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Theorem fsupdm 48125
Description: The domain of the sup function is defined in Proposition 121F (b) of [Fremlin1], p. 38. Note that this definition of the sup function is quite general, as it does not require the original functions to be sigma-measurable, and it could be applied to uncountable sets of functions. The equality proved here is part of the proof of the fourth statement of Proposition 121H in [Fremlin1], p. 39. (Contributed by Glauco Siliprandi, 24-Jan-2025.)
Hypotheses
Ref Expression
fsupdm.1 Ⅎ𝑛𝜑
fsupdm.2 Ⅎ𝑥𝜑
fsupdm.3 Ⅎ𝑚𝜑
fsupdm.4 Ⅎ𝑥𝐹
fsupdm.5 ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛):dom (𝐹‘𝑛)⟶ℝ*)
fsupdm.6 𝐷 = {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦}
fsupdm.7 𝐻 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
Assertion
Ref Expression
fsupdm (𝜑 → 𝐷 = ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
Distinct variable groups:   𝐷,𝑚   𝑚,𝐹,𝑦   𝑦,𝐻   𝑚,𝑍,𝑛,𝑥,𝑦   𝜑,𝑦
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥, 𝑚, 𝑛)   𝐷(𝑥, 𝑦, 𝑛)   𝐹(𝑥, 𝑛)   𝐻(𝑥, 𝑚, 𝑛)

Proof of Theorem fsupdm
StepHypRef Expression
1 fsupdm.6 . . 3 𝐷 = {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦}
2 fsupdm.2 . . . 4 Ⅎ𝑥𝜑
3 nfcv 2926 . . . . 5 Ⅎ𝑥ℕ
4 nfcv 2926 . . . . . 6 Ⅎ𝑥𝑍
5 fsupdm.7 . . . . . . . . 9 𝐻 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
6 nfrab1 3435 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑥{𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}
73, 6nfmpt 5209 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑥(𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚})
84, 7nfmpt 5209 . . . . . . . . 9 Ⅎ𝑥(𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
95, 8nfcxfr 2924 . . . . . . . 8 Ⅎ𝑥𝐻
10 nfcv 2926 . . . . . . . 8 Ⅎ𝑥𝑛
119, 10nffv 6926 . . . . . . 7 Ⅎ𝑥(𝐻‘𝑛)
12 nfcv 2926 . . . . . . 7 Ⅎ𝑥𝑚
1311, 12nffv 6926 . . . . . 6 Ⅎ𝑥((𝐻‘𝑛)‘𝑚)
144, 13nfiin 4988 . . . . 5 Ⅎ𝑥∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)
153, 14nfiun 4987 . . . 4 Ⅎ𝑥∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)
16 fsupdm.3 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑚𝜑
17 nfv 1949 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑚 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
1816, 17nfan 1934 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑚(𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
19 nfv 1949 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑚 𝑦 ∈ ℝ
2018, 19nfan 1934 . . . . . . . . 9 Ⅎ𝑚((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ)
21 nfv 1949 . . . . . . . . 9 Ⅎ𝑚∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦
2220, 21nfan 1934 . . . . . . . 8 Ⅎ𝑚(((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦)
23 fsupdm.1 . . . . . . . . . . . . 13 Ⅎ𝑛𝜑
24 nfii1 4992 . . . . . . . . . . . . . 14 Ⅎ𝑛∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
2524nfcri 2918 . . . . . . . . . . . . 13 Ⅎ𝑛 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
2623, 25nfan 1934 . . . . . . . . . . . 12 Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
27 nfv 1949 . . . . . . . . . . . 12 Ⅎ𝑛 𝑦 ∈ ℝ
2826, 27nfan 1934 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑛((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ)
29 nfra1 3290 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑛∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦
3028, 29nfan 1934 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑛(((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦)
31 nfv 1949 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑛 𝑚 ∈ ℕ
32 nfv 1949 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑛 𝑦 < 𝑚
3330, 31, 32nf3an 1936 . . . . . . . . 9 Ⅎ𝑛((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚)
34 vex 3458 . . . . . . . . . 10 𝑥 ∈ V
3534a1i 11 . . . . . . . . 9 (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) → 𝑥 ∈ V)
36 simp-4r 796 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
37363ad2antl1 1204 . . . . . . . . . . . 12 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
38 simpr 490 . . . . . . . . . . . 12 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑛 ∈ 𝑍)
39 eliinid 46399 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛))
4037, 38, 39syl2anc 596 . . . . . . . . . . 11 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛))
41 simp-4l 795 . . . . . . . . . . . . . . 15 (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝜑)
42413ad2antl1 1204 . . . . . . . . . . . . . 14 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝜑)
43 fsupdm.5 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛):dom (𝐹‘𝑛)⟶ℝ*)
4442, 38, 43syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . 13 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛):dom (𝐹‘𝑛)⟶ℝ*)
4544, 40ffvelcdmd 7117 . . . . . . . . . . . 12 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ∈ ℝ*)
46 simpllr 788 . . . . . . . . . . . . . 14 (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑦 ∈ ℝ)
