hypotheses

Ref	Expression
c1lip2.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
c1lip2.b	⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
c1lip2.f	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘1))
c1lip2.rn	⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ⊆ ℝ)
c1lip2.dm	⊢ (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ dom 𝐹)

Assertion

Ref	Expression
c1lip2	⊢ (𝜑 → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)∀𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)(abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝑥))) ≤ (𝑘 · (abs‘(𝑦 − 𝑥))))

Distinct variable groups:   𝜑,𝑥,𝑦,𝑘   𝑥,𝐴,𝑦,𝑘   𝑥,𝐵,𝑦,𝑘   𝑥,𝐹,𝑦,𝑘

Proof of Theorem c1lip2

Step	Hyp	Ref	Expression
1		c1lip2.a	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ∈ ℝ)
2		c1lip2.b	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐵 ∈ ℝ)
3		c1lip2.f	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘1))
4		ax-resscn 11261	. . . . 5 ⊢ ℝ ⊆ ℂ
5		1nn0 12626	. . . . 5 ⊢ 1 ∈ ℕ0
6		elcpn 26260	. . . . 5 ⊢ ((ℝ ⊆ ℂ ∧ 1 ∈ ℕ0) → (𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘1) ↔ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ∧ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))))
7	4, 5, 6	mp2an 705	. . . 4 ⊢ (𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘1) ↔ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ∧ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ)))
8	7	simplbi 502	. . 3 ⊢ (𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘1) → 𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ))
9	3, 8	syl 18	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ))
10		c1lip2.dm	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ dom 𝐹)
11		pmfun 8871	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) → Fun 𝐹)
12	9, 11	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → Fun 𝐹)
13	12	funfnd 6572	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 Fn dom 𝐹)
14		c1lip2.rn	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ⊆ ℝ)
15		df-f 6543	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹:dom 𝐹⟶ℝ ↔ (𝐹 Fn dom 𝐹 ∧ ran 𝐹 ⊆ ℝ))
16	13, 14, 15	sylanbrc 595	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹:dom 𝐹⟶ℝ)
17		cnex 11285	. . . . . . . . 9 ⊢ ℂ ∈ V
18		reex 11295	. . . . . . . . 9 ⊢ ℝ ∈ V
19	17, 18	elpm2 8906	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ↔ (𝐹:dom 𝐹⟶ℂ ∧ dom 𝐹 ⊆ ℝ))
20	19	simprbi 503	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) → dom 𝐹 ⊆ ℝ)
21	9, 20	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → dom 𝐹 ⊆ ℝ)
22		dvfre 26277	. . . . . 6 ⊢ ((𝐹:dom 𝐹⟶ℝ ∧ dom 𝐹 ⊆ ℝ) → (ℝ D 𝐹):dom (ℝ D 𝐹)⟶ℝ)
23	16, 21, 22	syl2anc 596	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (ℝ D 𝐹):dom (ℝ D 𝐹)⟶ℝ)
24		0p1e1 12467	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (0 + 1) = 1
25	24	fveq2i 6889	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘(0 + 1)) = ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1)
26		0nn0 12625	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 0 ∈ ℕ0
27		dvnp1 26251	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((ℝ ⊆ ℂ ∧ 𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ∧ 0 ∈ ℕ0) → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘(0 + 1)) = (ℝ D ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0)))
28	4, 26, 27	mp3an13 1481	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘(0 + 1)) = (ℝ D ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0)))
29	9, 28	syl 18	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘(0 + 1)) = (ℝ D ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0)))
30	25, 29	eqtr3id 2809	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) = (ℝ D ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0)))
31		dvn0 26250	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((ℝ ⊆ ℂ ∧ 𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ)) → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0) = 𝐹)
32	4, 9, 31	sylancr 599	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0) = 𝐹)
