Theorem ovnlerp 47205

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 1941	. . . 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 4042	. . . . . 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 3991	. . . . 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 47202	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → +∞ ∈ 𝑀)
9	8	ne0d 4303	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ ∅)
10		0red 11213	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
11	6, 7, 2	ovnsupge0 47200	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ⊆ (0[,]+∞))
12		0xr 11258	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℝ*
13	12	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 0 ∈ ℝ*)
14		pnfxr 11265	. . . . . . . . 9 ⊢ +∞ ∈ ℝ*
15	14	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → +∞ ∈ ℝ*)
16		ssel2 3940	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 𝑦 ∈ (0[,]+∞))
17		iccgelb 13431	. . . . . . . 8 ⊢ ((0 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ (0[,]+∞)) → 0 ≤ 𝑦)
18	13, 15, 16, 17	syl3anc 1396	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 0 ≤ 𝑦)
19	18	ralrimiva 3163	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ⊆ (0[,]+∞) → ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦)
20	11, 19	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦)
21		breq1 5116	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝑥 ≤ 𝑦 ↔ 0 ≤ 𝑦))
22	21	ralbidv 3194	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 0 → (∀𝑦 ∈ 𝑀 𝑥 ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦))
23	22	rspcev 3590	. . . . 5 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝑀 𝑥 ≤ 𝑦)
24	10, 20, 23	syl2anc 595	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝑀 𝑥 ≤ 𝑦)
25		ovnlerp.e	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ ℝ+)
26	1, 5, 9, 24, 25	infrpge 45996	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸))
27		nfv 1941	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑤𝜑
28		simp3 1154	. . . . . 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 47194	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((voln*‘𝑋)‘𝐴) = inf(𝑀, ℝ*, < ))
31	30	eqcomd 2775	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → inf(𝑀, ℝ*, < ) = ((voln*‘𝑋)‘𝐴))
32	31	oveq1d 7428	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) = (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
33	32	3ad2ant1 1149	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ 𝑀 ∧ 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸)) → (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) = (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
34	28, 33	breqtrd 5141	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ 𝑀 ∧ 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸)) → 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
35	34	3exp 1135	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ 𝑀 → (𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) → 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))))
36	27, 35	reximdai 3273	. . 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 2931	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑤𝑀
39		nfrab1 3443	. . . 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 2929	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑧𝑀
41		nfv 1941	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑧 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)
42		nfv 1941	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑤 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)
43		breq1 5116	. . 3 ⊢ (𝑤 = 𝑧 → (𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸) ↔ 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)))
44	38, 40, 41, 42, 43	cbvrexfw 3312	. 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))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 400   ∧ w3a 1101   = wceq 1567   ∈ wcel 2149   ≠ wne 2964  ∀wral 3085  ∃wrex 3095  {crab 3423   ⊆ wss 3913  ∅c0 4294  ∪ ciun 4960   class class class wbr 5113   ↦ cmpt 5196   × cxp 5662   ∘ ccom 5668  ‘cfv 6539  (class class class)co 7413   ↑_m cmap 8826  Xcixp 8897  Fincfn 8945  infcinf 9403  ℝcr 11101  0cc0 11102  +∞cpnf 11242  ℝ^*cxr 11244   < clt 11245   ≤ cle 11246  ℕcn 12235  ℝ⁺crp 13018   +_𝑒 cxad 13137  [,)cico 13376  [,]cicc 13377  ∏cprod 15959  volcvol 25593  Σ^{^}csumge0 47005  voln*covoln 47179

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1822  ax-4 1836  ax-5 1937  ax-6 1994  ax-7 2035  ax-8 2151  ax-9 2159  ax-10 2182  ax-11 2198  ax-12 2219  ax-ext 2741  ax-rep 5242  ax-sep 5261  ax-nul 5273  ax-pow 5339  ax-pr 5407  ax-un 7735  ax-inf2 9612  ax-cnex 11158  ax-resscn 11159  ax-1cn 11160  ax-icn 11161  ax-addcl 11162  ax-addrcl 11163  ax-mulcl 11164  ax-mulrcl 11165  ax-mulcom 11166  ax-addass 11167  ax-mulass 11168  ax-distr 11169  ax-i2m1 11170  ax-1ne0 11171  ax-1rid 11172  ax-rnegex 11173  ax-rrecex 11174  ax-cnre 11175  ax-pre-lttri 11176  ax-pre-lttrn 11177  ax-pre-ltadd 11178  ax-pre-mulgt0 11179  ax-pre-sup 11180

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1102  df-3an 1103  df-tru 1570  df-fal 1580  df-ex 1807  df-nf 1811  df-sb 2098  df-mo 2573  df-eu 2603  df-clab 2748  df-cleq 2761  df-clel 2844  df-nfc 2918  df-ne 2965  df-nel 3071  df-ral 3086  df-rex 3096  df-rmo 3376  df-reu 3377  df-rab 3424  df-v 3465  df-sbc 3754  df-csb 3862  df-dif 3916  df-un 3918  df-in 3920  df-ss 3930  df-pss 3933  df-nul 4295  df-if 4493  df-pw 4569  df-sn 4595  df-pr 4597  df-op 4601  df-uni 4877  df-int 4917  df-iun 4962  df-br 5114  df-opab 5178  df-mpt 5197  df-tr 5223  df-id 5559  df-eprel 5564  df-po 5572  df-so 5573  df-fr 5617  df-se 5618  df-we 5619  df-xp 5670  df-rel 5671  df-cnv 5672  df-co 5673  df-dm 5674  df-rn 5675  df-res 5676  df-ima 5677  df-pred 6305  df-ord 6366  df-on 6367  df-lim 6368  df-suc 6369  df-iota 6495  df-fun 6541  df-fn 6542  df-f 6543  df-f1 6544  df-fo 6545  df-f1o 6546  df-fv 6547  df-isom 6548  df-riota 7370  df-ov 7416  df-oprab 7417  df-mpo 7418  df-of 7677  df-om 7865  df-1st 7988  df-2nd 7989  df-frecs 8280  df-wrecs 8311  df-recs 8360  df-rdg 8399  df-1o 8455  df-2o 8456  df-er 8696  df-map 8828  df-pm 8829  df-ixp 8898  df-en 8946  df-dom 8947  df-sdom 8948  df-fin 8949  df-fi 9373  df-sup 9404  df-inf 9405  df-oi 9474  df-dju 9889  df-card 9927  df-pnf 11247  df-mnf 11248  df-xr 11249  df-ltxr 11250  df-le 11251  df-sub 11445  df-neg 11446  df-div 11874  df-nn 12236  df-2 12305  df-3 12306  df-n0 12507  df-z 12594  df-uz 12865  df-q 12975  df-rp 13019  df-xneg 13139  df-xadd 13140  df-xmul 13141  df-ioo 13378  df-ico 13380  df-icc 13381  df-fz 13538  df-fzo 13685  df-fl 13827  df-seq 14040  df-exp 14100  df-hash 14369  df-cj 15152  df-re 15153  df-im 15154  df-sqrt 15288  df-abs 15289  df-clim 15541  df-rlim 15542  df-sum 15740  df-prod 15960  df-rest 17477  df-topgen 17498  df-psmet 21485  df-xmet 21486  df-met 21487  df-bl 21488  df-mopn 21489  df-top 23022  df-topon 23039  df-bases 23074  df-cmp 23515  df-ovol 25594  df-vol 25595  df-sumge0 47006  df-ovoln 47180

This theorem is referenced by:  ovncvrrp  47207