4746rexrd 11398 . . . . . . . . . . . . 13 (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑦 ∈ ℝ*)
48473ad2antl1 1204 . . . . . . . . . . . 12 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑦 ∈ ℝ*)
49 simpl2 1211 . . . . . . . . . . . . 13 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ ℕ)
5049nnxrd 46563 . . . . . . . . . . . 12 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ ℝ*)
51 simpl1r 1244 . . . . . . . . . . . . 13 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦)
52 rspa 3255 . . . . . . . . . . . . 13 ((∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦)
5351, 38, 52syl2anc 596 . . . . . . . . . . . 12 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦)
54 simpl3 1212 . . . . . . . . . . . 12 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑦 < 𝑚)
5545, 48, 50, 53, 54xrlelttrd 13329 . . . . . . . . . . 11 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚)
5640, 55rabidd 46443 . . . . . . . . . 10 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚})
57 trud 1580 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ 𝑍 → ⊤)
58 id 23 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑛 ∈ 𝑍 → 𝑛 ∈ 𝑍)
59 nfcv 2926 . . . . . . . . . . . . . . 15 Ⅎ𝑛𝑍
60 nnex 12381 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ℕ ∈ V
6160mptex 7260 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}) ∈ V
6261a1i 11 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((⊤ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}) ∈ V)
6359, 5, 62fvmpt2df 46557 . . . . . . . . . . . . . 14 ((⊤ ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐻‘𝑛) = (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
6457, 58, 63syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑛 ∈ 𝑍 → (𝐻‘𝑛) = (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
65 fsupdm.4 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 Ⅎ𝑥𝐹
6665, 10nffv 6926 . . . . . . . . . . . . . . . 16 Ⅎ𝑥(𝐹‘𝑛)
6766nfdm 5945 . . . . . . . . . . . . . . 15 Ⅎ𝑥dom (𝐹‘𝑛)
68 fvex 6929 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐹‘𝑛) ∈ V
6968dmex 7955 . . . . . . . . . . . . . . 15 dom (𝐹‘𝑛) ∈ V
7067, 69rabexf 46422 . . . . . . . . . . . . . 14 {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚} ∈ V
7170a1i 11 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑛 ∈ 𝑍 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚} ∈ V)
7264, 71fvmpt2d 7038 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑛 ∈ 𝑍 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) = {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚})
7372eqcomd 2769 . . . . . . . . . . 11 ((𝑛 ∈ 𝑍 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚} = ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
7438, 49, 73syl2anc 596 . . . . . . . . . 10 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚} = ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
7556, 74eleqtrd 2866 . . . . . . . . 9 ((((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
7633, 35, 75eliind2 46418 . . . . . . . 8 (((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚) → 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
77 arch 12643 . . . . . . . . 9 (𝑦 ∈ ℝ → ∃𝑚 ∈ ℕ 𝑦 < 𝑚)
7877ad2antlr 740 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) → ∃𝑚 ∈ ℕ 𝑦 < 𝑚)
7922, 76, 78reximdd 46436 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) → ∃𝑚 ∈ ℕ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
8079rexlimdva2 3169 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) → (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 → ∃𝑚 ∈ ℕ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)))
81803impia 1135 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) → ∃𝑚 ∈ ℕ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
82 eliun 4960 . . . . 5 (𝑥 ∈ ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) ↔ ∃𝑚 ∈ ℕ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
8381, 82sylibr 237 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∧ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) → 𝑥 ∈ ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
842, 15, 83rabssd 46430 . . 3 (𝜑 → {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦} ⊆ ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
851, 84eqsstrid 3951 . 2 (𝜑 → 𝐷 ⊆ ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
86 nfcv 2926 . . 3 Ⅎ𝑚𝐷
87 nfv 1949 . . . . 5 Ⅎ𝑥 𝑚 ∈ ℕ
882, 87nfan 1934 . . . 4 Ⅎ𝑥(𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ)
89 nfrab1 3435 . . . . 5 Ⅎ𝑥{𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦}
901, 89nfcxfr 2924 . . . 4 Ⅎ𝑥𝐷
9123, 31nfan 1934 . . . . . . . 8 Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ)
92 nfii1 4992 . . . . . . . . 9 Ⅎ𝑛∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)
9392nfcri 2918 . . . . . . . 8 Ⅎ𝑛 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)
9491, 93nfan 1934 . . . . . . 7 Ⅎ𝑛((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