33	32	oveq2d 7437	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (ℝ D ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0)) = (ℝ D 𝐹))
34	30, 33	eqtrd 2795	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) = (ℝ D 𝐹))
35	7	simprbi 503	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘1) → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))
36	3, 35	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))
37	34, 36	eqeltrrd 2861	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))
38		cncff 25220	. . . . . . 7 ⊢ ((ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ) → (ℝ D 𝐹):dom 𝐹⟶ℂ)
39		fdm 6720	. . . . . . 7 ⊢ ((ℝ D 𝐹):dom 𝐹⟶ℂ → dom (ℝ D 𝐹) = dom 𝐹)
40	37, 38, 39	3syl 19	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → dom (ℝ D 𝐹) = dom 𝐹)
41	40	feq2d 6694	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D 𝐹):dom (ℝ D 𝐹)⟶ℝ ↔ (ℝ D 𝐹):dom 𝐹⟶ℝ))
42	23, 41	mpbid 235	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (ℝ D 𝐹):dom 𝐹⟶ℝ)
43		cncfcdm 25225	. . . . 5 ⊢ ((ℝ ⊆ ℂ ∧ (ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ)) → ((ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℝ) ↔ (ℝ D 𝐹):dom 𝐹⟶ℝ))
44	4, 37, 43	sylancr 599	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℝ) ↔ (ℝ D 𝐹):dom 𝐹⟶ℝ))
45	42, 44	mpbird 260	. . 3 ⊢ (𝜑 → (ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℝ))
46		rescncf 25224	. . 3 ⊢ ((𝐴[,]𝐵) ⊆ dom 𝐹 → ((ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℝ) → ((ℝ D 𝐹) ↾ (𝐴[,]𝐵)) ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ)))
47	10, 45, 46	sylc 66	. 2 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D 𝐹) ↾ (𝐴[,]𝐵)) ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ))
48	18	prid1 4719	. . . . . . . . 9 ⊢ ℝ ∈ {ℝ, ℂ}
49		1eluzge0 13011	. . . . . . . . 9 ⊢ 1 ∈ (ℤ≥‘0)
50		cpnord 26261	. . . . . . . . 9 ⊢ ((ℝ ∈ {ℝ, ℂ} ∧ 0 ∈ ℕ0 ∧ 1 ∈ (ℤ≥‘0)) → ((𝒞𝑛‘ℝ)‘1) ⊆ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘0))
51	48, 26, 49, 50	mp3an 1490	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘1) ⊆ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘0)
52	51, 3	sselid 3906	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘0))
53		elcpn 26260	. . . . . . . . 9 ⊢ ((ℝ ⊆ ℂ ∧ 0 ∈ ℕ0) → (𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘0) ↔ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ∧ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))))
54	4, 26, 53	mp2an 705	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘0) ↔ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ∧ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ)))
55	54	simprbi 503	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘0) → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))
56	52, 55	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))
57	32, 56	eqeltrrd 2861	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))
58		cncfcdm 25225	. . . . 5 ⊢ ((ℝ ⊆ ℂ ∧ 𝐹 ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ)) → (𝐹 ∈ (dom 𝐹–cn→ℝ) ↔ 𝐹:dom 𝐹⟶ℝ))
59	4, 57, 58	sylancr 599	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∈ (dom 𝐹–cn→ℝ) ↔ 𝐹:dom 𝐹⟶ℝ))
60	16, 59	mpbird 260	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (dom 𝐹–cn→ℝ))
61		rescncf 25224	. . 3 ⊢ ((𝐴[,]𝐵) ⊆ dom 𝐹 → (𝐹 ∈ (dom 𝐹–cn→ℝ) → (𝐹 ↾ (𝐴[,]𝐵)) ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ)))
62	10, 60, 61	sylc 66	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ↾ (𝐴[,]𝐵)) ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ))
63	1, 2, 9, 47, 62	c1lip1 26323	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑘 ∈ ℝ ∀𝑥 ∈ (𝐴[,]𝐵)∀𝑦 ∈ (𝐴[,]𝐵)(abs‘((𝐹‘𝑦) − (𝐹‘𝑥))) ≤ (𝑘 · (abs‘(𝑦 − 𝑥))))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1569   ∈ wcel 2144  ∀wral 3076  ∃wrex 3086   ⊆ wss 3895  {cpr 4586   class class class wbr 5102  dom cdm 5650  ran crn 5651   ↾ cres 5652  Fun wfun 6533   Fn wfn 6534  ⟶wf 6535  ‘cfv 6539  (class class class)co 7421   ↑_pm cpm 8852  ℂcc 11202  ℝcr 11203  0cc0 11204  1c1 11205   + caddc 11207   · cmul 11209   ≤ cle 11348   − cmin 11545  ℕ₀cn0 12610  ℤ_≥cuz 12969  [,]cicc 13483  abscabs 15407  –cn→ccncf 25203   D cdv 26189   D^𝑛 cdvn 26190  𝒞^𝑛ccpn 26191

