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

Theorem ismbfd 25975
Description: Deduction to prove measurability of a real function. The third hypothesis is not necessary, but the proof of this requires countable choice, so we derive this separately as ismbf3d 25990. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jun-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
ismbfd.1 (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
ismbfd.2 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ*) → (◡𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∈ dom vol)
ismbfd.3 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ*) → (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol)
Assertion
Ref Expression
ismbfd (𝜑 → 𝐹 ∈ MblFn)
Distinct variable groups:   𝑥,𝐹   𝜑,𝑥
Allowed substitution hint:   𝐴(𝑥)

Proof of Theorem ismbfd
Dummy variables 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ioof 13591 . . . . 5 (,):(ℝ* × ℝ*)⟶𝒫 ℝ
2 ffn 6720 . . . . 5 ((,):(ℝ* × ℝ*)⟶𝒫 ℝ → (,) Fn (ℝ* × ℝ*))
3 ovelrn 7607 . . . . 5 ((,) Fn (ℝ* × ℝ*) → (𝑧 ∈ ran (,) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ* ∃𝑦 ∈ ℝ* 𝑧 = (𝑥(,)𝑦)))
41, 2, 3mp2b 10 . . . 4 (𝑧 ∈ ran (,) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ* ∃𝑦 ∈ ℝ* 𝑧 = (𝑥(,)𝑦))
5 simprl 783 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝑥 ∈ ℝ*)
6 pnfxr 11376 . . . . . . . . . . . 12 +∞ ∈ ℝ*
76a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → +∞ ∈ ℝ*)
8 mnfxr 11379 . . . . . . . . . . . 12 -∞ ∈ ℝ*
98a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → -∞ ∈ ℝ*)
10 simprr 785 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝑦 ∈ ℝ*)
11 iooin 13523 . . . . . . . . . . 11 (((𝑥 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ*) ∧ (-∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦)) = (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥)(,)if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)))
125, 7, 9, 10, 11syl22anc 852 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦)) = (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥)(,)if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)))
13 ifcl 4531 . . . . . . . . . . . . 13 ((-∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ*) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ∈ ℝ*)
148, 5, 13sylancr 599 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ∈ ℝ*)
15 mnfle 13277 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ* → -∞ ≤ 𝑥)
16 xrleid 13293 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ* → 𝑥 ≤ 𝑥)
17 breq1 5109 . . . . . . . . . . . . . . 15 (-∞ = if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) → (-∞ ≤ 𝑥 ↔ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥))
18 breq1 5109 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 = if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) → (𝑥 ≤ 𝑥 ↔ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥))
1917, 18ifboth 4525 . . . . . . . . . . . . . 14 ((-∞ ≤ 𝑥 ∧ 𝑥 ≤ 𝑥) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥)
2015, 16, 19syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℝ* → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥)
2120ad2antrl 741 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥)
22 xrmax1 13318 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ* ∧ -∞ ∈ ℝ*) → 𝑥 ≤ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥))
235, 8, 22sylancl 598 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝑥 ≤ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥))
2414, 5, 21, 23xrletrid 13297 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) = 𝑥)
25 ifcl 4531 . . . . . . . . . . . . 13 ((+∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ∈ ℝ*)
266, 10, 25sylancr 599 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ∈ ℝ*)
27 xrmin2 13321 . . . . . . . . . . . . 13 ((+∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ≤ 𝑦)
286, 10, 27sylancr 599 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ≤ 𝑦)
29 pnfge 13272 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ* → 𝑦 ≤ +∞)
30 xrleid 13293 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ* → 𝑦 ≤ 𝑦)
31 breq2 5110 . . . . . . . . . . . . . . 15 (+∞ = if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) → (𝑦 ≤ +∞ ↔ 𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)))
32 breq2 5110 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) → (𝑦 ≤ 𝑦 ↔ 𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)))
3331, 32ifboth 4525 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑦 ≤ +∞ ∧ 𝑦 ≤ 𝑦) → 𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦))
3429, 30, 33syl2anc 596 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ ℝ* → 𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦))
3534ad2antll 742 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦))
3626, 10, 28, 35xrletrid 13297 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) = 𝑦)
3724, 36oveq12d 7448 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥)(,)if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)) = (𝑥(,)𝑦))
3812, 37eqtrd 2798 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦)) = (𝑥(,)𝑦))
3938imaeq2d 6058 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → (◡𝐹 “ ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦))) = (◡𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)))
40 ismbfd.1 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
4140adantr 486 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
4241ffund 6725 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → Fun 𝐹)
43 inpreima 7074 . . . . . . . . 9 (Fun 𝐹 → (◡𝐹 “ ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦))) = ((◡𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∩ (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦))))
