Theorem itg2i1fseq2 25876

Description: In an extension to the results of itg2i1fseq 25875, if there is an upper bound on the integrals of the simple functions approaching 𝐹, then ∫₂𝐹 is real and the standard limit relation applies. (Contributed by Mario Carneiro, 17-Aug-2014.)

Hypotheses

Ref	Expression
itg2i1fseq.1	⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ MblFn)
itg2i1fseq.2	⊢ (𝜑 → 𝐹:ℝ⟶(0[,)+∞))
itg2i1fseq.3	⊢ (𝜑 → 𝑃:ℕ⟶dom ∫1)
itg2i1fseq.4	⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ (0𝑝 ∘r ≤ (𝑃‘𝑛) ∧ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1))))
itg2i1fseq.5	⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑃‘𝑛)‘𝑥)) ⇝ (𝐹‘𝑥))
itg2i1fseq.6	⊢ 𝑆 = (𝑚 ∈ ℕ ↦ (∫1‘(𝑃‘𝑚)))
itg2i1fseq2.7	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℝ)
itg2i1fseq2.8	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃‘𝑘)) ≤ 𝑀)

Assertion

Ref	Expression
itg2i1fseq2	⊢ (𝜑 → 𝑆 ⇝ (∫2‘𝐹))

Distinct variable groups:   𝑘,𝑚,𝑛,𝑥,𝐹   𝑘,𝑀,𝑛   𝑃,𝑘,𝑚,𝑛,𝑥   𝜑,𝑘,𝑚   𝑆,𝑘

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑛)   𝑆(𝑥,𝑚,𝑛)   𝑀(𝑥,𝑚)

