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

Theorem mvth 23974
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 5596 . . . 4 (𝑧 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↦ 𝑧) = ( I ↾ (𝐴[,]𝐵))
6 iccssre 12459 . . . . . 6 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → (𝐴[,]𝐵) ⊆ ℝ)
71, 2, 6syl2anc 573 . . . . 5 (𝜑 → (𝐴[,]𝐵) ⊆ ℝ)
8 ax-resscn 10198 . . . . 5 ℝ ⊆ ℂ
9 cncfmptid 22934 . . . . 5 (((𝐴[,]𝐵) ⊆ ℝ ∧ ℝ ⊆ ℂ) → (𝑧 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↦ 𝑧) ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ))
107, 8, 9sylancl 574 . . . 4 (𝜑 → (𝑧 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↦ 𝑧) ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ))
115, 10syl5eqelr 2855 . . 3 (𝜑 → ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)) ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ))
12 mvth.d . . 3 (𝜑 → dom (ℝ D 𝐹) = (𝐴(,)𝐵))
135oveq2i 6806 . . . . . 6 (ℝ D (𝑧 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↦ 𝑧)) = (ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))
14 reelprrecn 10233 . . . . . . . 8 ℝ ∈ {ℝ, ℂ}
1514a1i 11 . . . . . . 7 (𝜑 → ℝ ∈ {ℝ, ℂ})
16 simpr 471 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ) → 𝑧 ∈ ℝ)
1716recnd 10273 . . . . . . 7 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ) → 𝑧 ∈ ℂ)
18 1red 10260 . . . . . . 7 ((𝜑𝑧 ∈ ℝ) → 1 ∈ ℝ)
1915dvmptid 23939 . . . . . . 7 (𝜑 → (ℝ D (𝑧 ∈ ℝ ↦ 𝑧)) = (𝑧 ∈ ℝ ↦ 1))
20 eqid 2771 . . . . . . . 8 (TopOpen‘ℂfld) = (TopOpen‘ℂfld)
2120tgioo2 22825 . . . . . . 7 (topGen‘ran (,)) = ((TopOpen‘ℂfld) ↾t ℝ)
22 iccntr 22843 . . . . . . . 8 ((𝐴 ∈ ℝ ∧ 𝐵 ∈ ℝ) → ((int‘(topGen‘ran (,)))‘(𝐴[,]𝐵)) = (𝐴(,)𝐵))
231, 2, 22syl2anc 573 . . . . . . 7 (𝜑 → ((int‘(topGen‘ran (,)))‘(𝐴[,]𝐵)) = (𝐴(,)𝐵))
2415, 17, 18, 19, 7, 21, 20, 23dvmptres2 23944 . . . . . 6 (𝜑 → (ℝ D (𝑧 ∈ (𝐴[,]𝐵) ↦ 𝑧)) = (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1))
2513, 24syl5eqr 2819 . . . . 5 (𝜑 → (ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵))) = (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1))
2625dmeqd 5463 . . . 4 (𝜑 → dom (ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵))) = dom (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1))
27 1ex 10240 . . . . 5 1 ∈ V
28 eqid 2771 . . . . 5 (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1) = (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1)
2927, 28dmmpti 6162 . . . 4 dom (𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1) = (𝐴(,)𝐵)
3026, 29syl6eq 2821 . . 3 (𝜑 → dom (ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵))) = (𝐴(,)𝐵))
311, 2, 3, 4, 11, 12, 30cmvth 23973 . 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 10294 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐴 ∈ ℝ*)
332rexrd 10294 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐵 ∈ ℝ*)
341, 2, 3ltled 10390 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐴𝐵)
35 ubicc2 12495 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*𝐴𝐵) → 𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
3632, 33, 34, 35syl3anc 1476 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵))
37 fvresi 6585 . . . . . . . . . 10 (𝐵 ∈ (𝐴[,]𝐵) → (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) = 𝐵)
3836, 37syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) = 𝐵)
39 lbicc2 12494 . . . . . . . . . . 11 ((𝐴 ∈ ℝ*𝐵 ∈ ℝ*𝐴𝐵) → 𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
4032, 33, 34, 39syl3anc 1476 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵))
41 fvresi 6585 . . . . . . . . . 10 (𝐴 ∈ (𝐴[,]𝐵) → (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴) = 𝐴)
4240, 41syl 17 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴) = 𝐴)
4338, 42oveq12d 6813 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) = (𝐵𝐴))