9534a1i 11 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → 𝑥 ∈ V)
96 eliinid 46399 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
9796adantll 727 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
98 simpr 490 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑛 ∈ 𝑍)
99 simpllr 788 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ ℕ)
10098, 99, 72syl2anc 596 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) = {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚})
10197, 100eleqtrd 2866 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚})
102 rabidim1 3437 . . . . . . . 8 (𝑥 ∈ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚} → 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛))
103101, 102syl 18 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛))
10494, 95, 103eliind2 46418 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
105 nnre 12382 . . . . . . . 8 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℝ)
106105ad2antlr 740 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → 𝑚 ∈ ℝ)
107 breq2 5112 . . . . . . . . 9 (𝑦 = 𝑚 → (((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 ↔ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑚))
108107ralbidv 3189 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑚 → (∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑚))
109108adantl 487 . . . . . . 7 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑦 = 𝑚) → (∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑚))
110 simplll 787 . . . . . . . . . 10 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝜑)
111433adant3 1150 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍 ∧ 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛)) → (𝐹‘𝑛):dom (𝐹‘𝑛)⟶ℝ*)
112 simp3 1156 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍 ∧ 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛)) → 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛))
113111, 112ffvelcdmd 7117 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍 ∧ 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛)) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ∈ ℝ*)
114110, 98, 103, 113syl3anc 1399 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ∈ ℝ*)
11599nnxrd 46563 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ ℝ*)
116 rabidim2 46390 . . . . . . . . . 10 (𝑥 ∈ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚} → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚)
117101, 116syl 18 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚)
118114, 115, 117xrltled 13319 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑚)
11994, 118ralrimia 3265 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑚)
120106, 109, 119rspcedvd 3582 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦)
121104, 120rabidd 46443 . . . . 5 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → 𝑥 ∈ {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦})
122121, 1eleqtrrdi 2875 . . . 4 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → 𝑥 ∈ 𝐷)
12388, 14, 90, 122ssdf2 46429 . . 3 ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) ⊆ 𝐷)
12416, 86, 123iunssdf 46444 . 2 (𝜑 → ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) ⊆ 𝐷)
12585, 124eqssd 3930 1 (𝜑 → 𝐷 = ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570  ⊤wtru 1571  Ⅎwnf 1816   ∈ wcel 2147  Ⅎwnfc 2911  ∀wral 3080  ∃wrex 3090  {crab 3416  Vcvv 3454  ∪ ciun 4956  ∩ ciin 4957   class class class wbr 5108   ↦ cmpt 5192  dom cdm 5658  ⟶wf 6562  ‘cfv 6566  ℝcr 11238  ℝ*cxr 11381   < clt 11382   ≤ cle 11383  ℕcn 12375
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 5238  ax-sep 5255  ax-nul 5266  ax-pow 5334  ax-pr 5398  ax-un 7783  ax-cnex 11295  ax-resscn 11296  ax-1cn 11297  ax-icn 11298  ax-addcl 11299  ax-addrcl 11300  ax-mulcl 11301  ax-mulrcl 11302  ax-mulcom 11303  ax-addass 11304  ax-mulass 11305  ax-distr 11306  ax-i2m1 11307  ax-1ne0 11308  ax-1rid 11309  ax-rnegex 11310  ax-rrecex 11311  ax-cnre 11312  ax-pre-lttri 11313  ax-pre-lttrn 11314  ax-pre-ltadd 11315  ax-pre-mulgt0 11316  ax-pre-sup 11317
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-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-op 4841  df-uni 4873  df-iun 4958  df-iin 4959  df-br 5109  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5553  df-eprel 5558  df-po 5566  df-so 5567  df-fr 5611  df-we 5613  df-xp 5664  df-rel 5665  df-cnv 5666  df-co 5667  df-dm 5668  df-rn 5669  df-res 5670  df-ima 5671  df-pred 6330  df-ord 6391  df-on 6392  df-lim 6393  df-suc 6394  df-iota 6520  df-fun 6568  df-fn 6569  df-f 6570  df-f1 6571  df-fo 6572  df-f1o 6573  df-fv 6574  df-riota 7408  df-ov 7454  df-oprab 7455  df-mpo 7456  df-om 7912  df-2nd 8036  df-frecs 8337  df-wrecs 8368  df-recs 8417  df-rdg 8456  df-er 8755  df-en 9012  df-dom 9013  df-sdom 9014  df-pnf 11384  df-mnf 11385  df-xr 11386  df-ltxr 11387  df-le 11388  df-sub 11582  df-neg 11583  df-nn 12376
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