4442, 43syl 18 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → (◡𝐹 “ ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦))) = ((◡𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∩ (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦))))
4539, 44eqtr3d 2800 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → (◡𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)) = ((◡𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∩ (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦))))
46 ismbfd.2 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ*) → (◡𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∈ dom vol)
4746adantrr 730 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → (◡𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∈ dom vol)
48 ismbfd.3 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ*) → (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol)
4948ralrimiva 3158 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ* (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol)
50 oveq2 7438 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = 𝑦 → (-∞(,)𝑥) = (-∞(,)𝑦))
5150imaeq2d 6058 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = 𝑦 → (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) = (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦)))
5251eleq1d 2849 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑦 → ((◡𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol ↔ (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol))
5352rspccva 3579 . . . . . . . . . 10 ((∀𝑥 ∈ ℝ* (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol ∧ 𝑦 ∈ ℝ*) → (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol)
5449, 53sylan 592 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ 𝑦 ∈ ℝ*) → (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol)
5554adantrl 729 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol)
56 inmbl 25878 . . . . . . . 8 (((◡𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∈ dom vol ∧ (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol) → ((◡𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∩ (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦))) ∈ dom vol)
5747, 55, 56syl2anc 596 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → ((◡𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∩ (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦))) ∈ dom vol)
5845, 57eqeltrd 2864 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → (◡𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)) ∈ dom vol)
59 imaeq2 6054 . . . . . . 7 (𝑧 = (𝑥(,)𝑦) → (◡𝐹 “ 𝑧) = (◡𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)))
6059eleq1d 2849 . . . . . 6 (𝑧 = (𝑥(,)𝑦) → ((◡𝐹 “ 𝑧) ∈ dom vol ↔ (◡𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)) ∈ dom vol))
6158, 60syl5ibrcom 250 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → (𝑧 = (𝑥(,)𝑦) → (◡𝐹 “ 𝑧) ∈ dom vol))
6261rexlimdvva 3223 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ* ∃𝑦 ∈ ℝ* 𝑧 = (𝑥(,)𝑦) → (◡𝐹 “ 𝑧) ∈ dom vol))
634, 62biimtrid 245 . . 3 (𝜑 → (𝑧 ∈ ran (,) → (◡𝐹 “ 𝑧) ∈ dom vol))
6463ralrimiv 3157 . 2 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ ran (,)(◡𝐹 “ 𝑧) ∈ dom vol)
65 ismbf 25964 . . 3 (𝐹:𝐴⟶ℝ → (𝐹 ∈ MblFn ↔ ∀𝑧 ∈ ran (,)(◡𝐹 “ 𝑧) ∈ dom vol))
6640, 65syl 18 . 2 (𝜑 → (𝐹 ∈ MblFn ↔ ∀𝑧 ∈ ran (,)(◡𝐹 “ 𝑧) ∈ dom vol))
6764, 66mpbird 260 1 (𝜑 → 𝐹 ∈ MblFn)
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1569   ∈ wcel 2146  ∀wral 3080  ∃wrex 3090   ∩ cin 4092  ifcif 4485  𝒫 cpw 4560   class class class wbr 5106   × cxp 5653  ◡ccnv 5654  dom cdm 5655  ran crn 5656   “ cima 5658  Fun wfun 6541   Fn wfn 6542  ⟶wf 6543  (class class class)co 7430  ℝcr 11212  +∞cpnf 11353  -∞cmnf 11354  ℝ*cxr 11355   ≤ cle 11357  (,)cioo 13489  volcvol 25799  MblFncmbf 25950
This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1944  ax-6 2001  ax-7 2042  ax-8 2148  ax-9 2156  ax-10 2179  ax-11 2196  ax-12 2215  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7761  ax-inf2 9655  ax-cnex 11269  ax-resscn 11270  ax-1cn 11271  ax-icn 11272  ax-addcl 11273  ax-addrcl 11274  ax-mulcl 11275  ax-mulrcl 11276  ax-mulcom 11277  ax-addass 11278  ax-mulass 11279  ax-distr 11280  ax-i2m1 11281  ax-1ne0 11282  ax-1rid 11283  ax-rnegex 11284  ax-rrecex 11285  ax-cnre 11286  ax-pre-lttri 11287  ax-pre-lttrn 11288  ax-pre-ltadd 11289  ax-pre-mulgt0 11290  ax-pre-sup 11291
This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2101  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-rmo 3369  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 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6311  df-ord 6372  df-on 6373  df-lim 6374  df-suc 6375  df-iota 6501  df-fun 6549  df-fn 6550  df-f 6551  df-f1 6552  df-fo 6553  df-f1o 6554  df-fv 6555  df-isom 6556  df-riota 7387  df-ov 7433  df-oprab 7434  df-mpo 7435  df-of 7703  df-om 7888  df-1st 8011  df-2nd 8012  df-frecs 8313  df-wrecs 8344  df-recs 8393  df-rdg 8432  df-1o 8490  df-2o 8491  df-er 8731  df-map 8863  df-pm 8864  df-en 8988  df-dom 8989  df-sdom 8990  df-fin 8991  df-sup 9447  df-inf 9448  df-oi 9517  df-dju 9995  df-card 10033  df-pnf 11358  df-mnf 11359  df-xr 11360  df-ltxr 11361  df-le 11362  df-sub 11556  df-neg 11557  df-div 11987  df-nn 12349  df-2 12418  df-3 12419  df-n0 12620  df-z 12707  df-uz 12979  df-q 13089  df-rp 13134  df-xadd 13255  df-ioo 13493  df-ico 13495  df-icc 13496  df-fz 13653  df-fzo 13802  df-fl 13945  df-seq 14158  df-exp 14218  df-hash 14488  df-cj 15281  df-re 15282  df-im 15283  df-sqrt 15417  df-abs 15418  df-clim 15670  df-sum 15869  df-xmet 21686  df-met 21687  df-ovol 25800  df-vol 25801  df-mbf 25955
This theorem is used by:  ismbf2d  25976  mbfmax  25985
  Copyright terms: Public domain W3C validator