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

Theorem itg2i1fseq2 24358
Description: In an extension to the results of itg2i1fseq 24357, 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 (𝜑𝐹 ∈ MblFn)
itg2i1fseq.2 (𝜑𝐹:ℝ⟶(0[,)+∞))
itg2i1fseq.3 (𝜑𝑃:ℕ⟶dom ∫1)
itg2i1fseq.4 (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ (0𝑝r ≤ (𝑃𝑛) ∧ (𝑃𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1))))
itg2i1fseq.5 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑃𝑛)‘𝑥)) ⇝ (𝐹𝑥))
itg2i1fseq.6 𝑆 = (𝑚 ∈ ℕ ↦ (∫1‘(𝑃𝑚)))
itg2i1fseq2.7 (𝜑𝑀 ∈ ℝ)
itg2i1fseq2.8 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃𝑘)) ≤ 𝑀)
Assertion
Ref Expression
itg2i1fseq2 (𝜑𝑆 ⇝ (∫2𝐹))
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 12276 . . 3 ℕ = (ℤ‘1)
2 1zzd 12008 . . 3 (𝜑 → 1 ∈ ℤ)
3 itg2i1fseq.3 . . . . . 6 (𝜑𝑃:ℕ⟶dom ∫1)
43ffvelrnda 6840 . . . . 5 ((𝜑𝑚 ∈ ℕ) → (𝑃𝑚) ∈ dom ∫1)
5 itg1cl 24287 . . . . 5 ((𝑃𝑚) ∈ dom ∫1 → (∫1‘(𝑃𝑚)) ∈ ℝ)
64, 5syl 17 . . . 4 ((𝜑𝑚 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃𝑚)) ∈ ℝ)
7 itg2i1fseq.6 . . . 4 𝑆 = (𝑚 ∈ ℕ ↦ (∫1‘(𝑃𝑚)))
86, 7fmptd 6867 . . 3 (𝜑𝑆:ℕ⟶ℝ)
93ffvelrnda 6840 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃𝑘) ∈ dom ∫1)
10 peano2nn 11644 . . . . . 6 (𝑘 ∈ ℕ → (𝑘 + 1) ∈ ℕ)
11 ffvelrn 6838 . . . . . 6 ((𝑃:ℕ⟶dom ∫1 ∧ (𝑘 + 1) ∈ ℕ) → (𝑃‘(𝑘 + 1)) ∈ dom ∫1)
123, 10, 11syl2an 598 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃‘(𝑘 + 1)) ∈ dom ∫1)
13 itg2i1fseq.4 . . . . . . 7 (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ (0𝑝r ≤ (𝑃𝑛) ∧ (𝑃𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1))))
14 simpr 488 . . . . . . . 8 ((0𝑝r ≤ (𝑃𝑛) ∧ (𝑃𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1))) → (𝑃𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)))
1514ralimi 3155 . . . . . . 7 (∀𝑛 ∈ ℕ (0𝑝r ≤ (𝑃𝑛) ∧ (𝑃𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1))) → ∀𝑛 ∈ ℕ (𝑃𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)))
1613, 15syl 17 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑛 ∈ ℕ (𝑃𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)))
17 fveq2 6659 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → (𝑃𝑛) = (𝑃𝑘))
18 fvoveq1 7169 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → (𝑃‘(𝑛 + 1)) = (𝑃‘(𝑘 + 1)))
1917, 18breq12d 5066 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑘 → ((𝑃𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)) ↔ (𝑃𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1))))
2019rspccva 3608 . . . . . 6 ((∀𝑛 ∈ ℕ (𝑃𝑛) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑛 + 1)) ∧ 𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1)))
2116, 20sylan 583 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝑃𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1)))
22 itg1le 24315 . . . . 5 (((𝑃𝑘) ∈ dom ∫1 ∧ (𝑃‘(𝑘 + 1)) ∈ dom ∫1 ∧ (𝑃𝑘) ∘r ≤ (𝑃‘(𝑘 + 1))) → (∫1‘(𝑃𝑘)) ≤ (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
239, 12, 21, 22syl3anc 1368 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃𝑘)) ≤ (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
24 2fveq3 6664 . . . . . 6 (𝑚 = 𝑘 → (∫1‘(𝑃𝑚)) = (∫1‘(𝑃𝑘)))
25 fvex 6672 . . . . . 6 (∫1‘(𝑃𝑘)) ∈ V
2624, 7, 25fvmpt 6757 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ → (𝑆𝑘) = (∫1‘(𝑃𝑘)))
