MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  cncombf Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem cncombf 23649
Description: The composition of a continuous function with a measurable function is measurable. (More generally, 𝐺 can be a Borel-measurable function, but notably the condition that 𝐺 be only measurable is too weak, the usual counterexample taking 𝐺 to be the Cantor function and 𝐹 the indicator function of the 𝐺-image of a nonmeasurable set, which is a subset of the Cantor set and hence null and measurable.) (Contributed by Mario Carneiro, 25-Aug-2014.)
Assertion
Ref Expression
cncombf ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → (𝐺𝐹) ∈ MblFn)

Proof of Theorem cncombf
Dummy variables 𝑥 𝑔 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 simp3 1161 . . . . 5 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → 𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ))
2 cncff 22917 . . . . 5 (𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ) → 𝐺:𝐵⟶ℂ)
31, 2syl 17 . . . 4 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → 𝐺:𝐵⟶ℂ)
4 simp2 1160 . . . 4 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → 𝐹:𝐴𝐵)
5 fco 6280 . . . 4 ((𝐺:𝐵⟶ℂ ∧ 𝐹:𝐴𝐵) → (𝐺𝐹):𝐴⟶ℂ)
63, 4, 5syl2anc 575 . . 3 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → (𝐺𝐹):𝐴⟶ℂ)
74fdmd 6272 . . . . 5 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → dom 𝐹 = 𝐴)
8 mbfdm 23617 . . . . . 6 (𝐹 ∈ MblFn → dom 𝐹 ∈ dom vol)
983ad2ant1 1156 . . . . 5 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → dom 𝐹 ∈ dom vol)
107, 9eqeltrrd 2897 . . . 4 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → 𝐴 ∈ dom vol)
11 mblss 23522 . . . 4 (𝐴 ∈ dom vol → 𝐴 ⊆ ℝ)
1210, 11syl 17 . . 3 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → 𝐴 ⊆ ℝ)
13 cnex 10309 . . . 4 ℂ ∈ V
14 reex 10319 . . . 4 ℝ ∈ V
15 elpm2r 8117 . . . 4 (((ℂ ∈ V ∧ ℝ ∈ V) ∧ ((𝐺𝐹):𝐴⟶ℂ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ)) → (𝐺𝐹) ∈ (ℂ ↑pm ℝ))
1613, 14, 15mpanl12 685 . . 3 (((𝐺𝐹):𝐴⟶ℂ ∧ 𝐴 ⊆ ℝ) → (𝐺𝐹) ∈ (ℂ ↑pm ℝ))
176, 12, 16syl2anc 575 . 2 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → (𝐺𝐹) ∈ (ℂ ↑pm ℝ))
18 coeq1 5492 . . . . . . . . 9 (𝑔 = (ℜ ∘ 𝐺) → (𝑔𝐹) = ((ℜ ∘ 𝐺) ∘ 𝐹))
19 coass 5879 . . . . . . . . 9 ((ℜ ∘ 𝐺) ∘ 𝐹) = (ℜ ∘ (𝐺𝐹))
2018, 19syl6eq 2867 . . . . . . . 8 (𝑔 = (ℜ ∘ 𝐺) → (𝑔𝐹) = (ℜ ∘ (𝐺𝐹)))
2120cnveqd 5510 . . . . . . 7 (𝑔 = (ℜ ∘ 𝐺) → (𝑔𝐹) = (ℜ ∘ (𝐺𝐹)))
2221imaeq1d 5686 . . . . . 6 (𝑔 = (ℜ ∘ 𝐺) → ((𝑔𝐹) “ 𝑥) = ((ℜ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥))
2322eleq1d 2881 . . . . 5 (𝑔 = (ℜ ∘ 𝐺) → (((𝑔𝐹) “ 𝑥) ∈ dom vol ↔ ((ℜ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥) ∈ dom vol))
24 cnvco 5520 . . . . . . . . . 10 (𝑔𝐹) = (𝐹𝑔)
2524imaeq1i 5684 . . . . . . . . 9 ((𝑔𝐹) “ 𝑥) = ((𝐹𝑔) “ 𝑥)
26 imaco 5865 . . . . . . . . 9 ((𝐹𝑔) “ 𝑥) = (𝐹 “ (𝑔𝑥))
2725, 26eqtri 2839 . . . . . . . 8 ((𝑔𝐹) “ 𝑥) = (𝐹 “ (𝑔𝑥))
28 simplll 782 . . . . . . . . 9 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → 𝐹 ∈ MblFn)
