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

Theorem itg2i1fseq2 26110
Description: In an extension to the results of itg2i1fseq 26109, 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 13034 . . 3 ℕ = (ℤ≥‘1)
2 1zzd 12757 . . 3 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
3 itg2i1fseq.3 . . . . . 6 (𝜑 → 𝑃:ℕ⟶dom ∫1)
43ffvelcdmda 7111 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → (𝑃‘𝑚) ∈ dom ∫1)
5 itg1cl 26039 . . . . 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 7141 . . 3 (𝜑 → 𝑆:ℕ⟶ℝ)
93ffvelcdmda 7111 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃‘𝑘) ∈ dom ∫1)
10 peano2nn 12377 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
11 ffvelcdm 7108 . . . . . 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 3103 . . . . . . 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 6911 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → (𝑃‘𝑛) = (𝑃‘𝑘))
18 fvoveq1 7469 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → (𝑃‘(𝑛 + 1)) = (𝑃‘(𝑘 + 1)))
1917, 18breq12d 5119 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑘 → ((𝑃‘𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)) ↔ (𝑃‘𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1))))
2019rspccva 3579 . . . . . 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 26067 . . . . 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 1399 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃‘𝑘)) ≤ (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
24 2fveq3 6916 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑘 → (∫1‘(𝑃‘𝑚)) = (∫1‘(𝑃‘𝑘)))
25 fvex 6924 . . . . . 6 (∫1‘(𝑃‘𝑘)) ∈ V
2624, 7, 25fvmpt 7019 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ → (𝑆‘𝑘) = (∫1‘(𝑃‘𝑘)))
2726adantl 487 . . . 4 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆‘𝑘) = (∫1‘(𝑃‘𝑘)))
28 2fveq3 6916 . . . . . . 7 (𝑚 = (𝑘 + 1) → (∫1‘(𝑃‘𝑚)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
29 fvex 6924 . . . . . . 7 (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))) ∈ V
3028, 7, 29fvmpt 7019 . . . . . 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 5141 . . 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 5131 . . . . 5 ((𝜑 ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑀)
3736ralrimiva 3158 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑀)
38 brralrspcev 5169 . . . 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 15869 . 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 26109 . . 3 (𝜑 → (∫2‘𝐹) = sup(ran 𝑆, ℝ*, < ))
458frnd 6743 . . . 4 (𝜑 → ran 𝑆 ⊆ ℝ)
467, 6dmmptd 6709 . . . . . 6 (𝜑 → dom 𝑆 = ℕ)
47 1nn 12376 . . . . . . 7 1 ∈ ℕ
48 ne0i 4290 . . . . . . 7 (1 ∈ ℕ → ℕ ≠ ∅)
4947, 48mp1i 14 . . . . . 6 (𝜑 → ℕ ≠ ∅)
5046, 49eqnetrd 3026 . . . . 5 (𝜑 → dom 𝑆 ≠ ∅)
51 dm0rn0 5914 . . . . . 6 (dom 𝑆 = ∅ ↔ ran 𝑆 = ∅)
5251necon3bii 3011 . . . . 5 (dom 𝑆 ≠ ∅ ↔ ran 𝑆 ≠ ∅)
5350, 52sylib 221 . . . 4 (𝜑 → ran 𝑆 ≠ ∅)
54 ffn 6734 . . . . . . 7 (𝑆:ℕ⟶ℝ → 𝑆 Fn ℕ)
55 breq1 5109 . . . . . . . 8 (𝑦 = (𝑆‘𝑘) → (𝑦 ≤ 𝑧 ↔ (𝑆‘𝑘) ≤ 𝑧))
5655ralrn 7115 . . . . . . 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 3190 . . . . 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 13487 . . . 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 1399 . . 3 (𝜑 → sup(ran 𝑆, ℝ*, < ) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