4443adantr 466 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) = (𝐵𝐴))
4544oveq1d 6810 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐵) − (( I ↾ (𝐴[,]𝐵))‘𝐴)) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) = ((𝐵𝐴) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)))
4625fveq1d 6335 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥) = ((𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1)‘𝑥))
47 eqidd 2772 . . . . . . . . . 10 (𝑧 = 𝑥 → 1 = 1)
4847, 28, 27fvmpt3i 6431 . . . . . . . . 9 (𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵) → ((𝑧 ∈ (𝐴(,)𝐵) ↦ 1)‘𝑥) = 1)
4946, 48sylan9eq 2825 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥) = 1)
5049oveq2d 6811 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · 1))
51 cncff 22915 . . . . . . . . . . . . 13 (𝐹 ∈ ((𝐴[,]𝐵)–cn→ℝ) → 𝐹:(𝐴[,]𝐵)⟶ℝ)
524, 51syl 17 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑𝐹:(𝐴[,]𝐵)⟶ℝ)
5352, 36ffvelrnd 6505 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐹𝐵) ∈ ℝ)
5452, 40ffvelrnd 6505 . . . . . . . . . . 11 (𝜑 → (𝐹𝐴) ∈ ℝ)
5553, 54resubcld 10663 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) ∈ ℝ)
5655recnd 10273 . . . . . . . . 9 (𝜑 → ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) ∈ ℂ)
5756adantr 466 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) ∈ ℂ)
5857mulid1d 10262 . . . . . . 7 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · 1) = ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)))
5950, 58eqtrd 2805 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) · ((ℝ D ( I ↾ (𝐴[,]𝐵)))‘𝑥)) = ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)))
6045, 59eqeq12d 2786 . . . . 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 10663 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝐵𝐴) ∈ ℝ)
6261recnd 10273 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐵𝐴) ∈ ℂ)
6362adantr 466 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐵𝐴) ∈ ℂ)
64 dvf 23890 . . . . . . . 8 (ℝ D 𝐹):dom (ℝ D 𝐹)⟶ℂ
6512feq2d 6170 . . . . . . . 8 (𝜑 → ((ℝ D 𝐹):dom (ℝ D 𝐹)⟶ℂ ↔ (ℝ D 𝐹):(𝐴(,)𝐵)⟶ℂ))
6664, 65mpbii 223 . . . . . . 7 (𝜑 → (ℝ D 𝐹):(𝐴(,)𝐵)⟶ℂ)
6766ffvelrnda 6504 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((ℝ D 𝐹)‘𝑥) ∈ ℂ)
681, 2posdifd 10819 . . . . . . . . 9 (𝜑 → (𝐴 < 𝐵 ↔ 0 < (𝐵𝐴)))
693, 68mpbid 222 . . . . . . . 8 (𝜑 → 0 < (𝐵𝐴))
7069gt0ne0d 10797 . . . . . . 7 (𝜑 → (𝐵𝐴) ≠ 0)
7170adantr 466 . . . . . 6 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → (𝐵𝐴) ≠ 0)
7257, 63, 67, 71divmuld 11028 . . . . 5 ((𝜑𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)) → ((((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴)) = ((ℝ D 𝐹)‘𝑥) ↔ ((𝐵𝐴) · ((ℝ D 𝐹)‘𝑥)) = ((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴))))
7360, 72bitr4d 271 . . . 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 2778 . . . 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 2778 . . . 4 (((ℝ D 𝐹)‘𝑥) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴)) ↔ (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴)) = ((ℝ D 𝐹)‘𝑥))
7673, 74, 753bitr4g 303 . . 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 3197 . 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 222 1 (𝜑 → ∃𝑥 ∈ (𝐴(,)𝐵)((ℝ D 𝐹)‘𝑥) = (((𝐹𝐵) − (𝐹𝐴)) / (𝐵𝐴)))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 382   = wceq 1631  wcel 2145  wne 2943  wrex 3062  wss 3723  {cpr 4319   class class class wbr 4787  cmpt 4864   I cid 5157  dom cdm 5250  ran crn 5251  cres 5252  wf 6026  cfv 6030  (class class class)co 6795  cc 10139  cr 10140  0cc0 10141  1c1 10142   · cmul 10146  *cxr 10278   < clt 10279  cle 10280  cmin 10471   / cdiv 10889  (,)cioo 12379  [,]cicc 12382  TopOpenctopn 16289  topGenctg 16305  fldccnfld 19960  intcnt 21041  cnccncf 22898   D cdv 23846
