MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  itg2i1fseq2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem itg2i1fseq2 26057
Description: In an extension to the results of itg2i1fseq 26056, 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.
StepHypRef Expression
1 nnuz 12985 . . 3 ℕ = (ℤ≥‘1)
2 1zzd 12708 . . 3 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
3 itg2i1fseq.3 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑃:ℕ⟶dom ∫1)
43ffvelcdmda 7076 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑃‘𝑚) ∈ dom ∫1)
5 itg1cl 25986 . . . . 5 ((𝑃‘𝑚) ∈ dom ∫1 → (∫1‘(𝑃‘𝑚)) ∈ ℝ)
64, 5syl 18 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃‘𝑚)) ∈ ℝ)
7 itg2i1fseq.6 . . . 4 𝑆 = (𝑚 ∈ ℕ ↦ (∫1‘(𝑃‘𝑚)))
86, 7fmptd 7106 . . 3 (𝜑 → 𝑆:ℕ⟶ℝ)
93ffvelcdmda 7076 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃‘𝑘) ∈ dom ∫1)
10 peano2nn 12328 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
11 ffvelcdm 7073 . . . . . 6 ((𝑃:ℕ⟶dom ∫1 ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ) → (𝑃‘(𝑘 + 1)) ∈ dom ∫1)
123, 10, 11syl2an 608 . . . . 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 490 . . . . . . . 8 ((0𝑝 ∘r ≤ (𝑃‘𝑛) ∧ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1))) → (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)))
1514ralimi 3100 . . . . . . 7 (∀𝑛 ∈ ℕ (0𝑝 ∘r ≤ (𝑃‘𝑛) ∧ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1))) → ∀𝑛 ∈ ℕ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)))
1613, 15syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)))
17 fveq2 6877 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → (𝑃‘𝑛) = (𝑃‘𝑘))
18 fvoveq1 7435 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → (𝑃‘(𝑛 + 1)) = (𝑃‘(𝑘 + 1)))
1917, 18breq12d 5116 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑘 → ((𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)) ↔ (𝑃‘𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1))))
2019rspccva 3576 . . . . . 6 ((∀𝑛 ∈ ℕ (𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃‘𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1)))
2116, 20sylan 592 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃‘𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1)))
22 itg1le 26014 . . . . 5 (((𝑃‘𝑘) ∈ dom ∫1 ∧ (𝑃‘(𝑘 + 1)) ∈ dom ∫1 ∧ (𝑃‘𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1))) → (∫1‘(𝑃‘𝑘)) ≤ (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
239, 12, 21, 22syl3anc 1398 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃‘𝑘)) ≤ (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
24 2fveq3 6882 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑘 → (∫1‘(𝑃‘𝑚)) = (∫1‘(𝑃‘𝑘)))
25 fvex 6890 . . . . . 6 (∫1‘(𝑃‘𝑘)) ∈ V
2624, 7, 25fvmpt 6985 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ → (𝑆‘𝑘) = (∫1‘(𝑃‘𝑘)))
2726adantl 487 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆‘𝑘) = (∫1‘(𝑃‘𝑘)))
28 2fveq3 6882 . . . . . . 7 (𝑚 = (𝑘 + 1) → (∫1‘(𝑃‘𝑚)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
29 fvex 6890 . . . . . . 7 (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))) ∈ V
3028, 7, 29fvmpt 6985 . . . . . 6 ((𝑘 + 1) ∈ ℕ → (𝑆‘(𝑘 + 1)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
3110, 30syl 18 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ → (𝑆‘(𝑘 + 1)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
3231adantl 487 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆‘(𝑘 + 1)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
3323, 27, 323brtr4d 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)
3627, 35eqbrtrd 5127 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑀)
3736ralrimiva 3155 . . . 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)
3934, 37, 38syl2anc 596 . . 3 (𝜑 → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧)
401, 2, 8, 33, 39climsup 15817 . 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))
4441, 42, 3, 13, 43, 7itg2i1fseq 26056 . . 3 (𝜑 → (∫2‘𝐹) = sup(ran 𝑆, ℝ*, < ))
458frnd 6710 . . . 4 (𝜑 → ran 𝑆 ⊆ ℝ)
467, 6dmmptd 6676 . . . . . 6 (𝜑 → dom 𝑆 = ℕ)