29 simpllr 784 . . . . . . . . 9 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → 𝐹:𝐴𝐵)
30 cncfrss 22915 . . . . . . . . . 10 (𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ) → 𝐵 ⊆ ℂ)
3130adantl 469 . . . . . . . . 9 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → 𝐵 ⊆ ℂ)
32 simpr 473 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ))
33 ax-resscn 10285 . . . . . . . . . . . 12 ℝ ⊆ ℂ
34 eqid 2817 . . . . . . . . . . . . 13 (TopOpen‘ℂfld) = (TopOpen‘ℂfld)
35 eqid 2817 . . . . . . . . . . . . 13 ((TopOpen‘ℂfld) ↾t 𝐵) = ((TopOpen‘ℂfld) ↾t 𝐵)
3634tgioo2 22827 . . . . . . . . . . . . 13 (topGen‘ran (,)) = ((TopOpen‘ℂfld) ↾t ℝ)
3734, 35, 36cncfcn 22933 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐵 ⊆ ℂ ∧ ℝ ⊆ ℂ) → (𝐵cn→ℝ) = (((TopOpen‘ℂfld) ↾t 𝐵) Cn (topGen‘ran (,))))
3831, 33, 37sylancl 576 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → (𝐵cn→ℝ) = (((TopOpen‘ℂfld) ↾t 𝐵) Cn (topGen‘ran (,))))
3932, 38eleqtrd 2898 . . . . . . . . . 10 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → 𝑔 ∈ (((TopOpen‘ℂfld) ↾t 𝐵) Cn (topGen‘ran (,))))
40 retopbas 22785 . . . . . . . . . . . 12 ran (,) ∈ TopBases
41 bastg 20992 . . . . . . . . . . . 12 (ran (,) ∈ TopBases → ran (,) ⊆ (topGen‘ran (,)))
4240, 41ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 ran (,) ⊆ (topGen‘ran (,))
43 simplr 776 . . . . . . . . . . 11 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → 𝑥 ∈ ran (,))
4442, 43sseldi 3807 . . . . . . . . . 10 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → 𝑥 ∈ (topGen‘ran (,)))
45 cnima 21291 . . . . . . . . . 10 ((𝑔 ∈ (((TopOpen‘ℂfld) ↾t 𝐵) Cn (topGen‘ran (,))) ∧ 𝑥 ∈ (topGen‘ran (,))) → (𝑔𝑥) ∈ ((TopOpen‘ℂfld) ↾t 𝐵))
4639, 44, 45syl2anc 575 . . . . . . . . 9 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → (𝑔𝑥) ∈ ((TopOpen‘ℂfld) ↾t 𝐵))
4734, 35mbfimaopn2 23648 . . . . . . . . 9 (((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐵 ⊆ ℂ) ∧ (𝑔𝑥) ∈ ((TopOpen‘ℂfld) ↾t 𝐵)) → (𝐹 “ (𝑔𝑥)) ∈ dom vol)
4828, 29, 31, 46, 47syl31anc 1485 . . . . . . . 8 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → (𝐹 “ (𝑔𝑥)) ∈ dom vol)
4927, 48syl5eqel 2900 . . . . . . 7 ((((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) ∧ 𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)) → ((𝑔𝐹) “ 𝑥) ∈ dom vol)
5049ralrimiva 3165 . . . . . 6 (((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) → ∀𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)((𝑔𝐹) “ 𝑥) ∈ dom vol)
51503adantl3 1202 . . . . 5 (((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) → ∀𝑔 ∈ (𝐵cn→ℝ)((𝑔𝐹) “ 𝑥) ∈ dom vol)
52 recncf 22926 . . . . . . . 8 ℜ ∈ (ℂ–cn→ℝ)
5352a1i 11 . . . . . . 7 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → ℜ ∈ (ℂ–cn→ℝ))
541, 53cncfco 22931 . . . . . 6 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → (ℜ ∘ 𝐺) ∈ (𝐵cn→ℝ))
5554adantr 468 . . . . 5 (((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) → (ℜ ∘ 𝐺) ∈ (𝐵cn→ℝ))
