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

Theorem mvth 24192
Description: The Mean Value Theorem. If 𝐹 is a real continuous function on [𝐴, 𝐵] which is differentiable on (𝐴, 𝐵), then there is some 𝑥 ∈ (𝐴, 𝐵) such that (ℝ D 𝐹)‘𝑥 is equal to the average slope over [𝐴, 𝐵]. This is Metamath 100 proof #75. (Contributed by Mario Carneiro, 1-Sep-2014.) (Proof shortened by Mario Carneiro, 29-Dec-2016.)
Hypotheses
Ref Expression
mvth.a (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
mvth.b (𝜑𝐵 ∈ ℝ)
mvth.lt (𝜑𝐴 < 𝐵)
mvth.f (𝜑𝐹 ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ))
mvth.d (𝜑 → dom (ℝ D 𝐹) = (𝐴(,)𝐵))
Assertion
Ref Expression
mvth (𝜑 → ∃𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)((ℝ D 𝐹)‘𝑥) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴)))
Distinct variable groups:   𝑥,𝐴   𝑥,𝐵   𝑥,𝐹   𝜑,𝑥

Proof of Theorem mvth
Dummy variable 𝑧 is distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 mvth.a . . 3 (𝜑𝐴 ∈ ℝ)
2 mvth.b . . 3 (𝜑𝐵 ∈ ℝ)
3 mvth.lt . . 3 (𝜑𝐴 < 𝐵)
4 mvth.f . . 3 (𝜑𝐹 ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ))
5 mptresid 5712 . . . 4 (𝑧 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↦ 𝑧) = ( I ↾ (𝐴[,]𝐵))
6 iccssre 12567 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → (𝐴[,]𝐵) ⊆ ℝ)
71, 2, 6syl2anc 579 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ ℝ)
8 ax-resscn 10329 . . . . 5 ℝ ⊆ ℂ
9 cncfmptid 23123 . . . . 5 (((𝐴[,]𝐵) ⊆ ℝ ∧ ℝ ⊆ ℂ) → (𝑧 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↦ 𝑧) ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ))
107, 8, 9sylancl 580 . . . 4 (𝜑 → (𝑧 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↦ 𝑧) ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ))
115, 10syl5eqelr 2864 . . 3 (𝜑 → ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)) ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ))
12 mvth.d . . 3 (𝜑 → dom (ℝ D 𝐹) = (𝐴(,)𝐵))
135oveq2i 6933 . . . . . 6 (ℝ D (𝑧 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↦ 𝑧)) = (ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))
14 reelprrecn 10364 . . . . . . . 8 ℝ ∈ {ℝ, ℂ}
1514a1i 11 . . . . . . 7 (𝜑 → ℝ ∈ {ℝ, ℂ})
16 simpr 479 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ) → 𝑧 ∈ ℝ)
1716recnd 10405 . . . . . . 7 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ) → 𝑧 ∈ ℂ)
18 1red 10377 . . . . . . 7 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ) → 1 ∈ ℝ)
1915dvmptid 24157 . . . . . . 7 (𝜑 → (ℝ D (𝑧 ∈ ℝ ↦ 𝑧)) = (𝑧 ∈ ℝ ↦ 1))
20 eqid 2778 . . . . . . . 8 (TopOpen‘ℂfld) = (TopOpen‘ℂfld)
2120tgioo2 23014 . . . . . . 7 (topGen‘ran (,)) = ((TopOpen‘ℂfld) ↾t ℝ)
22 iccntr 23032 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → ((int‘(topGen‘ran (,)))‘(𝐴[,]𝐵)) = (𝐴(,)𝐵))
231, 2, 22syl2anc 579 . . . . . . 7 (𝜑 → ((int‘(topGen‘ran (,)))‘(𝐴[,]𝐵)) = (𝐴(,)𝐵))
2415, 17, 18, 19, 7, 21, 20, 23dvmptres2 24162 . . . . . 6 (𝜑 → (ℝ D (𝑧 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↦ 𝑧)) = (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1))
2513, 24syl5eqr 2828 . . . . 5 (𝜑 → (ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵))) = (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1))
2625dmeqd 5571 . . . 4 (𝜑 → dom (ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵))) = dom (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1))
27 1ex 10372 . . . . 5 1 ∈ V
28 eqid 2778 . . . . 5 (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1) = (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1)
2927, 28dmmpti 6269 . . . 4 dom (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1) = (𝐴(,)𝐵)
3026, 29syl6eq 2830 . . 3 (𝜑 → dom (ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵))) = (𝐴(,)𝐵))
311, 2, 3, 4, 11, 12, 30cmvth 24191 . 2 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)(((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)) = (((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)))
321rexrd 10426 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐴 ∈ ℝ*)
332rexrd 10426 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐵 ∈ ℝ*)
341, 2, 3ltled 10524 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐴𝐵)
35 ubicc2 12603 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*𝐴𝐵) → 𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
3632, 33, 34, 35syl3anc 1439 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
37 fvresi 6706 . . . . . . . . . 10 (𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵) → (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) = 𝐵)
