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

Theorem ismbfd 25960
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 25975. (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 13578 . . . . 5 (,):(ℝ* × ℝ*)⟶𝒫 ℝ
2 ffn 6709 . . . . 5 ((,):(ℝ* × ℝ*)⟶𝒫 ℝ → (,) Fn (ℝ* × ℝ*))
3 ovelrn 7597 . . . . 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 11363 . . . . . . . . . . . 12 +∞ ∈ ℝ*
76a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → +∞ ∈ ℝ*)
8 mnfxr 11366 . . . . . . . . . . . 12 -∞ ∈ ℝ*
98a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → -∞ ∈ ℝ*)
10 simprr 785 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝑦 ∈ ℝ*)
11 iooin 13510 . . . . . . . . . . 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 4528 . . . . . . . . . . . . 13 ((-∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑥 ∈ ℝ*) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ∈ ℝ*)
148, 5, 13sylancr 599 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ∈ ℝ*)
15 mnfle 13264 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ* → -∞ ≤ 𝑥)
16 xrleid 13280 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ* → 𝑥 ≤ 𝑥)
17 breq1 5106 . . . . . . . . . . . . . . 15 (-∞ = if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) → (-∞ ≤ 𝑥 ↔ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥))
18 breq1 5106 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 = if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) → (𝑥 ≤ 𝑥 ↔ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥))
1917, 18ifboth 4522 . . . . . . . . . . . . . 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 13305 . . . . . . . . . . . . 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 13284 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) = 𝑥)
25 ifcl 4528 . . . . . . . . . . . . 13 ((+∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ∈ ℝ*)
266, 10, 25sylancr 599 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ∈ ℝ*)
27 xrmin2 13308 . . . . . . . . . . . . 13 ((+∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ≤ 𝑦)
286, 10, 27sylancr 599 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ≤ 𝑦)
29 pnfge 13259 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ* → 𝑦 ≤ +∞)
30 xrleid 13280 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ* → 𝑦 ≤ 𝑦)
31 breq2 5107 . . . . . . . . . . . . . . 15 (+∞ = if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) → (𝑦 ≤ +∞ ↔ 𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)))
32 breq2 5107 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) → (𝑦 ≤ 𝑦 ↔ 𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)))
3331, 32ifboth 4522 . . . . . . . . . . . . . 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 13284 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) = 𝑦)
3724, 36oveq12d 7438 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥)(,)if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)) = (𝑥(,)𝑦))
3812, 37eqtrd 2796 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦)) = (𝑥(,)𝑦))
3938imaeq2d 6052 . . . . . . . 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 6714 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → Fun 𝐹)
43 inpreima 7063 . . . . . . . . 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 2798 . . . . . . 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 3155 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ* (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol)
50 oveq2 7428 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = 𝑦 → (-∞(,)𝑥) = (-∞(,)𝑦))
5150imaeq2d 6052 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = 𝑦 → (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) = (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦)))
5251eleq1d 2846 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑦 → ((◡𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol ↔ (◡𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol))
5352rspccva 3576 . . . . . . . . . 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 25863 . . . . . . . 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 2861 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ ℝ*)) → (◡𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)) ∈ dom vol)
59 imaeq2 6048 . . . . . . 7 (𝑧 = (𝑥(,)𝑦) → (◡𝐹 “ 𝑧) = (◡𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)))
6059eleq1d 2846 . . . . . 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 3220 . . . 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 3154 . 2 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ ran (,)(◡𝐹 “ 𝑧) ∈ dom vol)
65 ismbf 25949 . . 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 1570   ∈ wcel 2145  ∀wral 3077  ∃wrex 3087   ∩ cin 3898  ifcif 4482  𝒫 cpw 4557   class class class wbr 5103   × cxp 5649  ◡ccnv 5650  dom cdm 5651  ran crn 5652   “ cima 5654  Fun wfun 6532   Fn wfn 6533  ⟶wf 6534  (class class class)co 7420  ℝcr 11199  +∞cpnf 11340  -∞cmnf 11341  ℝ*cxr 11342   ≤ cle 11344  (,)cioo 13476  volcvol 25784  MblFncmbf 25935
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-inf2 9642  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-rmo 3366  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-int 4908  df-iun 4953  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-se 5605  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-isom 6547  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-of 7693  df-om 7878  df-1st 8001  df-2nd 8002  df-frecs 8299  df-wrecs 8330  df-recs 8379  df-rdg 8418  df-1o 8476  df-2o 8477  df-er 8717  df-map 8849  df-pm 8850  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-fin 8977  df-sup 9434  df-inf 9435  df-oi 9504  df-dju 9982  df-card 10020  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-xr 11347  df-ltxr 11348  df-le 11349  df-sub 11543  df-neg 11544  df-div 11974  df-nn 12336  df-2 12405  df-3 12406  df-n0 12607  df-z 12694  df-uz 12966  df-q 13076  df-rp 13121  df-xadd 13242  df-ioo 13480  df-ico 13482  df-icc 13483  df-fz 13640  df-fzo 13789  df-fl 13932  df-seq 14145  df-exp 14205  df-hash 14475  df-cj 15266  df-re 15267  df-im 15268  df-sqrt 15402  df-abs 15403  df-clim 15655  df-sum 15854  df-xmet 21671  df-met 21672  df-ovol 25785  df-vol 25786  df-mbf 25940
This theorem is used by:  ismbf2d  25961  mbfmax  25970
  Copyright terms: Public domain W3C validator