Theorem meaiuninc 46868

Description: Measures are continuous from below (bounded case): if 𝐸 is a sequence of nondecreasing measurable sets (with bounded measure) then the measure of the union is the limit of the measures. This is Proposition 112C (e) of [Fremlin1] p. 16. (Contributed by Glauco Siliprandi, 8-Apr-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
meaiuninc.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ Meas)
meaiuninc.n	⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
meaiuninc.z	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑁)
meaiuninc.e	⊢ (𝜑 → 𝐸:𝑍⟶dom 𝑀)
meaiuninc.i	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐸‘𝑛) ⊆ (𝐸‘(𝑛 + 1)))
meaiuninc.x	⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 (𝑀‘(𝐸‘𝑛)) ≤ 𝑥)
meaiuninc.s	⊢ 𝑆 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑀‘(𝐸‘𝑛)))

Assertion

Ref	Expression
meaiuninc	⊢ (𝜑 → 𝑆 ⇝ (𝑀‘∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛)))

Distinct variable groups:   𝑛,𝐸,𝑥   𝑛,𝑀,𝑥   𝑛,𝑁,𝑥   𝑛,𝑍,𝑥   𝜑,𝑛,𝑥

Allowed substitution hints:   𝑆(𝑥,𝑛)

Proof of Theorem meaiuninc

Dummy variables 𝑖 𝑘 𝑚 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		meaiuninc.s	. . . 4 ⊢ 𝑆 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑀‘(𝐸‘𝑛)))
2		2fveq3 6849	. . . . 5 ⊢ (𝑛 = 𝑚 → (𝑀‘(𝐸‘𝑛)) = (𝑀‘(𝐸‘𝑚)))
3	2	cbvmptv 5204	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑀‘(𝐸‘𝑛))) = (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝑀‘(𝐸‘𝑚)))
4	1, 3	eqtri 2760	. . 3 ⊢ 𝑆 = (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝑀‘(𝐸‘𝑚)))
5	4	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝑆 = (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝑀‘(𝐸‘𝑚))))
6		meaiuninc.m	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ Meas)
7		meaiuninc.n	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝑁 ∈ ℤ)
8		meaiuninc.z	. . 3 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑁)
9		meaiuninc.e	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐸:𝑍⟶dom 𝑀)
10		meaiuninc.i	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐸‘𝑛) ⊆ (𝐸‘(𝑛 + 1)))
11		meaiuninc.x	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 (𝑀‘(𝐸‘𝑛)) ≤ 𝑥)
12	4, 1	eqtr3i 2762	. . 3 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝑀‘(𝐸‘𝑚))) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑀‘(𝐸‘𝑛)))
13		fveq2 6844	. . . . . . 7 ⊢ (𝑘 = 𝑖 → (𝐸‘𝑘) = (𝐸‘𝑖))
14	13	cbviunv 4996	. . . . . 6 ⊢ ∪ 𝑘 ∈ (𝑁..^𝑚)(𝐸‘𝑘) = ∪ 𝑖 ∈ (𝑁..^𝑚)(𝐸‘𝑖)
15	14	difeq2i 4077	. . . . 5 ⊢ ((𝐸‘𝑚) ∖ ∪ 𝑘 ∈ (𝑁..^𝑚)(𝐸‘𝑘)) = ((𝐸‘𝑚) ∖ ∪ 𝑖 ∈ (𝑁..^𝑚)(𝐸‘𝑖))
16	15	mpteq2i 5196	. . . 4 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐸‘𝑚) ∖ ∪ 𝑘 ∈ (𝑁..^𝑚)(𝐸‘𝑘))) = (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐸‘𝑚) ∖ ∪ 𝑖 ∈ (𝑁..^𝑚)(𝐸‘𝑖)))
17		fveq2 6844	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (𝐸‘𝑚) = (𝐸‘𝑛))
18		oveq2 7378	. . . . . . 7 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (𝑁..^𝑚) = (𝑁..^𝑛))
19	18	iuneq1d 4976	. . . . . 6 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → ∪ 𝑖 ∈ (𝑁..^𝑚)(𝐸‘𝑖) = ∪ 𝑖 ∈ (𝑁..^𝑛)(𝐸‘𝑖))
20	17, 19	difeq12d 4081	. . . . 5 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → ((𝐸‘𝑚) ∖ ∪ 𝑖 ∈ (𝑁..^𝑚)(𝐸‘𝑖)) = ((𝐸‘𝑛) ∖ ∪ 𝑖 ∈ (𝑁..^𝑛)(𝐸‘𝑖)))
21	20	cbvmptv 5204	. . . 4 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐸‘𝑚) ∖ ∪ 𝑖 ∈ (𝑁..^𝑚)(𝐸‘𝑖))) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐸‘𝑛) ∖ ∪ 𝑖 ∈ (𝑁..^𝑛)(𝐸‘𝑖)))
22	16, 21	eqtri 2760	. . 3 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐸‘𝑚) ∖ ∪ 𝑘 ∈ (𝑁..^𝑚)(𝐸‘𝑘))) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐸‘𝑛) ∖ ∪ 𝑖 ∈ (𝑁..^𝑛)(𝐸‘𝑖)))
23	6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 22	meaiuninclem 46867	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝑀‘(𝐸‘𝑚))) ⇝ (𝑀‘∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛)))
24	5, 23	eqbrtrd 5122	1 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ⇝ (𝑀‘∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛)))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   = wceq 1542   ∈ wcel 2114  ∀wral 3052  ∃wrex 3062   ∖ cdif 3900   ⊆ wss 3903  ∪ ciun 4948   class class class wbr 5100   ↦ cmpt 5181  dom cdm 5634  ⟶wf 6498  ‘cfv 6502  (class class class)co 7370  ℝcr 11039  1c1 11041   + caddc 11043   ≤ cle 11181  ℤcz 12502  ℤ_≥cuz 12765  ..^cfzo 13584   ⇝ cli 15421  Meascmea 46836

