Theorem c1lip2 26362

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 11294	. . . . 5 ⊢ ℝ ⊆ ℂ
5		1nn0 12660	. . . . 5 ⊢ 1 ∈ ℕ0
6		elcpn 26298	. . . . 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 8903	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) → Fun 𝐹)
12	9, 11	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → Fun 𝐹)
13	12	funfnd 6597	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 Fn dom 𝐹)
14		c1lip2.rn	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ⊆ ℝ)
15		df-f 6568	. . . . . . 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 11318	. . . . . . . . 9 ⊢ ℂ ∈ V
18		reex 11328	. . . . . . . . 9 ⊢ ℝ ∈ V
19	17, 18	elpm2 8938	. . . . . . . 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 26315	. . . . . 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 12501	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (0 + 1) = 1
25	24	fveq2i 6917	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘(0 + 1)) = ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1)
26		0nn0 12659	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 0 ∈ ℕ0
27		dvnp1 26289	. . . . . . . . . . . 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 1482	. . . . . . . . . . 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 2812	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) = (ℝ D ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0)))
31		dvn0 26288	. . . . . . . . . . 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 7465	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (ℝ D ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0)) = (ℝ D 𝐹))
34	30, 33	eqtrd 2798	. . . . . . . 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 2865	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))
38		cncff 25258	. . . . . . 7 ⊢ ((ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ) → (ℝ D 𝐹):dom 𝐹⟶ℂ)
39		fdm 6747	. . . . . . 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 6721	. . . . 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 25263	. . . . 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 25262	. . 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 4723	. . . . . . . . 9 ⊢ ℝ ∈ {ℝ, ℂ}
49		1eluzge0 13045	. . . . . . . . 9 ⊢ 1 ∈ (ℤ≥‘0)
50		cpnord 26299	. . . . . . . . 9 ⊢ ((ℝ ∈ {ℝ, ℂ} ∧ 0 ∈ ℕ0 ∧ 1 ∈ (ℤ≥‘0)) → ((𝒞𝑛‘ℝ)‘1) ⊆ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘0))
51	48, 26, 49, 50	mp3an 1491	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘1) ⊆ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘0)
52	51, 3	sselid 3911	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ ((𝒞𝑛‘ℝ)‘0))
53		elcpn 26298	. . . . . . . . 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 2865	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))
58		cncfcdm 25263	. . . . 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 25262	. . 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 26361	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 1570   ∈ wcel 2147  ∀wral 3080  ∃wrex 3090   ⊆ wss 3900  {cpr 4590   class class class wbr 5106  dom cdm 5656  ran crn 5657   ↾ cres 5658  Fun wfun 6558   Fn wfn 6559  ⟶wf 6560  ‘cfv 6564  (class class class)co 7449   ↑_pm cpm 8884  ℂcc 11235  ℝcr 11236  0cc0 11237  1c1 11238   + caddc 11240   · cmul 11242   ≤ cle 11381   − cmin 11578  ℕ₀cn0 12644  ℤ_≥cuz 13003  [,]cicc 13517  abscabs 15442  –cn→ccncf 25241   D cdv 26227   D^𝑛 cdvn 26228  𝒞^𝑛ccpn 26229

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5236  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7781  ax-inf2 9677  ax-cnex 11293  ax-resscn 11294  ax-1cn 11295  ax-icn 11296  ax-addcl 11297  ax-addrcl 11298  ax-mulcl 11299  ax-mulrcl 11300  ax-mulcom 11301  ax-addass 11302  ax-mulass 11303  ax-distr 11304  ax-i2m1 11305  ax-1ne0 11306  ax-1rid 11307  ax-rnegex 11308  ax-rrecex 11309  ax-cnre 11310  ax-pre-lttri 11311  ax-pre-lttrn 11312  ax-pre-ltadd 11313  ax-pre-mulgt0 11314  ax-pre-sup 11315  ax-addf 11316

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-tp 4593  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-iin 4957  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5551  df-eprel 5556  df-po 5564  df-so 5565  df-fr 5609  df-se 5610  df-we 5611  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-pred 6328  df-ord 6389  df-on 6390  df-lim 6391  df-suc 6392  df-iota 6518  df-fun 6566  df-fn 6567  df-f 6568  df-f1 6569  df-fo 6570  df-f1o 6571  df-fv 6572  df-isom 6573  df-riota 7406  df-ov 7452  df-oprab 7453  df-mpo 7454  df-of 7723  df-om 7910  df-1st 8033  df-2nd 8034  df-supp 8213  df-frecs 8335  df-wrecs 8366  df-recs 8415  df-rdg 8454  df-1o 8512  df-2o 8513  df-er 8753  df-map 8885  df-pm 8886  df-ixp 8962  df-en 9010  df-dom 9011  df-sdom 9012  df-fin 9013  df-fsupp 9390  df-fi 9438  df-sup 9469  df-inf 9470  df-oi 9539  df-card 10055  df-pnf 11382  df-mnf 11383  df-xr 11384  df-ltxr 11385  df-le 11386  df-sub 11580  df-neg 11581  df-div 12012  df-nn 12374  df-2 12443  df-3 12444  df-4 12445  df-5 12446  df-6 12447  df-7 12448  df-8 12449  df-9 12450  df-n0 12645  df-z 12732  df-dec 12853  df-uz 13004  df-q 13114  df-rp 13159  df-xneg 13279  df-xadd 13280  df-xmul 13281  df-ioo 13518  df-ico 13520  df-icc 13521  df-fz 13678  df-fzo 13827  df-seq 14183  df-exp 14243  df-hash 14514  df-cj 15307  df-re 15308  df-im 15309  df-sqrt 15443  df-abs 15444  df-struct 17366  df-sets 17383  df-slot 17401  df-ndx 17413  df-base 17429  df-ress 17450  df-plusg 17482  df-mulr 17483  df-starv 17484  df-sca 17485  df-vsca 17486  df-ip 17487  df-tset 17488  df-ple 17489  df-ds 17491  df-unif 17492  df-hom 17493  df-cco 17494  df-rest 17634  df-topn 17635  df-0g 17653  df-gsum 17654  df-topgen 17655  df-pt 17656  df-prds 17659  df-xrs 17715  df-qtop 17720  df-imas 17721  df-xps 17723  df-mre 17797  df-mrc 17798  df-acs 17800  df-mgm 18857  df-sgrp 18949  df-mnd 18965  df-submnd 19020  df-mulg 19319  df-cntz 19573  df-cmn 20038  df-psmet 21712  df-xmet 21713  df-met 21714  df-bl 21715  df-mopn 21716  df-fbas 21717  df-fg 21718  df-cnfld 21721  df-top 23256  df-topon 23273  df-topsp 23295  df-bases 23308  df-cld 23381  df-ntr 23382  df-cls 23383  df-nei 23460  df-lp 23498  df-perf 23499  df-cn 23589  df-cnp 23590  df-haus 23677  df-cmp 23749  df-tx 23925  df-hmeo 24118  df-fil 24209  df-fm 24301  df-flim 24302  df-flf 24303  df-xms 24683  df-ms 24684  df-tms 24685  df-cncf 25243  df-limc 26230  df-dv 26231  df-dvn 26232  df-cpn 26233

This theorem is used by:  c1lip3  26363