Proof of Theorem itg2i1fseq2

Dummy variables 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nnuz 12892	. . 3 ⊢ ℕ = (ℤ≥‘1)
2		1zzd 12616	. . 3 ⊢ (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
3		itg2i1fseq.3	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑃:ℕ⟶dom ∫1)
4	3	ffvelcdmda 7069	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑃‘𝑚) ∈ dom ∫1)
5		itg1cl 25805	. . . . 5 ⊢ ((𝑃‘𝑚) ∈ dom ∫1 → (∫1‘(𝑃‘𝑚)) ∈ ℝ)
6	4, 5	syl 18	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃‘𝑚)) ∈ ℝ)
7		itg2i1fseq.6	. . . 4 ⊢ 𝑆 = (𝑚 ∈ ℕ ↦ (∫1‘(𝑃‘𝑚)))
8	6, 7	fmptd 7099	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑆:ℕ⟶ℝ)
9	3	ffvelcdmda 7069	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃‘𝑘) ∈ dom ∫1)
10		peano2nn 12236	. . . . . 6 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
11		ffvelcdm 7066	. . . . . 6 ⊢ ((𝑃:ℕ⟶dom ∫1 ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ) → (𝑃‘(𝑘 + 1)) ∈ dom ∫1)
12	3, 10, 11	syl2an 607	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃‘(𝑘 + 1)) ∈ dom ∫1)
13		itg2i1fseq.4	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ (0𝑝 ∘r ≤ (𝑃‘𝑛) ∧ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1))))
14		simpr 489	. . . . . . . 8 ⊢ ((0𝑝 ∘r ≤ (𝑃‘𝑛) ∧ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1))) → (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)))
15	14	ralimi 3102	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑛 ∈ ℕ (0𝑝 ∘r ≤ (𝑃‘𝑛) ∧ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1))) → ∀𝑛 ∈ ℕ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)))
16	13, 15	syl 18	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)))
17		fveq2 6871	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑃‘𝑛) = (𝑃‘𝑘))
18		fvoveq1 7423	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → (𝑃‘(𝑛 + 1)) = (𝑃‘(𝑘 + 1)))
19	17, 18	breq12d 5118	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 = 𝑘 → ((𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)) ↔ (𝑃‘𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1))))
20	19	rspccva 3583	. . . . . 6 ⊢ ((∀𝑛 ∈ ℕ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃‘𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1)))
21	16, 20	sylan 591	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃‘𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1)))
22		itg1le 25833	. . . . 5 ⊢ (((𝑃‘𝑘) ∈ dom ∫1 ∧ (𝑃‘(𝑘 + 1)) ∈ dom ∫1 ∧ (𝑃‘𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1))) → (∫1‘(𝑃‘𝑘)) ≤ (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
23	9, 12, 21, 22	syl3anc 1394	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃‘𝑘)) ≤ (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
24		2fveq3 6876	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 = 𝑘 → (∫1‘(𝑃‘𝑚)) = (∫1‘(𝑃‘𝑘)))
25		fvex 6884	. . . . . 6 ⊢ (∫1‘(𝑃‘𝑘)) ∈ V
26	24, 7, 25	fvmpt 6979	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝑆‘𝑘) = (∫1‘(𝑃‘𝑘)))
27	26	adantl 486	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆‘𝑘) = (∫1‘(𝑃‘𝑘)))
28		2fveq3 6876	. . . . . . 7 ⊢ (𝑚 = (𝑘 + 1) → (∫1‘(𝑃‘𝑚)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
29		fvex 6884	. . . . . . 7 ⊢ (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))) ∈ V
30	28, 7, 29	fvmpt 6979	. . . . . 6 ⊢ ((𝑘 + 1) ∈ ℕ → (𝑆‘(𝑘 + 1)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
31	10, 30	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝑘 ∈ ℕ → (𝑆‘(𝑘 + 1)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
32	31	adantl 486	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆‘(𝑘 + 1)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
33	23, 27, 32	3brtr4d 5137	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆‘𝑘) ≤ (𝑆‘(𝑘 + 1)))
34		itg2i1fseq2.7	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℝ)
35		itg2i1fseq2.8	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃‘𝑘)) ≤ 𝑀)
36	27, 35	eqbrtrd 5127	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑀)
37	36	ralrimiva 3157	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑀)
38		brralrspcev 5165	. . . 4 ⊢ ((𝑀 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑀) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧)
39	34, 37, 38	syl2anc 595	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧)
40	1, 2, 8, 33, 39	climsup 15711	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⇝ sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
41		itg2i1fseq.1	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹 ∈ MblFn)
42		itg2i1fseq.2	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐹:ℝ⟶(0[,)+∞))
43		itg2i1fseq.5	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑃‘𝑛)‘𝑥)) ⇝ (𝐹‘𝑥))
44	41, 42, 3, 13, 43, 7	itg2i1fseq 25875	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∫2‘𝐹) = sup(ran 𝑆, ℝ*, < ))
45	8	frnd 6704	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ran 𝑆 ⊆ ℝ)
46	7, 6	dmmptd 6670	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → dom 𝑆 = ℕ)
47		1nn 12235	. . . . . . 7 ⊢ 1 ∈ ℕ
48		ne0i 4296	. . . . . . 7 ⊢ (1 ∈ ℕ → ℕ ≠ ∅)
49	47, 48	mp1i 14	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ℕ ≠ ∅)
50	46, 49	eqnetrd 3027	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → dom 𝑆 ≠ ∅)
51		dm0rn0 5905	. . . . . 6 ⊢ (dom 𝑆 = ∅ ↔ ran 𝑆 = ∅)
52	51	necon3bii 3012	. . . . 5 ⊢ (dom 𝑆 ≠ ∅ ↔ ran 𝑆 ≠ ∅)
53	50, 52	sylib 221	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ran 𝑆 ≠ ∅)
54		ffn 6695	. . . . . . 7 ⊢ (𝑆:ℕ⟶ℝ → 𝑆 Fn ℕ)
55		breq1 5108	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑦 = (𝑆‘𝑘) → (𝑦 ≤ 𝑧 ↔ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧))
56	55	ralrn 7073	. . . . . . 7 ⊢ (𝑆 Fn ℕ → (∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦 ≤ 𝑧 ↔ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧))
57	8, 54, 56	3syl 19	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦 ≤ 𝑧 ↔ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧))
58	57	rexbidv 3189	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦 ≤ 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧))
59	39, 58	mpbird 260	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦 ≤ 𝑧)
60		supxrre 13344	. . . 4 ⊢ ((ran 𝑆 ⊆ ℝ ∧ ran 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦 ≤ 𝑧) → sup(ran 𝑆, ℝ*, < ) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
61	45, 53, 59, 60	syl3anc 1394	. . 3 ⊢ (𝜑 → sup(ran 𝑆, ℝ*, < ) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
62	44, 61	eqtrd 2800	. 2 ⊢ (𝜑 → (∫2‘𝐹) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
63	40, 62	breqtrrd 5133	1 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⇝ (∫2‘𝐹))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 400   = wceq 1563   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2960  ∀wral 3079  ∃wrex 3089   ⊆ wss 3907  ∅c0 4288   class class class wbr 5105   ↦ cmpt 5186  dom cdm 5652  ran crn 5653   Fn wfn 6520  ⟶wf 6521  ‘cfv 6525  (class class class)co 7400   ∘_r cofr 7663  supcsup 9388  ℝcr 11087  0cc0 11088  1c1 11089   + caddc 11091  +∞cpnf 11228  ℝ^*cxr 11230   < clt 11231   ≤ cle 11232  ℕcn 12224  [,)cico 13365   ⇝ cli 15525  MblFncmbf 25734  ∫₁citg1 25735  ∫₂citg2 25736  0_𝑝c0p 25789

