Theorem itg2leub 25701

Description: Any upper bound on the integrals of all simple functions 𝐺 dominated by 𝐹 is greater than (∫₂‘𝐹), the least upper bound. (Contributed by Mario Carneiro, 28-Jun-2014.)

Assertion

Ref	Expression
itg2leub	⊢ ((𝐹:ℝ⟶(0[,]+∞) ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) → ((∫2‘𝐹) ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → (∫1‘𝑔) ≤ 𝐴)))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑔   𝑔,𝐹

Proof of Theorem itg2leub

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

Step	Hyp	Ref	Expression
1		eqid 2737	. . . . 5 ⊢ {𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))} = {𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}
2	1	itg2val 25695	. . . 4 ⊢ (𝐹:ℝ⟶(0[,]+∞) → (∫2‘𝐹) = sup({𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}, ℝ*, < ))
3	2	adantr 480	. . 3 ⊢ ((𝐹:ℝ⟶(0[,]+∞) ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) → (∫2‘𝐹) = sup({𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}, ℝ*, < ))
4	3	breq1d 5096	. 2 ⊢ ((𝐹:ℝ⟶(0[,]+∞) ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) → ((∫2‘𝐹) ≤ 𝐴 ↔ sup({𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}, ℝ*, < ) ≤ 𝐴))
5	1	itg2lcl 25694	. . . . 5 ⊢ {𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))} ⊆ ℝ*
6		supxrleub 13278	. . . . 5 ⊢ (({𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))} ⊆ ℝ* ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) → (sup({𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}, ℝ*, < ) ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}𝑧 ≤ 𝐴))
7	5, 6	mpan 691	. . . 4 ⊢ (𝐴 ∈ ℝ* → (sup({𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}, ℝ*, < ) ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}𝑧 ≤ 𝐴))
8	7	adantl 481	. . 3 ⊢ ((𝐹:ℝ⟶(0[,]+∞) ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) → (sup({𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}, ℝ*, < ) ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑧 ∈ {𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}𝑧 ≤ 𝐴))
9		eqeq1 2741	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (𝑥 = (∫1‘𝑔) ↔ 𝑧 = (∫1‘𝑔)))
10	9	anbi2d 631	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → ((𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔)) ↔ (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔))))
11	10	rexbidv 3162	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔)) ↔ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔))))
12	11	ralab 3640	. . . 4 ⊢ (∀𝑧 ∈ {𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}𝑧 ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑧(∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔)) → 𝑧 ≤ 𝐴))
13		r19.23v 3165	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑔 ∈ dom ∫1((𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔)) → 𝑧 ≤ 𝐴) ↔ (∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔)) → 𝑧 ≤ 𝐴))
14		ancomst 464	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔)) → 𝑧 ≤ 𝐴) ↔ ((𝑧 = (∫1‘𝑔) ∧ 𝑔 ∘r ≤ 𝐹) → 𝑧 ≤ 𝐴))
15		impexp 450	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝑧 = (∫1‘𝑔) ∧ 𝑔 ∘r ≤ 𝐹) → 𝑧 ≤ 𝐴) ↔ (𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴)))
16	14, 15	bitri 275	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔)) → 𝑧 ≤ 𝐴) ↔ (𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴)))
17	16	ralbii 3084	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑔 ∈ dom ∫1((𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔)) → 𝑧 ≤ 𝐴) ↔ ∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴)))
18	13, 17	bitr3i 277	. . . . . 6 ⊢ ((∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔)) → 𝑧 ≤ 𝐴) ↔ ∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴)))
19	18	albii 1821	. . . . 5 ⊢ (∀𝑧(∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔)) → 𝑧 ≤ 𝐴) ↔ ∀𝑧∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴)))
20		ralcom4 3264	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑔 ∈ dom ∫1∀𝑧(𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴)) ↔ ∀𝑧∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴)))
21		fvex 6854	. . . . . . . 8 ⊢ (∫1‘𝑔) ∈ V
22		breq1 5089	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑧 ≤ 𝐴 ↔ (∫1‘𝑔) ≤ 𝐴))
23	22	imbi2d 340	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑧 = (∫1‘𝑔) → ((𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴) ↔ (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → (∫1‘𝑔) ≤ 𝐴)))
24	21, 23	ceqsalv 3470	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑧(𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴)) ↔ (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → (∫1‘𝑔) ≤ 𝐴))
25	24	ralbii 3084	. . . . . 6 ⊢ (∀𝑔 ∈ dom ∫1∀𝑧(𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴)) ↔ ∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → (∫1‘𝑔) ≤ 𝐴))
26	20, 25	bitr3i 277	. . . . 5 ⊢ (∀𝑧∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑧 = (∫1‘𝑔) → (𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → 𝑧 ≤ 𝐴)) ↔ ∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → (∫1‘𝑔) ≤ 𝐴))
27	19, 26	bitri 275	. . . 4 ⊢ (∀𝑧(∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑧 = (∫1‘𝑔)) → 𝑧 ≤ 𝐴) ↔ ∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → (∫1‘𝑔) ≤ 𝐴))
28	12, 27	bitri 275	. . 3 ⊢ (∀𝑧 ∈ {𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}𝑧 ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → (∫1‘𝑔) ≤ 𝐴))
29	8, 28	bitrdi 287	. 2 ⊢ ((𝐹:ℝ⟶(0[,]+∞) ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) → (sup({𝑥 ∣ ∃𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 ∧ 𝑥 = (∫1‘𝑔))}, ℝ*, < ) ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → (∫1‘𝑔) ≤ 𝐴)))
30	4, 29	bitrd 279	1 ⊢ ((𝐹:ℝ⟶(0[,]+∞) ∧ 𝐴 ∈ ℝ*) → ((∫2‘𝐹) ≤ 𝐴 ↔ ∀𝑔 ∈ dom ∫1(𝑔 ∘r ≤ 𝐹 → (∫1‘𝑔) ≤ 𝐴)))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395  ∀wal 1540   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  {cab 2715  ∀wral 3052  ∃wrex 3062   ⊆ wss 3890   class class class wbr 5086  dom cdm 5631  ⟶wf 6495  ‘cfv 6499  (class class class)co 7367   ∘_r cofr 7630  supcsup 9353  ℝcr 11037  0cc0 11038  +∞cpnf 11176  ℝ^*cxr 11178   < clt 11179   ≤ cle 11180  [,]cicc 13301  ∫₁citg1 25582  ∫₂citg2 25583