47 1nn 12327 . . . . . . 7 1 ∈ ℕ
48 ne0i 4287 . . . . . . 7 (1 ∈ ℕ → ℕ ≠ ∅)
4947, 48mp1i 14 . . . . . 6 (𝜑 → ℕ ≠ ∅)
5046, 49eqnetrd 3023 . . . . 5 (𝜑 → dom 𝑆 ≠ ∅)
51 dm0rn0 5906 . . . . . 6 (dom 𝑆 = ∅ ↔ ran 𝑆 = ∅)
5251necon3bii 3008 . . . . 5 (dom 𝑆 ≠ ∅ ↔ ran 𝑆 ≠ ∅)
5350, 52sylib 221 . . . 4 (𝜑 → ran 𝑆 ≠ ∅)
54 ffn 6701 . . . . . . 7 (𝑆:ℕ⟶ℝ → 𝑆 Fn ℕ)
55 breq1 5106 . . . . . . . 8 (𝑦 = (𝑆‘𝑘) → (𝑦 ≤ 𝑧 ↔ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧))
5655ralrn 7080 . . . . . . 7 (𝑆 Fn ℕ → (∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦 ≤ 𝑧 ↔ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧))
578, 54, 563syl 19 . . . . . 6 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦 ≤ 𝑧 ↔ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧))
5857rexbidv 3187 . . . . 5 (𝜑 → (∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦 ≤ 𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧))
5939, 58mpbird 260 . . . 4 (𝜑 → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦 ≤ 𝑧)
60 supxrre 13438 . . . 4 ((ran 𝑆 ⊆ ℝ ∧ ran 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦 ≤ 𝑧) → sup(ran 𝑆, ℝ*, < ) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
6145, 53, 59, 60syl3anc 1398 . . 3 (𝜑 → sup(ran 𝑆, ℝ*, < ) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
6244, 61eqtrd 2796 . 2 (𝜑 → (∫2‘𝐹) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
6340, 62breqtrrd 5133 1 (𝜑 → 𝑆 ⇝ (∫2‘𝐹))
Colors of variables:    wff setvar class
This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2956  ∀wral 3077  ∃wrex 3087   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186  dom cdm 5651  ran crn 5652   Fn wfn 6526  ⟶wf 6527  ‘cfv 6531  (class class class)co 7412   ∘r cofr 7681  supcsup 9416  ℝcr 11180  0cc0 11181  1c1 11182   + caddc 11184  +∞cpnf 11321  ℝ*cxr 11323   < clt 11324   ≤ cle 11325  ℕcn 12316  [,)cico 13459   ⇝ cli 15631  MblFncmbf 25915  ∫1citg1 25916  ∫2citg2 25917  0𝑝c0p 25970
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 7740  ax-inf2 9626  ax-cc 10494  ax-cnex 11237  ax-resscn 11238  ax-1cn 11239  ax-icn 11240  ax-addcl 11241  ax-addrcl 11242  ax-mulcl 11243  ax-mulrcl 11244  ax-mulcom 11245  ax-addass 11246  ax-mulass 11247  ax-distr 11248  ax-i2m1 11249  ax-1ne0 11250  ax-1rid 11251  ax-rnegex 11252  ax-rrecex 11253  ax-cnre 11254  ax-pre-lttri 11255  ax-pre-lttrn 11256  ax-pre-ltadd 11257  ax-pre-mulgt0 11258  ax-pre-sup 11259  ax-addf 11260
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-disj 5071  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 6297  df-ord 6358  df-on 6359  df-lim 6360  df-suc 6361  df-iota 6487  df-fun 6533  df-fn 6534  df-f 6535  df-f1 6536  df-fo 6537  df-f1o 6538  df-fv 6539  df-isom 6540  df-riota 7369  df-ov 7415  df-oprab 7416  df-mpo 7417  df-of 7682  df-ofr 7683  df-om 7867  df-1st 7990  df-2nd 7991  df-frecs 8283  df-wrecs 8314  df-recs 8363  df-rdg 8402  df-1o 8460  df-2o 8461  df-oadd 8464  df-omul 8465  df-er 8701  df-map 8833  df-pm 8834  df-en 8958  df-dom 8959  df-sdom 8960  df-fin 8961  df-fi 9387  df-sup 9418  df-inf 9419  df-oi 9488  df-dju 9963  df-card 10001  df-acn 10004  df-pnf 11326  df-mnf 11327  df-xr 11328  df-ltxr 11329  df-le 11330  df-sub 11524  df-neg 11525  df-div 11955  df-nn 12317  df-2 12386  df-3 12387  df-n0 12588  df-z 12675  df-uz 12947  df-q 13057  df-rp 13102  df-xneg 13222  df-xadd 13223  df-xmul 13224  df-ioo 13461  df-ioc 13462  df-ico 13463  df-icc 13464  df-fz 13621  df-fzo 13769  df-fl 13912  df-seq 14125  df-exp 14185  df-hash 14455  df-cj 15246  df-re 15247  df-im 15248  df-sqrt 15382  df-abs 15383  df-clim 15635  df-rlim 15636  df-sum 15834  df-rest 17573  df-topgen 17594  df-psmet 21650  df-xmet 21651  df-met 21652  df-bl 21653  df-mopn 21654  df-top 23192  df-topon 23209  df-bases 23244  df-cmp 23685  df-ovol 25765  df-vol 25766  df-mbf 25920  df-itg1 25921  df-itg2 25922  df-0p 25971
This theorem is used by:  itg2i1fseq3  26058  itg2addlem  26059
  Copyright terms: Public domain W3C validator