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1818  ax-4 1832  ax-5 1933  ax-6 1990  ax-7 2031  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2215  ax-ext 2737  ax-rep 5232  ax-sep 5251  ax-nul 5261  ax-pow 5327  ax-pr 5395  ax-un 7722  ax-inf2 9598  ax-cc 10407  ax-cnex 11144  ax-resscn 11145  ax-1cn 11146  ax-icn 11147  ax-addcl 11148  ax-addrcl 11149  ax-mulcl 11150  ax-mulrcl 11151  ax-mulcom 11152  ax-addass 11153  ax-mulass 11154  ax-distr 11155  ax-i2m1 11156  ax-1ne0 11157  ax-1rid 11158  ax-rnegex 11159  ax-rrecex 11160  ax-cnre 11161  ax-pre-lttri 11162  ax-pre-lttrn 11163  ax-pre-ltadd 11164  ax-pre-mulgt0 11165  ax-pre-sup 11166  ax-addf 11167

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1566  df-fal 1576  df-ex 1803  df-nf 1807  df-sb 2094  df-mo 2569  df-eu 2599  df-clab 2744  df-cleq 2757  df-clel 2840  df-nfc 2914  df-ne 2961  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3370  df-reu 3371  df-rab 3418  df-v 3459  df-sbc 3748  df-csb 3856  df-dif 3910  df-un 3912  df-in 3914  df-ss 3924  df-pss 3927  df-nul 4289  df-if 4484  df-pw 4560  df-sn 4586  df-pr 4588  df-op 4592  df-uni 4869  df-int 4909  df-iun 4954  df-disj 5073  df-br 5106  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5547  df-eprel 5552  df-po 5560  df-so 5561  df-fr 5605  df-se 5606  df-we 5607  df-xp 5658  df-rel 5659  df-cnv 5660  df-co 5661  df-dm 5662  df-rn 5663  df-res 5664  df-ima 5665  df-pred 6292  df-ord 6353  df-on 6354  df-lim 6355  df-suc 6356  df-iota 6481  df-fun 6527  df-fn 6528  df-f 6529  df-f1 6530  df-fo 6531  df-f1o 6532  df-fv 6533  df-isom 6534  df-riota 7357  df-ov 7403  df-oprab 7404  df-mpo 7405  df-of 7664  df-ofr 7665  df-om 7851  df-1st 7974  df-2nd 7975  df-frecs 8266  df-wrecs 8297  df-recs 8346  df-rdg 8385  df-1o 8441  df-2o 8442  df-oadd 8445  df-omul 8446  df-er 8682  df-map 8814  df-pm 8815  df-en 8932  df-dom 8933  df-sdom 8934  df-fin 8935  df-fi 9359  df-sup 9390  df-inf 9391  df-oi 9460  df-dju 9875  df-card 9913  df-acn 9916  df-pnf 11233  df-mnf 11234  df-xr 11235  df-ltxr 11236  df-le 11237  df-sub 11431  df-neg 11432  df-div 11860  df-nn 12225  df-2 12294  df-3 12295  df-n0 12496  df-z 12583  df-uz 12854  df-q 12964  df-rp 13008  df-xneg 13128  df-xadd 13129  df-xmul 13130  df-ioo 13367  df-ioc 13368  df-ico 13369  df-icc 13370  df-fz 13527  df-fzo 13674  df-fl 13816  df-seq 14029  df-exp 14089  df-hash 14358  df-cj 15140  df-re 15141  df-im 15142  df-sqrt 15276  df-abs 15277  df-clim 15529  df-rlim 15530  df-sum 15728  df-rest 17465  df-topgen 17486  df-psmet 21474  df-xmet 21475  df-met 21476  df-bl 21477  df-mopn 21478  df-top 23012  df-topon 23029  df-bases 23064  df-cmp 23505  df-ovol 25584  df-vol 25585  df-mbf 25739  df-itg1 25740  df-itg2 25741  df-0p 25790

This theorem is referenced by:  itg2i1fseq3  25877  itg2addlem  25878