Theorem omeiunle 47730

Description: The outer measure of the indexed union of a countable set is less than or equal to the extended sum of the outer measures. The proof uses abrexct 23800 rather than fnrndomg 10642, and so does not require ax-ac 10561. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020.) (Revised by Vincent Gonzalez, 19-Aug-2026.)

Hypotheses

Ref	Expression
omeiunle.nph	⊢ Ⅎ𝑛𝜑
omeiunle.ne	⊢ Ⅎ𝑛𝐸
omeiunle.o	⊢ (𝜑 → 𝑂 ∈ OutMeas)
omeiunle.x	⊢ 𝑋 = ∪ dom 𝑂
omeiunle.z	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑁)
omeiunle.e	⊢ (𝜑 → 𝐸:𝑍⟶𝒫 𝑋)

Assertion

Ref	Expression
omeiunle	⊢ (𝜑 → (𝑂‘∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛)) ≤ (Σ^‘(𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛)))))

Distinct variable groups:   𝑛,𝑂   𝑛,𝑋   𝑛,𝑍

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑛)   𝐸(𝑛)   𝑁(𝑛)

Proof of Theorem omeiunle

Dummy variable 𝑚 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		iccssxr 13585	. . 3 ⊢ (0[,]+∞) ⊆ ℝ*
2		omeiunle.o	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑂 ∈ OutMeas)
3		omeiunle.x	. . . 4 ⊢ 𝑋 = ∪ dom 𝑂
4		omeiunle.nph	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑛𝜑
5		omeiunle.e	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐸:𝑍⟶𝒫 𝑋)
6	5	ffvelcdmda 7105	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐸‘𝑛) ∈ 𝒫 𝑋)
7		elpwi 4567	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐸‘𝑛) ∈ 𝒫 𝑋 → (𝐸‘𝑛) ⊆ 𝑋)
8	6, 7	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐸‘𝑛) ⊆ 𝑋)
9	8	ex 418	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → (𝑛 ∈ 𝑍 → (𝐸‘𝑛) ⊆ 𝑋))
10	4, 9	ralrimi 3264	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛) ⊆ 𝑋)
11		iunss 5006	. . . . 5 ⊢ (∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛) ⊆ 𝑋 ↔ ∀𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛) ⊆ 𝑋)
12	10, 11	sylibr 237	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛) ⊆ 𝑋)
13	2, 3, 12	omecl 47716	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑂‘∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛)) ∈ (0[,]+∞))
14	1, 13	sselid 3911	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑂‘∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛)) ∈ ℝ*)
15	5	ffnd 6729	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐸 Fn 𝑍)
16		omeiunle.z	. . . . . . 7 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑁)
17	16	fvexi 6919	. . . . . 6 ⊢ 𝑍 ∈ V
18	17	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑍 ∈ V)
19		fnex 7243	. . . . 5 ⊢ ((𝐸 Fn 𝑍 ∧ 𝑍 ∈ V) → 𝐸 ∈ V)
20	15, 18, 19	syl2anc 596	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ V)
21		rnexg 7935	. . . 4 ⊢ (𝐸 ∈ V → ran 𝐸 ∈ V)
22	20, 21	syl 18	. . 3 ⊢ (𝜑 → ran 𝐸 ∈ V)
23	2, 3	omef 47709	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑂:𝒫 𝑋⟶(0[,]+∞))
24	5	frnd 6737	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ran 𝐸 ⊆ 𝒫 𝑋)
25	23, 24	fssresd 6768	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑂 ↾ ran 𝐸):ran 𝐸⟶(0[,]+∞))
26	22, 25	sge0xrcl 47598	. 2 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑂 ↾ ran 𝐸)) ∈ ℝ*)
27	2	adantr 486	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑂 ∈ OutMeas)
28	27, 3, 8	omecl 47716	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝑂‘(𝐸‘𝑛)) ∈ (0[,]+∞))
29		eqid 2763	. . . 4 ⊢ (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛))) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛)))
30	4, 28, 29	fmptdf 7138	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛))):𝑍⟶(0[,]+∞))
31	18, 30	sge0xrcl 47598	. 2 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛)))) ∈ ℝ*)
32		fvex 6918	. . . . . . . 8 ⊢ (𝐸‘𝑛) ∈ V
33	32	rgenw 3084	. . . . . . 7 ⊢ ∀𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛) ∈ V
34		dfiun3g 5956	. . . . . . 7 ⊢ (∀𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛) ∈ V → ∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛) = ∪ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛)))
35	33, 34	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ ∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛) = ∪ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛))
36	35	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛) = ∪ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛)))
37	5	feqmptd 6973	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐸 = (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑚)))
38		omeiunle.ne	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑛𝐸
39		nfcv 2926	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑛𝑚
40	38, 39	nffv 6915	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑛(𝐸‘𝑚)