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 1969  ax-7 2010  ax-8 2116  ax-9 2124  ax-10 2147  ax-11 2163  ax-12 2185  ax-ext 2709  ax-rep 5213  ax-sep 5232  ax-nul 5242  ax-pow 5308  ax-pr 5376  ax-un 7689  ax-inf2 9562  ax-cnex 11094  ax-resscn 11095  ax-1cn 11096  ax-icn 11097  ax-addcl 11098  ax-addrcl 11099  ax-mulcl 11100  ax-mulrcl 11101  ax-mulcom 11102  ax-addass 11103  ax-mulass 11104  ax-distr 11105  ax-i2m1 11106  ax-1ne0 11107  ax-1rid 11108  ax-rnegex 11109  ax-rrecex 11110  ax-cnre 11111  ax-pre-lttri 11112  ax-pre-lttrn 11113  ax-pre-ltadd 11114  ax-pre-mulgt0 11115  ax-pre-sup 11116

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 849  df-3or 1088  df-3an 1089  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2069  df-mo 2540  df-eu 2570  df-clab 2716  df-cleq 2729  df-clel 2812  df-nfc 2886  df-ne 2934  df-nel 3038  df-ral 3053  df-rex 3063  df-rmo 3343  df-reu 3344  df-rab 3391  df-v 3432  df-sbc 3730  df-csb 3839  df-dif 3893  df-un 3895  df-in 3897  df-ss 3907  df-pss 3910  df-nul 4275  df-if 4468  df-pw 4544  df-sn 4569  df-pr 4571  df-op 4575  df-uni 4852  df-int 4891  df-iun 4936  df-br 5087  df-opab 5149  df-mpt 5168  df-tr 5194  df-id 5526  df-eprel 5531  df-po 5539  df-so 5540  df-fr 5584  df-se 5585  df-we 5586  df-xp 5637  df-rel 5638  df-cnv 5639  df-co 5640  df-dm 5641  df-rn 5642  df-res 5643  df-ima 5644  df-pred 6266  df-ord 6327  df-on 6328  df-lim 6329  df-suc 6330  df-iota 6455  df-fun 6501  df-fn 6502  df-f 6503  df-f1 6504  df-fo 6505  df-f1o 6506  df-fv 6507  df-isom 6508  df-riota 7324  df-ov 7370  df-oprab 7371  df-mpo 7372  df-of 7631  df-om 7818  df-1st 7942  df-2nd 7943  df-frecs 8231  df-wrecs 8262  df-recs 8311  df-rdg 8349  df-1o 8405  df-2o 8406  df-er 8643  df-map 8775  df-pm 8776  df-en 8894  df-dom 8895  df-sdom 8896  df-fin 8897  df-sup 9355  df-inf 9356  df-oi 9425  df-dju 9825  df-card 9863  df-pnf 11181  df-mnf 11182  df-xr 11183  df-ltxr 11184  df-le 11185  df-sub 11379  df-neg 11380  df-div 11808  df-nn 12175  df-2 12244  df-3 12245  df-n0 12438  df-z 12525  df-uz 12789  df-q 12899  df-rp 12943  df-xadd 13064  df-ioo 13302  df-ico 13304  df-icc 13305  df-fz 13462  df-fzo 13609  df-fl 13751  df-seq 13964  df-exp 14024  df-hash 14293  df-cj 15061  df-re 15062  df-im 15063  df-sqrt 15197  df-abs 15198  df-clim 15450  df-sum 15649  df-xmet 21345  df-met 21346  df-ovol 25431  df-vol 25432  df-mbf 25586  df-itg1 25587  df-itg2 25588

This theorem is referenced by:  itg2itg1  25703  itg2le  25706  itg2seq  25709  itg2lea  25711  itg2mulclem  25713  itg2splitlem  25715  itg2split  25716  itg2mono  25720  ftc1anclem5  38018