6244, 61eqtrd 2798 . 2 (𝜑 → (∫2‘𝐹) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
6340, 62breqtrrd 5137 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 2147   ≠ wne 2959  ∀wral 3080  ∃wrex 3090   ⊆ wss 3900  ∅c0 4281   class class class wbr 5106   ↦ cmpt 5190  dom cdm 5656  ran crn 5657   Fn wfn 6556  ⟶wf 6557  ‘cfv 6561  (class class class)co 7446   ∘r cofr 7719  supcsup 9462  ℝcr 11229  0cc0 11230  1c1 11231   + caddc 11233  +∞cpnf 11370  ℝ*cxr 11372   < clt 11373   ≤ cle 11374  ℕcn 12365  [,)cico 13508   ⇝ cli 15683  MblFncmbf 25968  ∫1citg1 25969  ∫2citg2 25970  0𝑝c0p 26023
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 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5236  ax-sep 5253  ax-nul 5264  ax-pow 5332  ax-pr 5396  ax-un 7778  ax-inf2 9672  ax-cc 10543  ax-cnex 11286  ax-resscn 11287  ax-1cn 11288  ax-icn 11289  ax-addcl 11290  ax-addrcl 11291  ax-mulcl 11292  ax-mulrcl 11293  ax-mulcom 11294  ax-addass 11295  ax-mulass 11296  ax-distr 11297  ax-i2m1 11298  ax-1ne0 11299  ax-1rid 11300  ax-rnegex 11301  ax-rrecex 11302  ax-cnre 11303  ax-pre-lttri 11304  ax-pre-lttrn 11305  ax-pre-ltadd 11306  ax-pre-mulgt0 11307  ax-pre-sup 11308  ax-addf 11309
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 2102  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-disj 5074  df-br 5107  df-opab 5172  df-mpt 5191  df-tr 5217  df-id 5551  df-eprel 5556  df-po 5564  df-so 5565  df-fr 5609  df-se 5610  df-we 5611  df-xp 5662  df-rel 5663  df-cnv 5664  df-co 5665  df-dm 5666  df-rn 5667  df-res 5668  df-ima 5669  df-pred 6325  df-ord 6386  df-on 6387  df-lim 6388  df-suc 6389  df-iota 6515  df-fun 6563  df-fn 6564  df-f 6565  df-f1 6566  df-fo 6567  df-f1o 6568  df-fv 6569  df-isom 6570  df-riota 7403  df-ov 7449  df-oprab 7450  df-mpo 7451  df-of 7720  df-ofr 7721  df-om 7905  df-1st 8028  df-2nd 8029  df-frecs 8330  df-wrecs 8361  df-recs 8410  df-rdg 8449  df-1o 8507  df-2o 8508  df-oadd 8511  df-omul 8512  df-er 8748  df-map 8880  df-pm 8881  df-en 9005  df-dom 9006  df-sdom 9007  df-fin 9008  df-fi 9433  df-sup 9464  df-inf 9465  df-oi 9534  df-dju 10012  df-card 10050  df-acn 10053  df-pnf 11375  df-mnf 11376  df-xr 11377  df-ltxr 11378  df-le 11379  df-sub 11573  df-neg 11574  df-div 12004  df-nn 12366  df-2 12435  df-3 12436  df-n0 12637  df-z 12724  df-uz 12996  df-q 13106  df-rp 13151  df-xneg 13271  df-xadd 13272  df-xmul 13273  df-ioo 13510  df-ioc 13511  df-ico 13512  df-icc 13513  df-fz 13670  df-fzo 13819  df-fl 13962  df-seq 14175  df-exp 14235  df-hash 14505  df-cj 15298  df-re 15299  df-im 15300  df-sqrt 15434  df-abs 15435  df-clim 15687  df-rlim 15688  df-sum 15886  df-rest 17625  df-topgen 17646  df-psmet 21703  df-xmet 21704  df-met 21705  df-bl 21706  df-mopn 21707  df-top 23245  df-topon 23262  df-bases 23297  df-cmp 23738  df-ovol 25818  df-vol 25819  df-mbf 25973  df-itg1 25974  df-itg2 25975  df-0p 26024
This theorem is used by:  itg2i1fseq3  26111  itg2addlem  26112
  Copyright terms: Public domain W3C validator