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  ℝcr 10530  0cc0 10531  1c1 10532   + caddc 10534  +∞cpnf 10666  ℝ*cxr 10668   < clt 10669   ≤ cle 10670  ℕcn 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