41		nfcv 2926	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑚(𝐸‘𝑛)
42		fveq2 6905	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (𝐸‘𝑚) = (𝐸‘𝑛))
43	40, 41, 42	cbvmpt 5210	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑚)) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛))
44	43	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑚)) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛)))
45	37, 44	eqtrd 2798	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝐸 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛)))
46	45	rneqd 5926	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ran 𝐸 = ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛)))
47	46	unieqd 4883	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∪ ran 𝐸 = ∪ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛)))
48	36, 47	eqtr4d 2801	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛) = ∪ ran 𝐸)
49	48	fveq2d 6909	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑂‘∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛)) = (𝑂‘∪ ran 𝐸))
50		eqid 2763	. . . . . . 7 ⊢ (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛)) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛))
51	50	rnmpt 5945	. . . . . 6 ⊢ ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝐸‘𝑛)) = {𝑚 ∣ ∃𝑛 ∈ 𝑍 𝑚 = (𝐸‘𝑛)}
52	46, 51	eqtrdi 2814	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ran 𝐸 = {𝑚 ∣ ∃𝑛 ∈ 𝑍 𝑚 = (𝐸‘𝑛)})
53	16	uzct 46283	. . . . . . 7 ⊢ 𝑍 ≼ ω
54	53	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑍 ≼ ω)
55		abrexct 23800	. . . . . 6 ⊢ (𝑍 ≼ ω → {𝑚 ∣ ∃𝑛 ∈ 𝑍 𝑚 = (𝐸‘𝑛)} ≼ ω)
56	54, 55	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → {𝑚 ∣ ∃𝑛 ∈ 𝑍 𝑚 = (𝐸‘𝑛)} ≼ ω)
57	52, 56	eqbrtrd 5130	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ran 𝐸 ≼ ω)
58	2, 3, 24, 57	omeunile 47718	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑂‘∪ ran 𝐸) ≤ (Σ^‘(𝑂 ↾ ran 𝐸)))
59	49, 58	eqbrtrd 5130	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑂‘∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛)) ≤ (Σ^‘(𝑂 ↾ ran 𝐸)))
60		ltweuz 14128	. . . . . 6 ⊢ < We (ℤ≥‘𝑁)
61		weeq2 5643	. . . . . . 7 ⊢ (𝑍 = (ℤ≥‘𝑁) → ( < We 𝑍 ↔ < We (ℤ≥‘𝑁)))
62	16, 61	ax-mp 5	. . . . . 6 ⊢ ( < We 𝑍 ↔ < We (ℤ≥‘𝑁))
63	60, 62	mpbir 234	. . . . 5 ⊢ < We 𝑍
64	63	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → < We 𝑍)
65	18, 23, 5, 64	sge0resrn 47617	. . 3 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑂 ↾ ran 𝐸)) ≤ (Σ^‘(𝑂 ∘ 𝐸)))
66		fcompt 7155	. . . . . 6 ⊢ ((𝑂:𝒫 𝑋⟶(0[,]+∞) ∧ 𝐸:𝑍⟶𝒫 𝑋) → (𝑂 ∘ 𝐸) = (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑚))))
67		nfcv 2926	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑛𝑂
68	67, 40	nffv 6915	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑛(𝑂‘(𝐸‘𝑚))
69		nfcv 2926	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑚(𝑂‘(𝐸‘𝑛))
70		2fveq3 6910	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑚 = 𝑛 → (𝑂‘(𝐸‘𝑚)) = (𝑂‘(𝐸‘𝑛)))
71	68, 69, 70	cbvmpt 5210	. . . . . . 7 ⊢ (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑚))) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛)))
72	71	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ ((𝑂:𝒫 𝑋⟶(0[,]+∞) ∧ 𝐸:𝑍⟶𝒫 𝑋) → (𝑚 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑚))) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛))))
73	66, 72	eqtrd 2798	. . . . 5 ⊢ ((𝑂:𝒫 𝑋⟶(0[,]+∞) ∧ 𝐸:𝑍⟶𝒫 𝑋) → (𝑂 ∘ 𝐸) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛))))
74	23, 5, 73	syl2anc 596	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑂 ∘ 𝐸) = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛))))
75	74	fveq2d 6909	. . 3 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑂 ∘ 𝐸)) = (Σ^‘(𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛)))))
76	65, 75	breqtrd 5134	. 2 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑂 ↾ ran 𝐸)) ≤ (Σ^‘(𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛)))))
77	14, 26, 31, 59, 76	xrletrd 13315	1 ⊢ (𝜑 → (𝑂‘∪ 𝑛 ∈ 𝑍 (𝐸‘𝑛)) ≤ (Σ^‘(𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑂‘(𝐸‘𝑛)))))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1570  Ⅎwnf 1816   ∈ wcel 2147  {cab 2741  Ⅎwnfc 2911  ∀wral 3080  ∃wrex 3090  Vcvv 3454   ⊆ wss 3900  𝒫 cpw 4560  ∪ cuni 4870  ∪ ciun 4954   class class class wbr 5106   ↦ cmpt 5189   We wwe 5607  dom cdm 5655  ran crn 5656   ↾ cres 5657   ∘ ccom 5659   Fn wfn 6550  ⟶wf 6551  ‘cfv 6555  (class class class)co 7440  ωcom 7898   ≼ cdom 8996  0cc0 11224  +∞cpnf 11364  ℝ^*cxr 11366   < clt 11367   ≤ cle 11368  ℤ_≥cuz 12989  [,]cicc 13503  Σ^{^}csumge0 47575  OutMeascome 47702

