Theorem iinhoiicclem 42387

Description: A n-dimensional closed interval expressed as the indexed intersection of half-open intervals. One side of the double inclusion. (Contributed by Glauco Siliprandi, 8-Apr-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
iinhoiicclem.k	⊢ Ⅎ𝑘𝜑
iinhoiicclem.a	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℝ)
iinhoiicclem.b	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐵 ∈ ℝ)
iinhoiicclem.f	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ ∩ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))))

Assertion

Ref	Expression
iinhoiicclem	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,]𝐵))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑛   𝐵,𝑛   𝑘,𝐹,𝑛   𝑘,𝑋,𝑛   𝜑,𝑛

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑘)   𝐴(𝑘)   𝐵(𝑘)

Proof of Theorem iinhoiicclem

Step	Hyp	Ref	Expression
1		iinhoiicclem.f	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ ∩ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))))
2	1	elexd 3435	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ V)
3		1nn 11454	. . . . . . . . 9 ⊢ 1 ∈ ℕ
4	3	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℕ)
5		iinhoiicclem.k	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑘𝜑
6		iinhoiicclem.a	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℝ)
7		iinhoiicclem.b	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐵 ∈ ℝ)
8		peano2re 10615	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝐵 ∈ ℝ → (𝐵 + 1) ∈ ℝ)
9	7, 8	syl 17	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (𝐵 + 1) ∈ ℝ)
10	9	rexrd 10492	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (𝐵 + 1) ∈ ℝ*)
11		icossre 12636	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ ∧ (𝐵 + 1) ∈ ℝ*) → (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ⊆ ℝ)
12	6, 10, 11	syl2anc 576	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ⊆ ℝ)
13	5, 12	ixpssixp 40780	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ)
14		oveq2 6986	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑛 = 1 → (1 / 𝑛) = (1 / 1))
15		1div1e1 11133	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (1 / 1) = 1
16	15	a1i 11	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝑛 = 1 → (1 / 1) = 1)
17	14, 16	eqtrd 2814	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑛 = 1 → (1 / 𝑛) = 1)
18	17	oveq2d 6994	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑛 = 1 → (𝐵 + (1 / 𝑛)) = (𝐵 + 1))
19	18	oveq2d 6994	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 = 1 → (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) = (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
20	19	ixpeq2dv 8277	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑛 = 1 → X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) = X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
21	20	sseq1d 3890	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑛 = 1 → (X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ ↔ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ))
22	21	rspcev 3535	. . . . . . . 8 ⊢ ((1 ∈ ℕ ∧ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ) → ∃𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ)
23	4, 13, 22	syl2anc 576	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ∃𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ)
24		iinss 4847	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ → ∩ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ)
25	23, 24	syl 17	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∩ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ)
26	25, 1	sseldd 3861	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ)
27		elixpconstg 40777	. . . . . 6 ⊢ (𝐹 ∈ ∩ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) → (𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ ↔ 𝐹:𝑋⟶ℝ))
28	1, 27	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 ℝ ↔ 𝐹:𝑋⟶ℝ))
29	26, 28	mpbid 224	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑋⟶ℝ)
30	29	ffnd 6347	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐹 Fn 𝑋)
31	29	ffvelrnda 6678	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
32	6	rexrd 10492	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 ∈ ℝ*)
33		ssid 3881	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1))
34	33	a1i 11	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
35	20	sseq1d 3890	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑛 = 1 → (X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ↔ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1))))
36	35	rspcev 3535	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((1 ∈ ℕ ∧ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1))) → ∃𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
37	4, 34, 36	syl2anc 576	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → ∃𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
38		iinss 4847	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (∃𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)) → ∩ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
39	37, 38	syl 17	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → ∩ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ⊆ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
40	39, 1	sseldd 3861	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
41	40	adantr 473	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
42		simpr 477	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝑘 ∈ 𝑋)
43		fvixp2 40887	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + 1)) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
44	41, 42, 43	syl2anc 576	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,)(𝐵 + 1)))
45		icogelb 12607	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ* ∧ (𝐵 + 1) ∈ ℝ* ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,)(𝐵 + 1))) → 𝐴 ≤ (𝐹‘𝑘))
46	32, 10, 44, 45	syl3anc 1351	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → 𝐴 ≤ (𝐹‘𝑘))
47	31	adantr 473	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ)
48	7	adantr 473	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐵 ∈ ℝ)
49		nnrecre 11485	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑛 ∈ ℕ → (1 / 𝑛) ∈ ℝ)
50	49	adantl 474	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (1 / 𝑛) ∈ ℝ)
51	48, 50	readdcld 10471	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐵 + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ)
52	32	adantr 473	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐴 ∈ ℝ*)
53		ressxr 10486	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ℝ ⊆ ℝ*
54	53, 51	sseldi 3858	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐵 + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ*)
55		eliin 4798	. . . . . . . . . . . . . . . . 17 ⊢ (𝐹 ∈ V → (𝐹 ∈ ∩ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ↔ ∀𝑛 ∈ ℕ 𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛)))))
56	2, 55	syl 17	. . . . . . . . . . . . . . . 16 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∈ ∩ 𝑛 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ↔ ∀𝑛 ∈ ℕ 𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛)))))
57	1, 56	mpbid 224	. . . . . . . . . . . . . . 15 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ 𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))))
58	57	r19.21bi 3158	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → 𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))))
59		elixp2 8265	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ (𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))) ↔ (𝐹 ∈ V ∧ 𝐹 Fn 𝑋 ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛)))))
60	58, 59	sylib 210	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐹 ∈ V ∧ 𝐹 Fn 𝑋 ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛)))))
61	60	simp3d 1124	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → ∀𝑘 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))))
62	61	r19.21bi 3158	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ ℕ) ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))))
63	62	an32s 639	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛))))
64		icoltub 41216	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝐴 ∈ ℝ* ∧ (𝐵 + (1 / 𝑛)) ∈ ℝ* ∧ (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,)(𝐵 + (1 / 𝑛)))) → (𝐹‘𝑘) < (𝐵 + (1 / 𝑛)))
65	52, 54, 63, 64	syl3anc 1351	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) < (𝐵 + (1 / 𝑛)))
66	47, 51, 65	ltled 10590	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) ∧ 𝑛 ∈ ℕ) → (𝐹‘𝑘) ≤ (𝐵 + (1 / 𝑛)))
67	66	ralrimiva 3132	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐹‘𝑘) ≤ (𝐵 + (1 / 𝑛)))
68		nfv 1873	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋)
69	53, 31	sseldi 3858	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (𝐹‘𝑘) ∈ ℝ*)
70	68, 69, 7	xrralrecnnle 41084	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → ((𝐹‘𝑘) ≤ 𝐵 ↔ ∀𝑛 ∈ ℕ (𝐹‘𝑘) ≤ (𝐵 + (1 / 𝑛))))
71	67, 70	mpbird 249	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (𝐹‘𝑘) ≤ 𝐵)
72	6, 7, 31, 46, 71	eliccd 41211	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ 𝑋) → (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,]𝐵))
73	72	ex 405	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑘 ∈ 𝑋 → (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,]𝐵)))
74	5, 73	ralrimi 3166	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,]𝐵))
75	2, 30, 74	3jca 1108	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝐹 ∈ V ∧ 𝐹 Fn 𝑋 ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,]𝐵)))
76		elixp2 8265	. 2 ⊢ (𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,]𝐵) ↔ (𝐹 ∈ V ∧ 𝐹 Fn 𝑋 ∧ ∀𝑘 ∈ 𝑋 (𝐹‘𝑘) ∈ (𝐴[,]𝐵)))
77	75, 76	sylibr 226	1 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ X𝑘 ∈ 𝑋 (𝐴[,]𝐵))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 198   ∧ wa 387   ∧ w3a 1068   = wceq 1507  Ⅎwnf 1746   ∈ wcel 2050  ∀wral 3088  ∃wrex 3089  Vcvv 3415   ⊆ wss 3831  ∩ ciin 4794   class class class wbr 4930   Fn wfn 6185  ⟶wf 6186  ‘cfv 6190  (class class class)co 6978  Xcixp 8261  ℝcr 10336  1c1 10338   + caddc 10340  ℝ^*cxr 10475   < clt 10476   ≤ cle 10477   / cdiv 11100  ℕcn 11441  [,)cico 12559  [,]cicc 12560

