Theorem ovnlerp 47488

Description: The Lebesgue outer measure of a subset of multidimensional real numbers can always be approximated by the total outer measure of a cover of half-open (multidimensional) intervals. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Oct-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
ovnlerp.x	⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ Fin)
ovnlerp.n0	⊢ (𝜑 → 𝑋 ≠ ∅)
ovnlerp.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ (ℝ ↑m 𝑋))
ovnlerp.e	⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ ℝ+)
ovnlerp.m	⊢ 𝑀 = {𝑧 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑖 ∈ (((ℝ × ℝ) ↑m 𝑋) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ 𝑗 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (([,) ∘ (𝑖‘𝑗))‘𝑘) ∧ 𝑧 = (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ∏𝑘 ∈ 𝑋 (vol‘(([,) ∘ (𝑖‘𝑗))‘𝑘)))))}

Assertion

Ref	Expression
ovnlerp	⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ 𝑀 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑖,𝑧   𝑧,𝐸   𝑖,𝑋,𝑗,𝑘,𝑧   𝜑,𝑖,𝑗,𝑘,𝑧

Allowed substitution hints:   𝐴(𝑗, 𝑘)   𝐸(𝑖, 𝑗, 𝑘)   𝑀(𝑧, 𝑖, 𝑗, 𝑘)

Proof of Theorem ovnlerp

Dummy variables 𝑤 𝑥 𝑦 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nfv 1947	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑥𝜑
2		ovnlerp.m	. . . . . 6 ⊢ 𝑀 = {𝑧 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑖 ∈ (((ℝ × ℝ) ↑m 𝑋) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ 𝑗 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (([,) ∘ (𝑖‘𝑗))‘𝑘) ∧ 𝑧 = (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ∏𝑘 ∈ 𝑋 (vol‘(([,) ∘ (𝑖‘𝑗))‘𝑘)))))}
3		ssrab2 4028	. . . . . 6 ⊢ {𝑧 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑖 ∈ (((ℝ × ℝ) ↑m 𝑋) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ 𝑗 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (([,) ∘ (𝑖‘𝑗))‘𝑘) ∧ 𝑧 = (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ∏𝑘 ∈ 𝑋 (vol‘(([,) ∘ (𝑖‘𝑗))‘𝑘)))))} ⊆ ℝ*
4	2, 3	eqsstri 3977	. . . . 5 ⊢ 𝑀 ⊆ ℝ*
5	4	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ⊆ ℝ*)
6		ovnlerp.x	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ∈ Fin)
7		ovnlerp.a	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ (ℝ ↑m 𝑋))
8	6, 7, 2	ovnpnfelsup 47485	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → +∞ ∈ 𝑀)
9	8	ne0d 4288	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ ∅)
10		0red 11268	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
11	6, 7, 2	ovnsupge0 47483	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ⊆ (0[,]+∞))
12		0xr 11313	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℝ*
13	12	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 0 ∈ ℝ*)
14		pnfxr 11320	. . . . . . . . 9 ⊢ +∞ ∈ ℝ*
15	14	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → +∞ ∈ ℝ*)
16		ssel2 3926	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 𝑦 ∈ (0[,]+∞))
17		iccgelb 13488	. . . . . . . 8 ⊢ ((0 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ (0[,]+∞)) → 0 ≤ 𝑦)
18	13, 15, 16, 17	syl3anc 1398	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 0 ≤ 𝑦)
19	18	ralrimiva 3154	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ⊆ (0[,]+∞) → ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦)
20	11, 19	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦)
21		breq1 5106	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝑥 ≤ 𝑦 ↔ 0 ≤ 𝑦))
22	21	ralbidv 3185	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 0 → (∀𝑦 ∈ 𝑀 𝑥 ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦))
23	22	rspcev 3576	. . . . 5 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝑀 𝑥 ≤ 𝑦)
24	10, 20, 23	syl2anc 596	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝑀 𝑥 ≤ 𝑦)
25		ovnlerp.e	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ ℝ+)
26	1, 5, 9, 24, 25	infrpge 46279	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸))
27		nfv 1947	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑤𝜑
28		simp3 1156	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ 𝑀 ∧ 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸)) → 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸))
29		ovnlerp.n0	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝑋 ≠ ∅)
30	6, 29, 7, 2	ovnn0val 47477	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((voln*‘𝑋)‘𝐴) = inf(𝑀, ℝ*, < ))
31	30	eqcomd 2766	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → inf(𝑀, ℝ*, < ) = ((voln*‘𝑋)‘𝐴))
32	31	oveq1d 7424	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) = (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
33	32	3ad2ant1 1151	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ 𝑀 ∧ 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸)) → (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) = (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
34	28, 33	breqtrd 5131	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ 𝑀 ∧ 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸)) → 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
35	34	3exp 1137	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ 𝑀 → (𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) → 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))))
36	27, 35	reximdai 3264	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) → ∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)))
37	26, 36	mpd 16	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
38		nfcv 2922	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑤𝑀
39		nfrab1 3431	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑧{𝑧 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑖 ∈ (((ℝ × ℝ) ↑m 𝑋) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ 𝑗 ∈ ℕ X𝑘 ∈ 𝑋 (([,) ∘ (𝑖‘𝑗))‘𝑘) ∧ 𝑧 = (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ∏𝑘 ∈ 𝑋 (vol‘(([,) ∘ (𝑖‘𝑗))‘𝑘)))))}
40	2, 39	nfcxfr 2920	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑧𝑀
41		nfv 1947	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑧 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)
42		nfv 1947	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑤 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)
43		breq1 5106	. . 3 ⊢ (𝑤 = 𝑧 → (𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸) ↔ 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)))
44	38, 40, 41, 42, 43	cbvrexfw 3303	. 2 ⊢ (∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝑀 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
45	37, 44	sylib 221	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ 𝑀 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1570   ∈ wcel 2145   ≠ wne 2955  ∀wral 3076  ∃wrex 3086  {crab 3412   ⊆ wss 3899  ∅c0 4279  ∪ ciun 4951   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186   × cxp 5646   ∘ ccom 5652  ‘cfv 6528  (class class class)co 7409   ↑_m cmap 8826  Xcixp 8904  Fincfn 8952  infcinf 9411  ℝcr 11156  0cc0 11157  +∞cpnf 11297  ℝ^*cxr 11299   < clt 11300   ≤ cle 11301  ℕcn 12290  ℝ⁺crp 13075   +_𝑒 cxad 13194  [,)cico 13433  [,]cicc 13434  ∏cprod 16025  volcvol 25731  Σ^{^}csumge0 47288  voln*covoln 47462