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1945  ax-6 2002  ax-7 2043  ax-8 2149  ax-9 2157  ax-10 2180  ax-11 2197  ax-12 2216  ax-ext 2735  ax-rep 5235  ax-sep 5252  ax-nul 5263  ax-pow 5331  ax-pr 5395  ax-un 7772  ax-inf2 9666  ax-cnex 11280  ax-resscn 11281  ax-1cn 11282  ax-icn 11283  ax-addcl 11284  ax-addrcl 11285  ax-mulcl 11286  ax-mulrcl 11287  ax-mulcom 11288  ax-addass 11289  ax-mulass 11290  ax-distr 11291  ax-i2m1 11292  ax-1ne0 11293  ax-1rid 11294  ax-rnegex 11295  ax-rrecex 11296  ax-cnre 11297  ax-pre-lttri 11298  ax-pre-lttrn 11299  ax-pre-ltadd 11300  ax-pre-mulgt0 11301  ax-pre-sup 11302

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2102  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3066  df-ral 3081  df-rex 3091  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3456  df-sbc 3743  df-csb 3852  df-ss 3901  df-pss 4017  df-dif 4050  df-in 4094  df-un 4154  df-nul 4282  df-if 4486  df-pw 4562  df-sn 4589  df-pr 4591  df-op 4839  df-uni 4871  df-int 4911  df-iun 4956  df-br 5107  df-opab 5171  df-mpt 5190  df-tr 5216  df-id 5550  df-eprel 5555  df-po 5563  df-so 5564  df-fr 5608  df-se 5609  df-we 5610  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-pred 6319  df-ord 6380  df-on 6381  df-lim 6382  df-suc 6383  df-iota 6509  df-fun 6557  df-fn 6558  df-f 6559  df-f1 6560  df-fo 6561  df-f1o 6562  df-fv 6563  df-isom 6564  df-riota 7397  df-ov 7443  df-oprab 7444  df-mpo 7445  df-om 7899  df-1st 8022  df-2nd 8023  df-frecs 8324  df-wrecs 8355  df-recs 8404  df-rdg 8443  df-1o 8501  df-oadd 8505  df-omul 8506  df-er 8742  df-map 8874  df-en 8999  df-dom 9000  df-sdom 9001  df-fin 9002  df-sup 9458  df-oi 9528  df-card 10044  df-acn 10047  df-pnf 11369  df-mnf 11370  df-xr 11371  df-ltxr 11372  df-le 11373  df-sub 11567  df-neg 11568  df-div 11998  df-nn 12360  df-2 12429  df-3 12430  df-n0 12631  df-z 12718  df-uz 12990  df-rp 13145  df-ico 13506  df-icc 13507  df-fz 13664  df-fzo 13813  df-seq 14169  df-exp 14229  df-hash 14499  df-cj 15292  df-re 15293  df-im 15294  df-sqrt 15428  df-abs 15429  df-clim 15681  df-sum 15880  df-sumge0 47576  df-ome 47703

This theorem is used by:  omeiunltfirp  47732  omeiunlempt  47733  caratheodorylem2  47740