MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  itg11 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem itg11 25199
Description: The integral of an indicator function is the volume of the set. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jun-2014.) (Revised by Mario Carneiro, 23-Aug-2014.)
Hypothesis
Ref Expression
i1f1.1 ๐น = (๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ if(๐‘ฅ โˆˆ ๐ด, 1, 0))
Assertion
Ref Expression
itg11 ((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = (volโ€˜๐ด))
Distinct variable group:   ๐‘ฅ,๐ด
Allowed substitution hint:   ๐น(๐‘ฅ)

Proof of Theorem itg11
Dummy variables ๐‘ฆ ๐‘ง are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ovol0 25001 . . . . 5 (vol*โ€˜โˆ…) = 0
2 0mbl 25047 . . . . . 6 โˆ… โˆˆ dom vol
3 mblvol 25038 . . . . . 6 (โˆ… โˆˆ dom vol โ†’ (volโ€˜โˆ…) = (vol*โ€˜โˆ…))
42, 3ax-mp 5 . . . . 5 (volโ€˜โˆ…) = (vol*โ€˜โˆ…)
5 itg10 25196 . . . . 5 (โˆซ1โ€˜(โ„ ร— {0})) = 0
61, 4, 53eqtr4ri 2771 . . . 4 (โˆซ1โ€˜(โ„ ร— {0})) = (volโ€˜โˆ…)
7 noel 4329 . . . . . . . . 9 ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ โˆ…
8 eleq2 2822 . . . . . . . . 9 (๐ด = โˆ… โ†’ (๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†” ๐‘ฅ โˆˆ โˆ…))
97, 8mtbiri 326 . . . . . . . 8 (๐ด = โˆ… โ†’ ยฌ ๐‘ฅ โˆˆ ๐ด)
109iffalsed 4538 . . . . . . 7 (๐ด = โˆ… โ†’ if(๐‘ฅ โˆˆ ๐ด, 1, 0) = 0)
1110mpteq2dv 5249 . . . . . 6 (๐ด = โˆ… โ†’ (๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ if(๐‘ฅ โˆˆ ๐ด, 1, 0)) = (๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ 0))
12 i1f1.1 . . . . . 6 ๐น = (๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ if(๐‘ฅ โˆˆ ๐ด, 1, 0))
13 fconstmpt 5736 . . . . . 6 (โ„ ร— {0}) = (๐‘ฅ โˆˆ โ„ โ†ฆ 0)
1411, 12, 133eqtr4g 2797 . . . . 5 (๐ด = โˆ… โ†’ ๐น = (โ„ ร— {0}))
1514fveq2d 6892 . . . 4 (๐ด = โˆ… โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = (โˆซ1โ€˜(โ„ ร— {0})))
16 fveq2 6888 . . . 4 (๐ด = โˆ… โ†’ (volโ€˜๐ด) = (volโ€˜โˆ…))
176, 15, 163eqtr4a 2798 . . 3 (๐ด = โˆ… โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = (volโ€˜๐ด))
1817a1i 11 . 2 ((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โ†’ (๐ด = โˆ… โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = (volโ€˜๐ด)))
19 n0 4345 . . 3 (๐ด โ‰  โˆ… โ†” โˆƒ๐‘ฆ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด)
2012i1f1 25198 . . . . . . . 8 ((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โ†’ ๐น โˆˆ dom โˆซ1)
2120adantr 481 . . . . . . 7 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ ๐น โˆˆ dom โˆซ1)
22 itg1val 25191 . . . . . . 7 (๐น โˆˆ dom โˆซ1 โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = ฮฃ๐‘ง โˆˆ (ran ๐น โˆ– {0})(๐‘ง ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง}))))
2321, 22syl 17 . . . . . 6 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = ฮฃ๐‘ง โˆˆ (ran ๐น โˆ– {0})(๐‘ง ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง}))))
2412i1f1lem 25197 . . . . . . . . . . . . . 14 (๐น:โ„โŸถ{0, 1} โˆง (๐ด โˆˆ dom vol โ†’ (โ—ก๐น โ€œ {1}) = ๐ด))
2524simpli 484 . . . . . . . . . . . . 13 ๐น:โ„โŸถ{0, 1}
26 frn 6721 . . . . . . . . . . . . 13 (๐น:โ„โŸถ{0, 1} โ†’ ran ๐น โŠ† {0, 1})
2725, 26ax-mp 5 . . . . . . . . . . . 12 ran ๐น โŠ† {0, 1}