5623, 51, 55rspcdva 3519 . . . 4 (((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) → ((ℜ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥) ∈ dom vol)
57 coeq1 5492 . . . . . . . . 9 (𝑔 = (ℑ ∘ 𝐺) → (𝑔𝐹) = ((ℑ ∘ 𝐺) ∘ 𝐹))
58 coass 5879 . . . . . . . . 9 ((ℑ ∘ 𝐺) ∘ 𝐹) = (ℑ ∘ (𝐺𝐹))
5957, 58syl6eq 2867 . . . . . . . 8 (𝑔 = (ℑ ∘ 𝐺) → (𝑔𝐹) = (ℑ ∘ (𝐺𝐹)))
6059cnveqd 5510 . . . . . . 7 (𝑔 = (ℑ ∘ 𝐺) → (𝑔𝐹) = (ℑ ∘ (𝐺𝐹)))
6160imaeq1d 5686 . . . . . 6 (𝑔 = (ℑ ∘ 𝐺) → ((𝑔𝐹) “ 𝑥) = ((ℑ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥))
6261eleq1d 2881 . . . . 5 (𝑔 = (ℑ ∘ 𝐺) → (((𝑔𝐹) “ 𝑥) ∈ dom vol ↔ ((ℑ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥) ∈ dom vol))
63 imcncf 22927 . . . . . . . 8 ℑ ∈ (ℂ–cn→ℝ)
6463a1i 11 . . . . . . 7 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → ℑ ∈ (ℂ–cn→ℝ))
651, 64cncfco 22931 . . . . . 6 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → (ℑ ∘ 𝐺) ∈ (𝐵cn→ℝ))
6665adantr 468 . . . . 5 (((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) → (ℑ ∘ 𝐺) ∈ (𝐵cn→ℝ))
6762, 51, 66rspcdva 3519 . . . 4 (((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) → ((ℑ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥) ∈ dom vol)
6856, 67jca 503 . . 3 (((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) ∧ 𝑥 ∈ ran (,)) → (((ℜ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥) ∈ dom vol ∧ ((ℑ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥) ∈ dom vol))
6968ralrimiva 3165 . 2 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → ∀𝑥 ∈ ran (,)(((ℜ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥) ∈ dom vol ∧ ((ℑ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥) ∈ dom vol))
70 ismbf1 23615 . 2 ((𝐺𝐹) ∈ MblFn ↔ ((𝐺𝐹) ∈ (ℂ ↑pm ℝ) ∧ ∀𝑥 ∈ ran (,)(((ℜ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥) ∈ dom vol ∧ ((ℑ ∘ (𝐺𝐹)) “ 𝑥) ∈ dom vol)))
7117, 69, 70sylanbrc 574 1 ((𝐹 ∈ MblFn ∧ 𝐹:𝐴𝐵𝐺 ∈ (𝐵cn→ℂ)) → (𝐺𝐹) ∈ MblFn)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 384  w3a 1100   = wceq 1637  wcel 2157  wral 3107  Vcvv 3402  wss 3780  ccnv 5321  dom cdm 5322  ran crn 5323  cima 5325  ccom 5326  wf 6104  cfv 6108  (class class class)co 6881  pm cpm 8100  cc 10226  cr 10227  (,)cioo 12400  cre 14067  cim 14068  t crest 16293  TopOpenctopn 16294  topGenctg 16310  fldccnfld 19961  TopBasesctb 20971   Cn ccn 21250  cnccncf 22900  volcvol 23454  MblFncmbf 23605
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1877  ax-4 1894  ax-5 2001  ax-6 2069  ax-7 2105  ax-8 2159  ax-9 2166  ax-10 2186  ax-11 2202  ax-12 2215  ax-13 2422  ax-ext 2795  ax-rep 4975  ax-sep 4986  ax-nul 4994  ax-pow 5046  ax-pr 5107  ax-un 7186  ax-inf2 8792  ax-cc 9549  ax-cnex 10284  ax-resscn 10285  ax-1cn 10286  ax-icn 10287  ax-addcl 10288  ax-addrcl 10289  ax-mulcl 10290  ax-mulrcl 10291  ax-mulcom 10292  ax-addass 10293  ax-mulass 10294  ax-distr 10295  ax-i2m1 10296  ax-1ne0 10297  ax-1rid 10298  ax-rnegex 10299  ax-rrecex 10300  ax-cnre 10301  ax-pre-lttri 10302  ax-pre-lttrn 10303  ax-pre-ltadd 10304  ax-pre-mulgt0 10305  ax-pre-sup 10306  ax-addf 10307  ax-mulf 10308