3836, 37syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) = 𝐵)
39 lbicc2 12602 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*𝐴𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
4032, 33, 34, 39syl3anc 1439 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
41 fvresi 6706 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵) → (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴) = 𝐴)
4240, 41syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴) = 𝐴)
4338, 42oveq12d 6940 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) = (𝐵𝐴))
4443adantr 474 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) = (𝐵𝐴))
4544oveq1d 6937 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) = ((𝐵𝐴) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)))
4625fveq1d 6448 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥) = ((𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1)‘𝑥))
47 eqidd 2779 . . . . . . . . . 10 (𝑧 = 𝑥 → 1 = 1)
4847, 28, 27fvmpt3i 6547 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵) → ((𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1)‘𝑥) = 1)
4946, 48sylan9eq 2834 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥) = 1)
5049oveq2d 6938 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · 1))
51 cncff 23104 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐹 ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ) → 𝐹:(𝐴[,]𝐵)⟶ℝ)
524, 51syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐹:(𝐴[,]𝐵)⟶ℝ)
5352, 36ffvelrnd 6624 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐹𝐵) ∈ ℝ)
5452, 40ffvelrnd 6624 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐹𝐴) ∈ ℝ)
5553, 54resubcld 10803 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) ∈ ℝ)
5655recnd 10405 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) ∈ ℂ)
5756adantr 474 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) ∈ ℂ)
5857mulid1d 10394 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · 1) = ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)))
5950, 58eqtrd 2814 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)) = ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)))
6045, 59eqeq12d 2793 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)) ↔ ((𝐵𝐴) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) = ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴))))
612, 1resubcld 10803 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐵𝐴) ∈ ℝ)
6261recnd 10405 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐵𝐴) ∈ ℂ)
6362adantr 474 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐵𝐴) ∈ ℂ)
64 dvf 24108 . . . . . . . 8 (ℝ D 𝐹):dom (ℝ D 𝐹)⟶ℂ
6512feq2d 6277 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((ℝ D 𝐹):dom (ℝ D 𝐹)⟶ℂ ↔ (ℝ D 𝐹):(𝐴(,)𝐵)⟶ℂ))
6664, 65mpbii 225 . . . . . . 7 (𝜑 → (ℝ D 𝐹):(𝐴(,)𝐵)⟶ℂ)
6766ffvelrnda 6623 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((ℝ D 𝐹)‘𝑥) ∈ ℂ)
681, 2posdifd 10962 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴 < 𝐵 ↔ 0 < (𝐵𝐴)))
693, 68mpbid 224 . . . . . . . 8 (𝜑 → 0 < (𝐵𝐴))
7069gt0ne0d 10939 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐵𝐴) ≠ 0)
7170adantr 474 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐵𝐴) ≠ 0)
7257, 63, 67, 71divmuld 11173 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴)) = ((ℝ D 𝐹)‘𝑥) ↔ ((𝐵𝐴) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) = ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴))))
7360, 72bitr4d 274 . . . 4 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)) ↔ (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴)) = ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)))
74 eqcom 2785 . . . 4 ((((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)) = (((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) ↔ (((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)))
75 eqcom 2785 . . . 4 (((ℝ D 𝐹)‘𝑥) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴)) ↔ (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴)) = ((ℝ D 𝐹)‘𝑥))
7673, 74, 753bitr4g 306 . . 3 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)) = (((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) ↔ ((ℝ D 𝐹)‘𝑥) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴))))
7776rexbidva 3234 . 2 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)(((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)) = (((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) ↔ ∃𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)((ℝ D 𝐹)‘𝑥) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴))))