28 ssdif 4138 . . . . . . . . . . . 12 (ran ๐น โŠ† {0, 1} โ†’ (ran ๐น โˆ– {0}) โŠ† ({0, 1} โˆ– {0}))
2927, 28ax-mp 5 . . . . . . . . . . 11 (ran ๐น โˆ– {0}) โŠ† ({0, 1} โˆ– {0})
30 difprsnss 4801 . . . . . . . . . . 11 ({0, 1} โˆ– {0}) โŠ† {1}
3129, 30sstri 3990 . . . . . . . . . 10 (ran ๐น โˆ– {0}) โŠ† {1}
3231a1i 11 . . . . . . . . 9 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (ran ๐น โˆ– {0}) โŠ† {1})
33 mblss 25039 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (๐ด โˆˆ dom vol โ†’ ๐ด โŠ† โ„)
3433adantr 481 . . . . . . . . . . . . . . 15 ((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โ†’ ๐ด โŠ† โ„)
3534sselda 3981 . . . . . . . . . . . . . 14 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ ๐‘ฆ โˆˆ โ„)
36 eleq1w 2816 . . . . . . . . . . . . . . . 16 (๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ (๐‘ฅ โˆˆ ๐ด โ†” ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด))
3736ifbid 4550 . . . . . . . . . . . . . . 15 (๐‘ฅ = ๐‘ฆ โ†’ if(๐‘ฅ โˆˆ ๐ด, 1, 0) = if(๐‘ฆ โˆˆ ๐ด, 1, 0))
38 1ex 11206 . . . . . . . . . . . . . . . 16 1 โˆˆ V
39 c0ex 11204 . . . . . . . . . . . . . . . 16 0 โˆˆ V
4038, 39ifex 4577 . . . . . . . . . . . . . . 15 if(๐‘ฆ โˆˆ ๐ด, 1, 0) โˆˆ V
4137, 12, 40fvmpt 6995 . . . . . . . . . . . . . 14 (๐‘ฆ โˆˆ โ„ โ†’ (๐นโ€˜๐‘ฆ) = if(๐‘ฆ โˆˆ ๐ด, 1, 0))
4235, 41syl 17 . . . . . . . . . . . . 13 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (๐นโ€˜๐‘ฆ) = if(๐‘ฆ โˆˆ ๐ด, 1, 0))
43 iftrue 4533 . . . . . . . . . . . . . 14 (๐‘ฆ โˆˆ ๐ด โ†’ if(๐‘ฆ โˆˆ ๐ด, 1, 0) = 1)
4443adantl 482 . . . . . . . . . . . . 13 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ if(๐‘ฆ โˆˆ ๐ด, 1, 0) = 1)
4542, 44eqtrd 2772 . . . . . . . . . . . 12 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (๐นโ€˜๐‘ฆ) = 1)
46 ffn 6714 . . . . . . . . . . . . . 14 (๐น:โ„โŸถ{0, 1} โ†’ ๐น Fn โ„)
4725, 46ax-mp 5 . . . . . . . . . . . . 13 ๐น Fn โ„
48 fnfvelrn 7079 . . . . . . . . . . . . 13 ((๐น Fn โ„ โˆง ๐‘ฆ โˆˆ โ„) โ†’ (๐นโ€˜๐‘ฆ) โˆˆ ran ๐น)
4947, 35, 48sylancr 587 . . . . . . . . . . . 12 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (๐นโ€˜๐‘ฆ) โˆˆ ran ๐น)
5045, 49eqeltrrd 2834 . . . . . . . . . . 11 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ 1 โˆˆ ran ๐น)
51 ax-1ne0 11175 . . . . . . . . . . 11 1 โ‰  0
52 eldifsn 4789 . . . . . . . . . . 11 (1 โˆˆ (ran ๐น โˆ– {0}) โ†” (1 โˆˆ ran ๐น โˆง 1 โ‰  0))
5350, 51, 52sylanblrc 590 . . . . . . . . . 10 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ 1 โˆˆ (ran ๐น โˆ– {0}))
5453snssd 4811 . . . . . . . . 9 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ {1} โŠ† (ran ๐น โˆ– {0}))
5532, 54eqssd 3998 . . . . . . . 8 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (ran ๐น โˆ– {0}) = {1})
5655sumeq1d 15643 . . . . . . 7 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ ฮฃ๐‘ง โˆˆ (ran ๐น โˆ– {0})(๐‘ง ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง}))) = ฮฃ๐‘ง โˆˆ {1} (๐‘ง ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง}))))
57 1re 11210 . . . . . . . . 9 1 โˆˆ โ„
5824simpri 486 . . . . . . . . . . . . . 14 (๐ด โˆˆ dom vol โ†’ (โ—ก๐น โ€œ {1}) = ๐ด)
5958ad2antrr 724 . . . . . . . . . . . . 13 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (โ—ก๐น โ€œ {1}) = ๐ด)