This theorem depends on definitions:  df-bi 198  df-an 385  df-or 866  df-3or 1101  df-3an 1102  df-tru 1641  df-fal 1651  df-ex 1860  df-nf 1864  df-sb 2062  df-mo 2635  df-eu 2642  df-clab 2804  df-cleq 2810  df-clel 2813  df-nfc 2948  df-ne 2990  df-nel 3093  df-ral 3112  df-rex 3113  df-reu 3114  df-rmo 3115  df-rab 3116  df-v 3404  df-sbc 3645  df-csb 3740  df-dif 3783  df-un 3785  df-in 3787  df-ss 3794  df-pss 3796  df-nul 4128  df-if 4291  df-pw 4364  df-sn 4382  df-pr 4384  df-tp 4386  df-op 4388  df-uni 4642  df-int 4681  df-iun 4725  df-iin 4726  df-disj 4824  df-br 4856  df-opab 4918  df-mpt 4935  df-tr 4958  df-id 5230  df-eprel 5235  df-po 5243  df-so 5244  df-fr 5281  df-se 5282  df-we 5283  df-xp 5328  df-rel 5329  df-cnv 5330  df-co 5331  df-dm 5332  df-rn 5333  df-res 5334  df-ima 5335  df-pred 5904  df-ord 5950  df-on 5951  df-lim 5952  df-suc 5953  df-iota 6071  df-fun 6110  df-fn 6111  df-f 6112  df-f1 6113  df-fo 6114  df-f1o 6115  df-fv 6116  df-isom 6117  df-riota 6842  df-ov 6884  df-oprab 6885  df-mpt2 6886  df-of 7134  df-om 7303  df-1st 7405  df-2nd 7406  df-supp 7537  df-wrecs 7649  df-recs 7711  df-rdg 7749  df-1o 7803  df-2o 7804  df-oadd 7807  df-omul 7808  df-er 7986  df-map 8101  df-pm 8102  df-ixp 8153  df-en 8200  df-dom 8201  df-sdom 8202  df-fin 8203  df-fsupp 8522  df-fi 8563  df-sup 8594  df-inf 8595  df-oi 8661  df-card 9055  df-acn 9058  df-cda 9282  df-pnf 10368  df-mnf 10369  df-xr 10370  df-ltxr 10371  df-le 10372  df-sub 10560  df-neg 10561  df-div 10977  df-nn 11313  df-2 11371  df-3 11372  df-4 11373  df-5 11374  df-6 11375  df-7 11376  df-8 11377  df-9 11378  df-n0 11567  df-z 11651  df-dec 11767  df-uz 11912  df-q 12015  df-rp 12054  df-xneg 12169  df-xadd 12170  df-xmul 12171  df-ioo 12404  df-ico 12406  df-icc 12407  df-fz 12557  df-fzo 12697  df-fl 12824  df-seq 13032  df-exp 13091  df-hash 13345  df-cj 14069  df-re 14070  df-im 14071  df-sqrt 14205  df-abs 14206  df-clim 14449  df-rlim 14450  df-sum 14647  df-struct 16077  df-ndx 16078  df-slot 16079  df-base 16081  df-sets 16082  df-ress 16083  df-plusg 16173  df-mulr 16174  df-starv 16175  df-sca 16176  df-vsca 16177  df-ip 16178  df-tset 16179  df-ple 16180  df-ds 16182  df-unif 16183  df-hom 16184  df-cco 16185  df-rest 16295  df-topn 16296  df-0g 16314  df-gsum 16315  df-topgen 16316  df-pt 16317  df-prds 16320  df-xrs 16374  df-qtop 16379  df-imas 16380  df-xps 16382  df-mre 16458  df-mrc 16459  df-acs 16461  df-mgm 17454  df-sgrp 17496  df-mnd 17507  df-submnd 17548  df-mulg 17753  df-cntz 17958  df-cmn 18403  df-psmet 19953  df-xmet 19954  df-met 19955  df-bl 19956  df-mopn 19957  df-cnfld 19962  df-top 20920  df-topon 20937  df-topsp 20959  df-bases 20972  df-cn 21253  df-cnp 21254  df-tx 21587  df-hmeo 21780  df-xms 22346  df-ms 22347  df-tms 22348  df-cncf 22902  df-ovol 23455  df-vol 23456  df-mbf 23610
This theorem is referenced by:  iblabslem  23818  iblabs  23819  bddmulibl  23829
  Copyright terms: Public domain W3C validator