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Theorem fsupdm 47851
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 2923 . . . . 5 Ⅎ𝑥ℕ
4 nfcv 2923 . . . . . 6 Ⅎ𝑥𝑍
5 fsupdm.7 . . . . . . . . 9 𝐻 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
6 nfrab1 3432 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑥{𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}
73, 6nfmpt 5203 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑥(𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚})
84, 7nfmpt 5203 . . . . . . . . 9 Ⅎ𝑥(𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
95, 8nfcxfr 2921 . . . . . . . 8 Ⅎ𝑥𝐻
10 nfcv 2923 . . . . . . . 8 Ⅎ𝑥𝑛
119, 10nffv 6895 . . . . . . 7 Ⅎ𝑥(𝐻‘𝑛)
12 nfcv 2923 . . . . . . 7 Ⅎ𝑥𝑚
1311, 12nffv 6895 . . . . . 6 Ⅎ𝑥((𝐻‘𝑛)‘𝑚)
144, 13nfiin 4983 . . . . 5 Ⅎ𝑥∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)
153, 14nfiun 4982 . . . 4 Ⅎ𝑥∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)
16 fsupdm.3 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑚𝜑
17 nfv 1947 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑚 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
1816, 17nfan 1932 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑚(𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
19 nfv 1947 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑚 𝑦 ∈ ℝ
2018, 19nfan 1932 . . . . . . . . 9 Ⅎ𝑚((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ)
21 nfv 1947 . . . . . . . . 9 Ⅎ𝑚∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦
2220, 21nfan 1932 . . . . . . . 8 Ⅎ𝑚(((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦)
23 fsupdm.1 . . . . . . . . . . . . 13 Ⅎ𝑛𝜑
24 nfii1 4987 . . . . . . . . . . . . . 14 Ⅎ𝑛∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
2524nfcri 2915 . . . . . . . . . . . . 13 Ⅎ𝑛 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
2623, 25nfan 1932 . . . . . . . . . . . 12 Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
27 nfv 1947 . . . . . . . . . . . 12 Ⅎ𝑛 𝑦 ∈ ℝ
2826, 27nfan 1932 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑛((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ)
29 nfra1 3287 . . . . . . . . . . 11 Ⅎ𝑛∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦
3028, 29nfan 1932 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑛(((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦)
31 nfv 1947 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑛 𝑚 ∈ ℕ
32 nfv 1947 . . . . . . . . . 10 Ⅎ𝑛 𝑦 < 𝑚
3330, 31, 32nf3an 1934 . . . . . . . . 9 Ⅎ𝑛((((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑦 ∈ ℝ) ∧ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦) ∧ 𝑚 ∈ ℕ ∧ 𝑦 < 𝑚)
34 vex 3455 . . . . . . . . . 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 46125 . . . . . . . . . . . 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 7085 . . . . . . . . . . . 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 11359 . . . . . . . . . . . . 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 46289 . . . . . . . . . . . 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 3252 . . . . . . . . . . . . 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 13289 . . . . . . . . . . 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 46169 . . . . . . . . . 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 2923 . . . . . . . . . . . . . . 15 Ⅎ𝑛𝑍
60 nnex 12341 . . . . . . . . . . . . . . . . 17 ℕ ∈ V
6160mptex 7229 . . . . . . . . . . . . . . . 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 46283 . . . . . . . . . . . . . 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 6895 . . . . . . . . . . . . . . . 16 Ⅎ𝑥(𝐹‘𝑛)
6766nfdm 5933 . . . . . . . . . . . . . . 15 Ⅎ𝑥dom (𝐹‘𝑛)
68 fvex 6898 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (𝐹‘𝑛) ∈ V
6968dmex 7921 . . . . . . . . . . . . . . 15 dom (𝐹‘𝑛) ∈ V
7067, 69rabexf 46148 . . . . . . . . . . . . . 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 7007 . . . . . . . . . . . 12 ((𝑛 ∈ 𝑍 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) = {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚})