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 5226  ax-sep 5245  ax-nul 5255  ax-pow 5314  ax-pr 5381  ax-un 7692  ax-inf2 9564  ax-cnex 11096  ax-resscn 11097  ax-1cn 11098  ax-icn 11099  ax-addcl 11100  ax-addrcl 11101  ax-mulcl 11102  ax-mulrcl 11103  ax-mulcom 11104  ax-addass 11105  ax-mulass 11106  ax-distr 11107  ax-i2m1 11108  ax-1ne0 11109  ax-1rid 11110  ax-rnegex 11111  ax-rrecex 11112  ax-cnre 11113  ax-pre-lttri 11114  ax-pre-lttrn 11115  ax-pre-ltadd 11116  ax-pre-mulgt0 11117  ax-pre-sup 11118

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 3352  df-reu 3353  df-rab 3402  df-v 3444  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-dif 3906  df-un 3908  df-in 3910  df-ss 3920  df-pss 3923  df-nul 4288  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4583  df-pr 4585  df-op 4589  df-uni 4866  df-int 4905  df-iun 4950  df-disj 5068  df-br 5101  df-opab 5163  df-mpt 5182  df-tr 5208  df-id 5529  df-eprel 5534  df-po 5542  df-so 5543  df-fr 5587  df-se 5588  df-we 5589  df-xp 5640  df-rel 5641  df-cnv 5642  df-co 5643  df-dm 5644  df-rn 5645  df-res 5646  df-ima 5647  df-pred 6269  df-ord 6330  df-on 6331  df-lim 6332  df-suc 6333  df-iota 6458  df-fun 6504  df-fn 6505  df-f 6506  df-f1 6507  df-fo 6508  df-f1o 6509  df-fv 6510  df-isom 6511  df-riota 7327  df-ov 7373  df-oprab 7374  df-mpo 7375  df-om 7821  df-1st 7945  df-2nd 7946  df-frecs 8235  df-wrecs 8266  df-recs 8315  df-rdg 8353  df-1o 8409  df-2o 8410  df-oadd 8413  df-omul 8414  df-er 8647  df-map 8779  df-en 8898  df-dom 8899  df-sdom 8900  df-fin 8901  df-sup 9359  df-oi 9429  df-card 9865  df-acn 9868  df-pnf 11182  df-mnf 11183  df-xr 11184  df-ltxr 11185  df-le 11186  df-sub 11380  df-neg 11381  df-div 11809  df-nn 12160  df-2 12222  df-3 12223  df-n0 12416  df-z 12503  df-uz 12766  df-rp 12920  df-xadd 13041  df-ico 13281  df-icc 13282  df-fz 13438  df-fzo 13585  df-seq 13939  df-exp 13999  df-hash 14268  df-cj 15036  df-re 15037  df-im 15038  df-sqrt 15172  df-abs 15173  df-clim 15425  df-sum 15624  df-salg 46696  df-sumge0 46750  df-mea 46837

This theorem is referenced by:  meaiuninc2  46869  meaiunincf  46870