2726adantl 485 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆𝑘) = (∫1‘(𝑃𝑘)))
28 2fveq3 6664 . . . . . . 7 (𝑚 = (𝑘 + 1) → (∫1‘(𝑃𝑚)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
29 fvex 6672 . . . . . . 7 (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))) ∈ V
3028, 7, 29fvmpt 6757 . . . . . 6 ((𝑘 + 1) ∈ ℕ → (𝑆‘(𝑘 + 1)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
3110, 30syl 17 . . . . 5 (𝑘 ∈ ℕ → (𝑆‘(𝑘 + 1)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
3231adantl 485 . . . 4 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆‘(𝑘 + 1)) = (∫1‘(𝑃‘(𝑘 + 1))))
3323, 27, 323brtr4d 5085 . . 3 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆𝑘) ≤ (𝑆‘(𝑘 + 1)))
34 itg2i1fseq2.7 . . . 4 (𝜑𝑀 ∈ ℝ)
35 itg2i1fseq2.8 . . . . . 6 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (∫1‘(𝑃𝑘)) ≤ 𝑀)
3627, 35eqbrtrd 5075 . . . . 5 ((𝜑𝑘 ∈ ℕ) → (𝑆𝑘) ≤ 𝑀)
3736ralrimiva 3177 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆𝑘) ≤ 𝑀)
38 brralrspcev 5113 . . . 4 ((𝑀 ∈ ℝ ∧ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆𝑘) ≤ 𝑀) → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆𝑘) ≤ 𝑧)
3934, 37, 38syl2anc 587 . . 3 (𝜑 → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆𝑘) ≤ 𝑧)
401, 2, 8, 33, 39climsup 15024 . 2 (𝜑𝑆 ⇝ sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
41 itg2i1fseq.1 . . . 4 (𝜑𝐹 ∈ MblFn)
42 itg2i1fseq.2 . . . 4 (𝜑𝐹:ℝ⟶(0[,)+∞))
43 itg2i1fseq.5 . . . 4 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ (𝑛 ∈ ℕ ↦ ((𝑃𝑛)‘𝑥)) ⇝ (𝐹𝑥))
4441, 42, 3, 13, 43, 7itg2i1fseq 24357 . . 3 (𝜑 → (∫2𝐹) = sup(ran 𝑆, ℝ*, < ))
458frnd 6510 . . . 4 (𝜑 → ran 𝑆 ⊆ ℝ)
467, 6dmmptd 6482 . . . . . 6 (𝜑 → dom 𝑆 = ℕ)
47 1nn 11643 . . . . . . 7 1 ∈ ℕ
48 ne0i 4283 . . . . . . 7 (1 ∈ ℕ → ℕ ≠ ∅)
4947, 48mp1i 13 . . . . . 6 (𝜑 → ℕ ≠ ∅)
5046, 49eqnetrd 3081 . . . . 5 (𝜑 → dom 𝑆 ≠ ∅)
51 dm0rn0 5783 . . . . . 6 (dom 𝑆 = ∅ ↔ ran 𝑆 = ∅)
5251necon3bii 3066 . . . . 5 (dom 𝑆 ≠ ∅ ↔ ran 𝑆 ≠ ∅)
5350, 52sylib 221 . . . 4 (𝜑 → ran 𝑆 ≠ ∅)
54 ffn 6503 . . . . . . 7 (𝑆:ℕ⟶ℝ → 𝑆 Fn ℕ)
55 breq1 5056 . . . . . . . 8 (𝑦 = (𝑆𝑘) → (𝑦𝑧 ↔ (𝑆𝑘) ≤ 𝑧))
5655ralrn 6843 . . . . . . 7 (𝑆 Fn ℕ → (∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦𝑧 ↔ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆𝑘) ≤ 𝑧))
578, 54, 563syl 18 . . . . . 6 (𝜑 → (∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦𝑧 ↔ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆𝑘) ≤ 𝑧))
5857rexbidv 3290 . . . . 5 (𝜑 → (∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦𝑧 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑘 ∈ ℕ (𝑆𝑘) ≤ 𝑧))
5939, 58mpbird 260 . . . 4 (𝜑 → ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦𝑧)
60 supxrre 12715 . . . 4 ((ran 𝑆 ⊆ ℝ ∧ ran 𝑆 ≠ ∅ ∧ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ ran 𝑆 𝑦𝑧) → sup(ran 𝑆, ℝ*, < ) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
6145, 53, 59, 60syl3anc 1368 . . 3 (𝜑 → sup(ran 𝑆, ℝ*, < ) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
6244, 61eqtrd 2859 . 2 (𝜑 → (∫2𝐹) = sup(ran 𝑆, ℝ, < ))