6059fveq2d 6892 . . . . . . . . . . . 12 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {1})) = (volโ€˜๐ด))
6160oveq2d 7421 . . . . . . . . . . 11 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (1 ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {1}))) = (1 ยท (volโ€˜๐ด)))
62 simplr 767 . . . . . . . . . . . . 13 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„)
6362recnd 11238 . . . . . . . . . . . 12 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„‚)
6463mullidd 11228 . . . . . . . . . . 11 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (1 ยท (volโ€˜๐ด)) = (volโ€˜๐ด))
6561, 64eqtrd 2772 . . . . . . . . . 10 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (1 ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {1}))) = (volโ€˜๐ด))
6665, 63eqeltrd 2833 . . . . . . . . 9 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (1 ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {1}))) โˆˆ โ„‚)
67 id 22 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ง = 1 โ†’ ๐‘ง = 1)
68 sneq 4637 . . . . . . . . . . . . 13 (๐‘ง = 1 โ†’ {๐‘ง} = {1})
6968imaeq2d 6057 . . . . . . . . . . . 12 (๐‘ง = 1 โ†’ (โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง}) = (โ—ก๐น โ€œ {1}))
7069fveq2d 6892 . . . . . . . . . . 11 (๐‘ง = 1 โ†’ (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง})) = (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {1})))
7167, 70oveq12d 7423 . . . . . . . . . 10 (๐‘ง = 1 โ†’ (๐‘ง ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง}))) = (1 ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {1}))))
7271sumsn 15688 . . . . . . . . 9 ((1 โˆˆ โ„ โˆง (1 ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {1}))) โˆˆ โ„‚) โ†’ ฮฃ๐‘ง โˆˆ {1} (๐‘ง ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง}))) = (1 ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {1}))))
7357, 66, 72sylancr 587 . . . . . . . 8 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ ฮฃ๐‘ง โˆˆ {1} (๐‘ง ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง}))) = (1 ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {1}))))
7473, 65eqtrd 2772 . . . . . . 7 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ ฮฃ๐‘ง โˆˆ {1} (๐‘ง ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง}))) = (volโ€˜๐ด))
7556, 74eqtrd 2772 . . . . . 6 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ ฮฃ๐‘ง โˆˆ (ran ๐น โˆ– {0})(๐‘ง ยท (volโ€˜(โ—ก๐น โ€œ {๐‘ง}))) = (volโ€˜๐ด))
7623, 75eqtrd 2772 . . . . 5 (((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โˆง ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด) โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = (volโ€˜๐ด))
7776ex 413 . . . 4 ((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โ†’ (๐‘ฆ โˆˆ ๐ด โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = (volโ€˜๐ด)))
7877exlimdv 1936 . . 3 ((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โ†’ (โˆƒ๐‘ฆ ๐‘ฆ โˆˆ ๐ด โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = (volโ€˜๐ด)))
7919, 78biimtrid 241 . 2 ((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โ†’ (๐ด โ‰  โˆ… โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = (volโ€˜๐ด)))