7372eqcomd 2767 . . . . . . . . . . 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 2863 . . . . . . . . 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 46144 . . . . . . . 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 12603 . . . . . . . . 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 46162 . . . . . . 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 3166 . . . . . 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 4955 . . . . 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 46156 . . 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 3969 . 2 (𝜑 → 𝐷 ⊆ ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
86 nfcv 2923 . . 3 Ⅎ𝑚𝐷
87 nfv 1947 . . . . 5 Ⅎ𝑥 𝑚 ∈ ℕ
882, 87nfan 1932 . . . 4 Ⅎ𝑥(𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ)
89 nfrab1 3432 . . . . 5 Ⅎ𝑥{𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦}
901, 89nfcxfr 2921 . . . 4 Ⅎ𝑥𝐷
9123, 31nfan 1932 . . . . . . . 8 Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ)
92 nfii1 4987 . . . . . . . . 9 Ⅎ𝑛∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)
9392nfcri 2915 . . . . . . . 8 Ⅎ𝑛 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)
9491, 93nfan 1932 . . . . . . 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 46125 . . . . . . . . . 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 2863 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚})
102 rabidim1 3434 . . . . . . . 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 46144 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
105 nnre 12342 . . . . . . . 8 (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℝ)
106105ad2antlr 740 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → 𝑚 ∈ ℝ)
107 breq2 5107 . . . . . . . . 9 (𝑦 = 𝑚 → (((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 ↔ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑚))
108107ralbidv 3186 . . . . . . . 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 7085 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍 ∧ 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛)) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ∈ ℝ*)
114110, 98, 103, 113syl3anc 1398 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ∈ ℝ*)
11599nnxrd 46289 . . . . . . . . 9 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ ℝ*)
116 rabidim2 46116 . . . . . . . . . 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 13279 . . . . . . . 8 ((((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑚)
11994, 118ralrimia 3262 . . . . . . 7 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑚)
120106, 109, 119rspcedvd 3579 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦)
121104, 120rabidd 46169 . . . . 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 2872 . . . 4 (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚)) → 𝑥 ∈ 𝐷)
12388, 14, 90, 122ssdf2 46155 . . 3 ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) ⊆ 𝐷)
12416, 86, 123iunssdf 46170 . 2 (𝜑 → ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) ⊆ 𝐷)
12585, 124eqssd 3948 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 2145  Ⅎwnfc 2908  ∀wral 3077  ∃wrex 3087  {crab 3413  Vcvv 3451  ∪ ciun 4951  ∩ ciin 4952   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186  dom cdm 5651  ⟶wf 6534  ‘cfv 6538  ℝcr 11199  ℝ*cxr 11342   < clt 11343   ≤ cle 11344  ℕcn 12335
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 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2733  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7751  ax-cnex 11256  ax-resscn 11257  ax-1cn 11258  ax-icn 11259  ax-addcl 11260  ax-addrcl 11261  ax-mulcl 11262  ax-mulrcl 11263  ax-mulcom 11264  ax-addass 11265  ax-mulass 11266  ax-distr 11267  ax-i2m1 11268  ax-1ne0 11269  ax-1rid 11270  ax-rnegex 11271  ax-rrecex 11272  ax-cnre 11273  ax-pre-lttri 11274  ax-pre-lttrn 11275  ax-pre-ltadd 11276  ax-pre-mulgt0 11277  ax-pre-sup 11278
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 2565  df-eu 2595  df-clab 2740  df-cleq 2753  df-clel 2836  df-nfc 2910  df-ne 2957  df-nel 3063  df-ral 3078  df-rex 3088  df-reu 3367  df-rab 3414  df-v 3453  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-iun 4953  df-iin 4954  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6304  df-ord 6365  df-on 6366  df-lim 6367  df-suc 6368  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-om 7878  df-2nd 8002  df-frecs 8299  df-wrecs 8330  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-er 8717  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-xr 11347  df-ltxr 11348  df-le 11349  df-sub 11543  df-neg 11544  df-nn 12336
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