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1758  ax-4 1772  ax-5 1869  ax-6 1928  ax-7 1965  ax-8 2052  ax-9 2059  ax-10 2079  ax-11 2093  ax-12 2106  ax-13 2301  ax-ext 2750  ax-sep 5061  ax-nul 5068  ax-pow 5120  ax-pr 5187  ax-un 7281  ax-cnex 10393  ax-resscn 10394  ax-1cn 10395  ax-icn 10396  ax-addcl 10397  ax-addrcl 10398  ax-mulcl 10399  ax-mulrcl 10400  ax-mulcom 10401  ax-addass 10402  ax-mulass 10403  ax-distr 10404  ax-i2m1 10405  ax-1ne0 10406  ax-1rid 10407  ax-rnegex 10408  ax-rrecex 10409  ax-cnre 10410  ax-pre-lttri 10411  ax-pre-lttrn 10412  ax-pre-ltadd 10413  ax-pre-mulgt0 10414  ax-pre-sup 10415

This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 388  df-or 834  df-3or 1069  df-3an 1070  df-tru 1510  df-ex 1743  df-nf 1747  df-sb 2016  df-mo 2547  df-eu 2583  df-clab 2759  df-cleq 2771  df-clel 2846  df-nfc 2918  df-ne 2968  df-nel 3074  df-ral 3093  df-rex 3094  df-reu 3095  df-rmo 3096  df-rab 3097  df-v 3417  df-sbc 3684  df-csb 3789  df-dif 3834  df-un 3836  df-in 3838  df-ss 3845  df-pss 3847  df-nul 4181  df-if 4352  df-pw 4425  df-sn 4443  df-pr 4445  df-tp 4447  df-op 4449  df-uni 4714  df-iun 4795  df-iin 4796  df-br 4931  df-opab 4993  df-mpt 5010  df-tr 5032  df-id 5313  df-eprel 5318  df-po 5327  df-so 5328  df-fr 5367  df-we 5369  df-xp 5414  df-rel 5415  df-cnv 5416  df-co 5417  df-dm 5418  df-rn 5419  df-res 5420  df-ima 5421  df-pred 5988  df-ord 6034  df-on 6035  df-lim 6036  df-suc 6037  df-iota 6154  df-fun 6192  df-fn 6193  df-f 6194  df-f1 6195  df-fo 6196  df-f1o 6197  df-fv 6198  df-riota 6939  df-ov 6981  df-oprab 6982  df-mpo 6983  df-om 7399  df-1st 7503  df-2nd 7504  df-wrecs 7752  df-recs 7814  df-rdg 7852  df-er 8091  df-ixp 8262  df-en 8309  df-dom 8310  df-sdom 8311  df-sup 8703  df-inf 8704  df-pnf 10478  df-mnf 10479  df-xr 10480  df-ltxr 10481  df-le 10482  df-sub 10674  df-neg 10675  df-div 11101  df-nn 11442  df-n0 11711  df-z 11797  df-uz 12062  df-q 12166  df-rp 12208  df-ico 12563  df-icc 12564  df-fl 12980

This theorem is referenced by:  iinhoiicc  42388