7831, 77mpbid 224 1 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)((ℝ D 𝐹)‘𝑥) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 386   = wceq 1601  wcel 2107  wne 2969  wrex 3091  wss 3792  {cpr 4400   class class class wbr 4886  cmpt 4965   I cid 5260  dom cdm 5355  ran crn 5356  cres 5357  wf 6131  cfv 6135  (class class class)co 6922  cc 10270  cr 10271  0cc0 10272  1c1 10273   · cmul 10277  *cxr 10410   < clt 10411  cle 10412  cmin 10606   / cdiv 11032  (,)cioo 12487  [,]cicc 12490  TopOpenctopn 16468  topGenctg 16484  fldccnfld 20142  intcnt 21229  cnccncf 23087   D cdv 24064
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1839  ax-4 1853  ax-5 1953  ax-6 2021  ax-7 2055  ax-8 2109  ax-9 2116  ax-10 2135  ax-11 2150  ax-12 2163  ax-13 2334  ax-ext 2754  ax-rep 5006  ax-sep 5017  ax-nul 5025  ax-pow 5077  ax-pr 5138  ax-un 7226  ax-inf2 8835  ax-cnex 10328  ax-resscn 10329  ax-1cn 10330  ax-icn 10331  ax-addcl 10332  ax-addrcl 10333  ax-mulcl 10334  ax-mulrcl 10335  ax-mulcom 10336  ax-addass 10337  ax-mulass 10338  ax-distr 10339  ax-i2m1 10340  ax-1ne0 10341  ax-1rid 10342  ax-rnegex 10343  ax-rrecex 10344  ax-cnre 10345  ax-pre-lttri 10346  ax-pre-lttrn 10347  ax-pre-ltadd 10348  ax-pre-mulgt0 10349  ax-pre-sup 10350  ax-addf 10351  ax-mulf 10352
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1605  df-ex 1824  df-nf 1828  df-sb 2012  df-mo 2551  df-eu 2587  df-clab 2764  df-cleq 2770  df-clel 2774  df-nfc 2921  df-ne 2970  df-nel 3076  df-ral 3095  df-rex 3096  df-reu 3097  df-rmo 3098  df-rab 3099  df-v 3400  df-sbc 3653  df-csb 3752  df-dif 3795  df-un 3797  df-in 3799  df-ss 3806  df-pss 3808  df-nul 4142  df-if 4308  df-pw 4381  df-sn 4399  df-pr 4401  df-tp 4403  df-op 4405  df-uni 4672  df-int 4711  df-iun 4755  df-iin 4756  df-br 4887  df-opab 4949  df-mpt 4966  df-tr 4988  df-id 5261  df-eprel 5266  df-po 5274  df-so 5275  df-fr 5314  df-se 5315  df-we 5316  df-xp 5361  df-rel 5362  df-cnv 5363  df-co 5364  df-dm 5365  df-rn 5366  df-res 5367  df-ima 5368  df-pred 5933  df-ord 5979  df-on 5980  df-lim 5981  df-suc 5982  df-iota 6099  df-fun 6137  df-fn 6138  df-f 6139  df-f1 6140  df-fo 6141  df-f1o 6142  df-fv 6143  df-isom 6144  df-riota 6883  df-ov 6925  df-oprab 6926  df-mpt2 6927  df-of 7174  df-om 7344  df-1st 7445  df-2nd 7446  df-supp 7577  df-wrecs 7689  df-recs 7751  df-rdg 7789  df-1o 7843  df-2o 7844  df-oadd 7847  df-er 8026  df-map 8142  df-pm 8143  df-ixp 8195  df-en 8242  df-dom 8243  df-sdom 8244  df-fin 8245  df-fsupp 8564  df-fi 8605  df-sup 8636  df-inf 8637  df-oi 8704  df-card 9098  df-cda 9325  df-pnf 10413  df-mnf 10414  df-xr 10415  df-ltxr 10416  df-le 10417  df-sub 10608  df-neg 10609  df-div 11033  df-nn 11375  df-2 11438  df-3 11439  df-4 11440  df-5 11441  df-6 11442  df-7 11443  df-8 11444  df-9 11445  df-n0 11643  df-z 11729  df-dec 11846  df-uz 11993  df-q 12096  df-rp 12138  df-xneg 12257  df-xadd 12258  df-xmul 12259  df-ioo 12491  df-ico 12493  df-icc 12494  df-fz 12644  df-fzo 12785  df-seq 13120  df-exp 13179  df-hash 13436  df-cj 14246  df-re 14247  df-im 14248  df-sqrt 14382  df-abs 14383  df-struct 16257  df-ndx 16258  df-slot 16259  df-base 16261  df-sets 16262  df-ress 16263  df-plusg 16351  df-mulr 16352  df-starv 16353  df-sca 16354  df-vsca 16355  df-ip 16356  df-tset 16357  df-ple 16358  df-ds 16360  df-unif 16361  df-hom 16362  df-cco 16363  df-rest 16469  df-topn 16470  df-0g 16488  df-gsum 16489  df-topgen 16490  df-pt 16491  df-prds 16494  df-xrs 16548  df-qtop 16553  df-imas 16554  df-xps 16556  df-mre 16632  df-mrc 16633  df-acs 16635  df-mgm 17628  df-sgrp 17670  df-mnd 17681  df-submnd 17722  df-mulg 17928  df-cntz 18133  df-cmn 18581  df-psmet 20134  df-xmet 20135  df-met 20136  df-bl 20137  df-mopn 20138  df-fbas 20139  df-fg 20140  df-cnfld 20143  df-top 21106  df-topon 21123  df-topsp 21145  df-bases 21158  df-cld 21231  df-ntr 21232  df-cls 21233  df-nei 21310  df-lp 21348  df-perf 21349  df-cn 21439  df-cnp 21440  df-haus 21527  df-cmp 21599  df-tx 21774  df-hmeo 21967  df-fil 22058  df-fm 22150  df-flim 22151  df-flf 22152  df-xms 22533  df-ms 22534  df-tms 22535  df-cncf 23089  df-limc 24067  df-dv 24068
This theorem is referenced by:  dvlip  24193  c1liplem1  24196  dvgt0lem1  24202  dvcvx  24220  dvbdfbdioolem1  41071
  Copyright terms: Public domain W3C validator