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7752  ax-inf2 9646  ax-cnex 11260  ax-resscn 11261  ax-1cn 11262  ax-icn 11263  ax-addcl 11264  ax-addrcl 11265  ax-mulcl 11266  ax-mulrcl 11267  ax-mulcom 11268  ax-addass 11269  ax-mulass 11270  ax-distr 11271  ax-i2m1 11272  ax-1ne0 11273  ax-1rid 11274  ax-rnegex 11275  ax-rrecex 11276  ax-cnre 11277  ax-pre-lttri 11278  ax-pre-lttrn 11279  ax-pre-ltadd 11280  ax-pre-mulgt0 11281  ax-pre-sup 11282  ax-addf 11283

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-pss 4014  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-tp 4589  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-iin 4953  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5545  df-eprel 5550  df-po 5558  df-so 5559  df-fr 5603  df-se 5604  df-we 5605  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-isom 6548  df-riota 7378  df-ov 7424  df-oprab 7425  df-mpo 7426  df-of 7694  df-om 7879  df-1st 8002  df-2nd 8003  df-supp 8181  df-frecs 8303  df-wrecs 8334  df-recs 8383  df-rdg 8422  df-1o 8480  df-2o 8481  df-er 8721  df-map 8853  df-pm 8854  df-ixp 8930  df-en 8978  df-dom 8979  df-sdom 8980  df-fin 8981  df-fsupp 9358  df-fi 9407  df-sup 9438  df-inf 9439  df-oi 9508  df-card 10024  df-pnf 11349  df-mnf 11350  df-xr 11351  df-ltxr 11352  df-le 11353  df-sub 11547  df-neg 11548  df-div 11978  df-nn 12340  df-2 12409  df-3 12410  df-4 12411  df-5 12412  df-6 12413  df-7 12414  df-8 12415  df-9 12416  df-n0 12611  df-z 12698  df-dec 12819  df-uz 12970  df-q 13080  df-rp 13125  df-xneg 13245  df-xadd 13246  df-xmul 13247  df-ioo 13484  df-ico 13486  df-icc 13487  df-fz 13644  df-fzo 13793  df-seq 14149  df-exp 14209  df-hash 14479  df-cj 15272  df-re 15273  df-im 15274  df-sqrt 15408  df-abs 15409  df-struct 17331  df-sets 17348  df-slot 17366  df-ndx 17378  df-base 17394  df-ress 17415  df-plusg 17447  df-mulr 17448  df-starv 17449  df-sca 17450  df-vsca 17451  df-ip 17452  df-tset 17453  df-ple 17454  df-ds 17456  df-unif 17457  df-hom 17458  df-cco 17459  df-rest 17599  df-topn 17600  df-0g 17618  df-gsum 17619  df-topgen 17620  df-pt 17621  df-prds 17624  df-xrs 17680  df-qtop 17685  df-imas 17686  df-xps 17688  df-mre 17762  df-mrc 17763  df-acs 17765  df-mgm 18822  df-sgrp 18914  df-mnd 18930  df-submnd 18985  df-mulg 19284  df-cntz 19537  df-cmn 20002  df-psmet 21676  df-xmet 21677  df-met 21678  df-bl 21679  df-mopn 21680  df-fbas 21681  df-fg 21682  df-cnfld 21685  df-top 23218  df-topon 23235  df-topsp 23257  df-bases 23270  df-cld 23343  df-ntr 23344  df-cls 23345  df-nei 23422  df-lp 23460  df-perf 23461  df-cn 23551  df-cnp 23552  df-haus 23639  df-cmp 23711  df-tx 23887  df-hmeo 24080  df-fil 24171  df-fm 24263  df-flim 24264  df-flf 24265  df-xms 24645  df-ms 24646  df-tms 24647  df-cncf 25205  df-limc 26192  df-dv 26193  df-dvn 26194  df-cpn 26195

This theorem is used by:  c1lip3  26325