8018, 79pm2.61dne 3028 1 ((๐ด โˆˆ dom vol โˆง (volโ€˜๐ด) โˆˆ โ„) โ†’ (โˆซ1โ€˜๐น) = (volโ€˜๐ด))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   โ†’ wi 4   โˆง wa 396   = wceq 1541  โˆƒwex 1781   โˆˆ wcel 2106   โ‰  wne 2940   โˆ– cdif 3944   โŠ† wss 3947  โˆ…c0 4321  ifcif 4527  {csn 4627  {cpr 4629   โ†ฆ cmpt 5230   ร— cxp 5673  โ—กccnv 5674  dom cdm 5675  ran crn 5676   โ€œ cima 5678   Fn wfn 6535  โŸถwf 6536  โ€˜cfv 6540  (class class class)co 7405  โ„‚cc 11104  โ„cr 11105  0cc0 11106  1c1 11107   ยท cmul 11111  ฮฃcsu 15628  vol*covol 24970  volcvol 24971  โˆซ1citg1 25123
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1913  ax-6 1971  ax-7 2011  ax-8 2108  ax-9 2116  ax-10 2137  ax-11 2154  ax-12 2171  ax-ext 2703  ax-rep 5284  ax-sep 5298  ax-nul 5305  ax-pow 5362  ax-pr 5426  ax-un 7721  ax-inf2 9632  ax-cnex 11162  ax-resscn 11163  ax-1cn 11164  ax-icn 11165  ax-addcl 11166  ax-addrcl 11167  ax-mulcl 11168  ax-mulrcl 11169  ax-mulcom 11170  ax-addass 11171  ax-mulass 11172  ax-distr 11173  ax-i2m1 11174  ax-1ne0 11175  ax-1rid 11176  ax-rnegex 11177  ax-rrecex 11178  ax-cnre 11179  ax-pre-lttri 11180  ax-pre-lttrn 11181  ax-pre-ltadd 11182  ax-pre-mulgt0 11183  ax-pre-sup 11184
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 397  df-or 846  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1544  df-fal 1554  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2068  df-mo 2534  df-eu 2563  df-clab 2710  df-cleq 2724  df-clel 2810  df-nfc 2885  df-ne 2941  df-nel 3047  df-ral 3062  df-rex 3071  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3433  df-v 3476  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-pss 3966  df-nul 4322  df-if 4528  df-pw 4603  df-sn 4628  df-pr 4630  df-op 4634  df-uni 4908  df-int 4950  df-iun 4998  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-tr 5265  df-id 5573  df-eprel 5579  df-po 5587  df-so 5588  df-fr 5630  df-se 5631  df-we 5632  df-xp 5681  df-rel 5682  df-cnv 5683  df-co 5684  df-dm 5685  df-rn 5686  df-res 5687  df-ima 5688  df-pred 6297  df-ord 6364  df-on 6365  df-lim 6366  df-suc 6367  df-iota 6492  df-fun 6542  df-fn 6543  df-f 6544  df-f1 6545  df-fo 6546  df-f1o 6547  df-fv 6548  df-isom 6549  df-riota 7361  df-ov 7408  df-oprab 7409  df-mpo 7410  df-of 7666  df-om 7852  df-1st 7971  df-2nd 7972  df-frecs 8262  df-wrecs 8293  df-recs 8367  df-rdg 8406  df-1o 8462  df-2o 8463  df-er 8699  df-map 8818  df-pm 8819  df-en 8936  df-dom 8937  df-sdom 8938  df-fin 8939  df-sup 9433  df-inf 9434  df-oi 9501  df-dju 9892  df-card 9930  df-pnf 11246  df-mnf 11247  df-xr 11248  df-ltxr 11249  df-le 11250  df-sub 11442  df-neg 11443  df-div 11868  df-nn 12209  df-2 12271  df-3 12272  df-n0 12469  df-z 12555  df-uz 12819  df-q 12929  df-rp 12971  df-xadd 13089  df-ioo 13324  df-ico 13326  df-icc 13327  df-fz 13481  df-fzo 13624  df-fl 13753  df-seq 13963  df-exp 14024  df-hash 14287  df-cj 15042  df-re 15043  df-im 15044  df-sqrt 15178  df-abs 15179  df-clim 15428  df-sum 15629  df-xmet 20929  df-met 20930  df-ovol 24972  df-vol 24973  df-mbf 25127  df-itg1 25128
This theorem is referenced by:  itg2const  25249  itg2addnclem  36527
  Copyright terms: Public domain W3C validator