6340, 62breqtrrd 5081 1 (𝜑𝑆 ⇝ (∫2𝐹))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 209  wa 399   = wceq 1538  wcel 2115  wne 3014  wral 3133  wrex 3134  wss 3919  c0 4276   class class class wbr 5053  cmpt 5133  dom cdm 5543  ran crn 5544   Fn wfn 6339  wf 6340  cfv 6344  (class class class)co 7146  r cofr 7399  supcsup 8897  cr 10530  0cc0 10531  1c1 10532   + caddc 10534  +∞cpnf 10666  *cxr 10668   < clt 10669  cle 10670  cn 11632  [,)cico 12735  cli 14839  MblFncmbf 24216  1citg1 24217  2citg2 24218  0𝑝c0p 24271
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 1912  ax-6 1971  ax-7 2016  ax-8 2117  ax-9 2125  ax-10 2146  ax-11 2162  ax-12 2179  ax-ext 2796  ax-rep 5177  ax-sep 5190  ax-nul 5197  ax-pow 5254  ax-pr 5318  ax-un 7452  ax-inf2 9097  ax-cc 9851  ax-cnex 10587  ax-resscn 10588  ax-1cn 10589  ax-icn 10590  ax-addcl 10591  ax-addrcl 10592  ax-mulcl 10593  ax-mulrcl 10594  ax-mulcom 10595  ax-addass 10596  ax-mulass 10597  ax-distr 10598  ax-i2m1 10599  ax-1ne0 10600  ax-1rid 10601  ax-rnegex 10602  ax-rrecex 10603  ax-cnre 10604  ax-pre-lttri 10605  ax-pre-lttrn 10606  ax-pre-ltadd 10607  ax-pre-mulgt0 10608  ax-pre-sup 10609  ax-addf 10610
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-fal 1551  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2071  df-mo 2624  df-eu 2655  df-clab 2803  df-cleq 2817  df-clel 2896  df-nfc 2964  df-ne 3015  df-nel 3119  df-ral 3138  df-rex 3139  df-reu 3140  df-rmo 3141  df-rab 3142  df-v 3482  df-sbc 3759  df-csb 3867  df-dif 3922  df-un 3924  df-in 3926  df-ss 3936  df-pss 3938  df-nul 4277  df-if 4451  df-pw 4524  df-sn 4551  df-pr 4553  df-tp 4555  df-op 4557  df-uni 4826  df-int 4864  df-iun 4908  df-disj 5019  df-br 5054  df-opab 5116  df-mpt 5134  df-tr 5160  df-id 5448  df-eprel 5453  df-po 5462  df-so 5463  df-fr 5502  df-se 5503  df-we 5504  df-xp 5549  df-rel 5550  df-cnv 5551  df-co 5552  df-dm 5553  df-rn 5554  df-res 5555  df-ima 5556  df-pred 6136  df-ord 6182  df-on 6183  df-lim 6184  df-suc 6185  df-iota 6303  df-fun 6346  df-fn 6347  df-f 6348  df-f1 6349  df-fo 6350  df-f1o 6351  df-fv 6352  df-isom 6353  df-riota 7104  df-ov 7149  df-oprab 7150  df-mpo 7151  df-of 7400  df-ofr 7401  df-om 7572  df-1st 7681  df-2nd 7682  df-wrecs 7939  df-recs 8000  df-rdg 8038  df-1o 8094  df-2o 8095  df-oadd 8098  df-omul 8099  df-er 8281  df-map 8400  df-pm 8401  df-en 8502  df-dom 8503  df-sdom 8504  df-fin 8505  df-fi 8868  df-sup 8899  df-inf 8900  df-oi 8967  df-dju 9323  df-card 9361  df-acn 9364  df-pnf 10671  df-mnf 10672  df-xr 10673  df-ltxr 10674  df-le 10675  df-sub 10866  df-neg 10867  df-div 11292  df-nn 11633  df-2 11695  df-3 11696  df-n0 11893  df-z 11977  df-uz 12239  df-q 12344  df-rp 12385  df-xneg 12502  df-xadd 12503  df-xmul 12504  df-ioo 12737  df-ioc 12738  df-ico 12739  df-icc 12740  df-fz 12893  df-fzo 13036  df-fl 13164  df-seq 13372  df-exp 13433  df-hash 13694  df-cj 14456  df-re 14457  df-im 14458  df-sqrt 14592  df-abs 14593  df-clim 14843  df-rlim 14844  df-sum 15041  df-rest 16694  df-topgen 16715  df-psmet 20532  df-xmet 20533  df-met 20534  df-bl 20535  df-mopn 20536  df-top 21497  df-topon 21514  df-bases 21549  df-cmp 21990  df-ovol 24066  df-vol 24067  df-mbf 24221  df-itg1 24222  df-itg2 24223  df-0p 24272
This theorem is referenced by:  itg2i1fseq3  24359  itg2addlem  24360
  Copyright terms: Public domain W3C validator