Theorem c1lip2 26188

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 ∈ ((𝓑C𝑛‘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 ∈ ((𝓑C𝑛‘ℝ)‘1))
4		ax-resscn 11168	. . . . 5 ⊢ ℝ ⊆ ℂ
5		1nn0 12531	. . . . 5 ⊢ 1 ∈ ℕ0
6		elcpn 26124	. . . . 5 ⊢ ((ℝ ⊆ ℂ ∧ 1 ∈ ℕ0) → (𝐹 ∈ ((𝓑C𝑛‘ℝ)‘1) ↔ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ∧ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))))
7	4, 5, 6	mp2an 705	. . . 4 ⊢ (𝐹 ∈ ((𝓑C𝑛‘ℝ)‘1) ↔ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ∧ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ)))
8	7	simplbi 502	. . 3 ⊢ (𝐹 ∈ ((𝓑C𝑛‘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 8846	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) → Fun 𝐹)
12	9, 11	syl 18	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → Fun 𝐹)
13	12	funfnd 6571	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 Fn dom 𝐹)
14		c1lip2.rn	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ran 𝐹 ⊆ ℝ)
15		df-f 6544	. . . . . . 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 11192	. . . . . . . . 9 ⊢ ℂ ∈ V
18		reex 11202	. . . . . . . . 9 ⊢ ℝ ∈ V
19	17, 18	elpm2 8874	. . . . . . . 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 26141	. . . . . 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 12372	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (0 + 1) = 1
25	24	fveq2i 6888	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘(0 + 1)) = ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1)
26		0nn0 12530	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ 0 ∈ ℕ0
27		dvnp1 26115	. . . . . . . . . . . 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 2814	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) = (ℝ D ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0)))
31		dvn0 26114	. . . . . . . . . . 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 7432	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → (ℝ D ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0)) = (ℝ D 𝐹))
34	30, 33	eqtrd 2800	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → ((ℝ D𝑛 𝐹)‘1) = (ℝ D 𝐹))
35	7	simprbi 503	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝐹 ∈ ((𝓑C𝑛‘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 2866	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))
38		cncff 25083	. . . . . . 7 ⊢ ((ℝ D 𝐹) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ) → (ℝ D 𝐹):dom 𝐹⟶ℂ)
39		fdm 6719	. . . . . . 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 6693	. . . . 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 25088	. . . . 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 25087	. . 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 4730	. . . . . . . . 9 ⊢ ℝ ∈ {ℝ, ℂ}
49		1eluzge0 12916	. . . . . . . . 9 ⊢ 1 ∈ (ℤ≥‘0)
50		cpnord 26125	. . . . . . . . 9 ⊢ ((ℝ ∈ {ℝ, ℂ} ∧ 0 ∈ ℕ0 ∧ 1 ∈ (ℤ≥‘0)) → ((𝓑C𝑛‘ℝ)‘1) ⊆ ((𝓑C𝑛‘ℝ)‘0))
51	48, 26, 49, 50	mp3an 1490	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝓑C𝑛‘ℝ)‘1) ⊆ ((𝓑C𝑛‘ℝ)‘0)
52	51, 3	sselid 3936	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ ((𝓑C𝑛‘ℝ)‘0))
53		elcpn 26124	. . . . . . . . 9 ⊢ ((ℝ ⊆ ℂ ∧ 0 ∈ ℕ0) → (𝐹 ∈ ((𝓑C𝑛‘ℝ)‘0) ↔ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ∧ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))))
54	4, 26, 53	mp2an 705	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐹 ∈ ((𝓑C𝑛‘ℝ)‘0) ↔ (𝐹 ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ∧ ((ℝ D𝑛 𝐹)‘0) ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ)))
55	54	simprbi 503	. . . . . . 7 ⊢ (𝐹 ∈ ((𝓑C𝑛‘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 2866	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ (dom 𝐹–cn→ℂ))
58		cncfcdm 25088	. . . . 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 25087	. . 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 26187	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 2146  ∀wral 3081  ∃wrex 3091   ⊆ wss 3906  {cpr 4593   class class class wbr 5111  dom cdm 5663  ran crn 5664   ↾ cres 5665  Fun wfun 6534   Fn wfn 6535  ⟶wf 6536  ‘cfv 6540  (class class class)co 7416   ↑_pm cpm 8827  ℂcc 11109  ℝcr 11110  0cc0 11111  1c1 11112   + caddc 11114   · cmul 11116   ≤ cle 11255   − cmin 11452  ℕ₀cn0 12515  ℤ_≥cuz 12874  [,]cicc 13387  abscabs 15305  –cn→ccncf 25066   D cdv 26053   D^𝑛 cdvn 26054  𝓑C^𝑛ccpn 26055