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1870  ax-4 1885  ax-5 1991  ax-6 2057  ax-7 2093  ax-8 2147  ax-9 2154  ax-10 2174  ax-11 2190  ax-12 2203  ax-13 2408  ax-ext 2751  ax-rep 4905  ax-sep 4916  ax-nul 4924  ax-pow 4975  ax-pr 5035  ax-un 7099  ax-inf2 8705  ax-cnex 10197  ax-resscn 10198  ax-1cn 10199  ax-icn 10200  ax-addcl 10201  ax-addrcl 10202  ax-mulcl 10203  ax-mulrcl 10204  ax-mulcom 10205  ax-addass 10206  ax-mulass 10207  ax-distr 10208  ax-i2m1 10209  ax-1ne0 10210  ax-1rid 10211  ax-rnegex 10212  ax-rrecex 10213  ax-cnre 10214  ax-pre-lttri 10215  ax-pre-lttrn 10216  ax-pre-ltadd 10217  ax-pre-mulgt0 10218  ax-pre-sup 10219  ax-addf 10220  ax-mulf 10221
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-an 383  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1634  df-ex 1853  df-nf 1858  df-sb 2050  df-eu 2622  df-mo 2623  df-clab 2758  df-cleq 2764  df-clel 2767  df-nfc 2902  df-ne 2944  df-nel 3047  df-ral 3066  df-rex 3067  df-reu 3068  df-rmo 3069  df-rab 3070  df-v 3353  df-sbc 3588  df-csb 3683  df-dif 3726  df-un 3728  df-in 3730  df-ss 3737  df-pss 3739  df-nul 4064  df-if 4227  df-pw 4300  df-sn 4318  df-pr 4320  df-tp 4322  df-op 4324  df-uni 4576  df-int 4613  df-iun 4657  df-iin 4658  df-br 4788  df-opab 4848  df-mpt 4865  df-tr 4888  df-id 5158  df-eprel 5163  df-po 5171  df-so 5172  df-fr 5209  df-se 5210  df-we 5211  df-xp 5256  df-rel 5257  df-cnv 5258  df-co 5259  df-dm 5260  df-rn 5261  df-res 5262  df-ima 5263  df-pred 5822  df-ord 5868  df-on 5869  df-lim 5870  df-suc 5871  df-iota 5993  df-fun 6032  df-fn 6033  df-f 6034  df-f1 6035  df-fo 6036  df-f1o 6037  df-fv 6038  df-isom 6039  df-riota 6756  df-ov 6798  df-oprab 6799  df-mpt2 6800  df-of 7047  df-om 7216  df-1st 7318  df-2nd 7319  df-supp 7450  df-wrecs 7562  df-recs 7624  df-rdg 7662  df-1o 7716  df-2o 7717  df-oadd 7720  df-er 7899  df-map 8014  df-pm 8015  df-ixp 8066  df-en 8113  df-dom 8114  df-sdom 8115  df-fin 8116  df-fsupp 8435  df-fi 8476  df-sup 8507  df-inf 8508  df-oi 8574  df-card 8968  df-cda 9195  df-pnf 10281  df-mnf 10282  df-xr 10283  df-ltxr 10284  df-le 10285  df-sub 10473  df-neg 10474  df-div 10890  df-nn 11226  df-2 11284  df-3 11285  df-4 11286  df-5 11287  df-6 11288  df-7 11289  df-8 11290  df-9 11291  df-n0 11499  df-z 11584  df-dec 11700  df-uz 11893  df-q 11996  df-rp 12035  df-xneg 12150  df-xadd 12151  df-xmul 12152  df-ioo 12383  df-ico 12385  df-icc 12386  df-fz 12533  df-fzo 12673  df-seq 13008  df-exp 13067  df-hash 13321  df-cj 14046  df-re 14047  df-im 14048  df-sqrt 14182  df-abs 14183  df-struct 16065  df-ndx 16066  df-slot 16067  df-base 16069  df-sets 16070  df-ress 16071  df-plusg 16161  df-mulr 16162  df-starv 16163  df-sca 16164  df-vsca 16165  df-ip 16166  df-tset 16167  df-ple 16168  df-ds 16171  df-unif 16172  df-hom 16173  df-cco 16174  df-rest 16290  df-topn 16291  df-0g 16309  df-gsum 16310  df-topgen 16311  df-pt 16312  df-prds 16315  df-xrs 16369  df-qtop 16374  df-imas 16375  df-xps 16377  df-mre 16453  df-mrc 16454  df-acs 16456  df-mgm 17449  df-sgrp 17491  df-mnd 17502  df-submnd 17543  df-mulg 17748  df-cntz 17956  df-cmn 18401  df-psmet 19952  df-xmet 19953  df-met 19954  df-bl 19955  df-mopn 19956  df-fbas 19957  df-fg 19958  df-cnfld 19961  df-top 20918  df-topon 20935  df-topsp 20957  df-bases 20970  df-cld 21043  df-ntr 21044  df-cls 21045  df-nei 21122  df-lp 21160  df-perf 21161  df-cn 21251  df-cnp 21252  df-haus 21339  df-cmp 21410  df-tx 21585  df-hmeo 21778  df-fil 21869  df-fm 21961  df-flim 21962  df-flf 21963  df-xms 22344  df-ms 22345  df-tms 22346  df-cncf 22900  df-limc 23849  df-dv 23850
This theorem is referenced by:  dvlip  23975  c1liplem1  23978  dvgt0lem1  23984  dvcvx  24002  dvbdfbdioolem1  40658
  Copyright terms: Public domain W3C validator