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 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-rep 5232  ax-sep 5249  ax-nul 5260  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7735  ax-inf2 9620  ax-cnex 11213  ax-resscn 11214  ax-1cn 11215  ax-icn 11216  ax-addcl 11217  ax-addrcl 11218  ax-mulcl 11219  ax-mulrcl 11220  ax-mulcom 11221  ax-addass 11222  ax-mulass 11223  ax-distr 11224  ax-i2m1 11225  ax-1ne0 11226  ax-1rid 11227  ax-rnegex 11228  ax-rrecex 11229  ax-cnre 11230  ax-pre-lttri 11231  ax-pre-lttrn 11232  ax-pre-ltadd 11233  ax-pre-mulgt0 11234  ax-pre-sup 11235

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 2100  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-rmo 3365  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-pss 3919  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-int 4908  df-iun 4953  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-tr 5213  df-id 5543  df-eprel 5548  df-po 5556  df-so 5557  df-fr 5601  df-se 5602  df-we 5603  df-xp 5654  df-rel 5655  df-cnv 5656  df-co 5657  df-dm 5658  df-rn 5659  df-res 5660  df-ima 5661  df-pred 6294  df-ord 6355  df-on 6356  df-lim 6357  df-suc 6358  df-iota 6484  df-fun 6530  df-fn 6531  df-f 6532  df-f1 6533  df-fo 6534  df-f1o 6535  df-fv 6536  df-isom 6537  df-riota 7366  df-ov 7412  df-oprab 7413  df-mpo 7414  df-of 7677  df-om 7862  df-1st 7985  df-2nd 7986  df-frecs 8278  df-wrecs 8309  df-recs 8358  df-rdg 8397  df-1o 8455  df-2o 8456  df-er 8696  df-map 8828  df-pm 8829  df-ixp 8905  df-en 8953  df-dom 8954  df-sdom 8955  df-fin 8956  df-fi 9381  df-sup 9412  df-inf 9413  df-oi 9482  df-dju 9939  df-card 9977  df-pnf 11302  df-mnf 11303  df-xr 11304  df-ltxr 11305  df-le 11306  df-sub 11500  df-neg 11501  df-div 11929  df-nn 12291  df-2 12360  df-3 12361  df-n0 12562  df-z 12649  df-uz 12921  df-q 13031  df-rp 13076  df-xneg 13196  df-xadd 13197  df-xmul 13198  df-ioo 13435  df-ico 13437  df-icc 13438  df-fz 13595  df-fzo 13743  df-fl 13886  df-seq 14099  df-exp 14159  df-hash 14428  df-cj 15219  df-re 15220  df-im 15221  df-sqrt 15355  df-abs 15356  df-clim 15608  df-rlim 15609  df-sum 15807  df-prod 16026  df-rest 17540  df-topgen 17561  df-psmet 21617  df-xmet 21618  df-met 21619  df-bl 21620  df-mopn 21621  df-top 23159  df-topon 23176  df-bases 23211  df-cmp 23652  df-ovol 25732  df-vol 25733  df-sumge0 47289  df-ovoln 47463

This theorem is used by:  ovncvrrp  47490