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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2195  ax-12 2216  ax-ext 2737  ax-rep 5240  ax-sep 5259  ax-nul 5271  ax-pow 5338  ax-pr 5406  ax-un 7738  ax-inf2 9613  ax-cnex 11167  ax-resscn 11168  ax-1cn 11169  ax-icn 11170  ax-addcl 11171  ax-addrcl 11172  ax-mulcl 11173  ax-mulrcl 11174  ax-mulcom 11175  ax-addass 11176  ax-mulass 11177  ax-distr 11178  ax-i2m1 11179  ax-1ne0 11180  ax-1rid 11181  ax-rnegex 11182  ax-rrecex 11183  ax-cnre 11184  ax-pre-lttri 11185  ax-pre-lttrn 11186  ax-pre-ltadd 11187  ax-pre-mulgt0 11188  ax-pre-sup 11189  ax-addf 11190

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 2100  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3067  df-ral 3082  df-rex 3092  df-rmo 3371  df-reu 3372  df-rab 3419  df-v 3459  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4287  df-if 4490  df-pw 4566  df-sn 4592  df-pr 4594  df-tp 4596  df-op 4598  df-uni 4875  df-int 4915  df-iun 4960  df-iin 4961  df-br 5112  df-opab 5176  df-mpt 5195  df-tr 5221  df-id 5558  df-eprel 5563  df-po 5571  df-so 5572  df-fr 5616  df-se 5617  df-we 5618  df-xp 5669  df-rel 5670  df-cnv 5671  df-co 5672  df-dm 5673  df-rn 5674  df-res 5675  df-ima 5676  df-pred 6306  df-ord 6367  df-on 6368  df-lim 6369  df-suc 6370  df-iota 6496  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-isom 6549  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-of 7680  df-om 7865  df-1st 7988  df-2nd 7989  df-supp 8159  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-2o 8456  df-er 8696  df-map 8828  df-pm 8829  df-ixp 8898  df-en 8946  df-dom 8947  df-sdom 8948  df-fin 8949  df-fsupp 9325  df-fi 9374  df-sup 9405  df-inf 9406  df-oi 9475  df-card 9937  df-pnf 11256  df-mnf 11257  df-xr 11258  df-ltxr 11259  df-le 11260  df-sub 11454  df-neg 11455  df-div 11883  df-nn 12245  df-2 12314  df-3 12315  df-4 12316  df-5 12317  df-6 12318  df-7 12319  df-8 12320  df-9 12321  df-n0 12516  df-z 12603  df-dec 12724  df-uz 12875  df-q 12985  df-rp 13029  df-xneg 13149  df-xadd 13150  df-xmul 13151  df-ioo 13388  df-ico 13390  df-icc 13391  df-fz 13548  df-fzo 13696  df-seq 14052  df-exp 14112  df-hash 14381  df-cj 15170  df-re 15171  df-im 15172  df-sqrt 15306  df-abs 15307  df-struct 17225  df-sets 17242  df-slot 17260  df-ndx 17272  df-base 17288  df-ress 17309  df-plusg 17341  df-mulr 17342  df-starv 17343  df-sca 17344  df-vsca 17345  df-ip 17346  df-tset 17347  df-ple 17348  df-ds 17350  df-unif 17351  df-hom 17352  df-cco 17353  df-rest 17493  df-topn 17494  df-0g 17512  df-gsum 17513  df-topgen 17514  df-pt 17515  df-prds 17518  df-xrs 17574  df-qtop 17579  df-imas 17580  df-xps 17582  df-mre 17656  df-mrc 17657  df-acs 17659  df-mgm 18716  df-sgrp 18799  df-mnd 18815  df-submnd 18866  df-mulg 19158  df-cntz 19411  df-cmn 19876  df-psmet 21544  df-xmet 21545  df-met 21546  df-bl 21547  df-mopn 21548  df-fbas 21549  df-fg 21550  df-cnfld 21553  df-top 23081  df-topon 23098  df-topsp 23120  df-bases 23133  df-cld 23206  df-ntr 23207  df-cls 23208  df-nei 23285  df-lp 23323  df-perf 23324  df-cn 23414  df-cnp 23415  df-haus 23502  df-cmp 23574  df-tx 23750  df-hmeo 23943  df-fil 24034  df-fm 24126  df-flim 24127  df-flf 24128  df-xms 24508  df-ms 24509  df-tms 24510  df-cncf 25068  df-limc 26056  df-dv 26057  df-dvn 26058  df-cpn 26059

This theorem is used by:  c1lip3  26189