Theorem ovnlerp 47775

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 1949	. . . 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 4008	. . . . . 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 3959	. . . . 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 47772	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → +∞ ∈ 𝑀)
9	8	ne0d 4291	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ ∅)
10		0red 11335	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
11	6, 7, 2	ovnsupge0 47770	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ⊆ (0[,]+∞))
12		0xr 11380	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℝ*
13	12	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 0 ∈ ℝ*)
14		pnfxr 11387	. . . . . . . . 9 ⊢ +∞ ∈ ℝ*
15	14	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → +∞ ∈ ℝ*)
16		ssel2 3908	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 𝑦 ∈ (0[,]+∞))
17		iccgelb 13557	. . . . . . . 8 ⊢ ((0 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ (0[,]+∞)) → 0 ≤ 𝑦)
18	13, 15, 16, 17	syl3anc 1399	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 0 ≤ 𝑦)
19	18	ralrimiva 3158	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ⊆ (0[,]+∞) → ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦)
20	11, 19	syl 18	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦)
21		breq1 5109	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝑥 ≤ 𝑦 ↔ 0 ≤ 𝑦))
22	21	ralbidv 3189	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 0 → (∀𝑦 ∈ 𝑀 𝑥 ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦))
23	22	rspcev 3580	. . . . 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 46566	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +e 𝐸))
27		nfv 1949	. . . 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 47764	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((voln*‘𝑋)‘𝐴) = inf(𝑀, ℝ*, < ))
31	30	eqcomd 2769	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → inf(𝑀, ℝ*, < ) = ((voln*‘𝑋)‘𝐴))
32	31	oveq1d 7455	. . . . . . 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 5134	. . . . 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 3268	. . 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 2926	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑤𝑀
39		nfrab1 3435	. . . 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 2924	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑧𝑀
41		nfv 1949	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑧 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +e 𝐸)
42		nfv 1949	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑤 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +e 𝐸)
43		breq1 5109	. . 3 ⊢ (𝑤 = 𝑧 → (𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +e 𝐸) ↔ 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +e 𝐸)))
44	38, 40, 41, 42, 43	cbvrexfw 3307	. 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 2147   ≠ wne 2959  ∀wral 3080  ∃wrex 3090  {crab 3416   ⊆ wss 3900  ∅c0 4281  ∪ ciun 4954   class class class wbr 5106   ↦ cmpt 5189   × cxp 5653   ∘ ccom 5659  ‘cfv 6555  (class class class)co 7440   ↑_m cmap 8872  Xcixp 8950  Fincfn 8998  infcinf 9457  ℝcr 11223  0cc0 11224  +∞cpnf 11364  ℝ^*cxr 11366   < clt 11367   ≤ cle 11368  ℕcn 12359  ℝ⁺crp 13144   +_e cxad 13263  [,)cico 13502  [,]cicc 13503  ∏cprod 16098  volcvol 25811  Σ^{^}csumge0 47575  voln*covoln 47749

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-of 7714  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-2o 8502  df-er 8742  df-map 8874  df-pm 8875  df-ixp 8951  df-en 8999  df-dom 9000  df-sdom 9001  df-fin 9002  df-fi 9427  df-sup 9458  df-inf 9459  df-oi 9528  df-dju 10006  df-card 10044  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-q 13100  df-rp 13145  df-xneg 13265  df-xadd 13266  df-xmul 13267  df-ioo 13504  df-ico 13506  df-icc 13507  df-fz 13664  df-fzo 13813  df-fl 13956  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-rlim 15682  df-sum 15880  df-prod 16099  df-rest 17619  df-topgen 17640  df-psmet 21697  df-xmet 21698  df-met 21699  df-bl 21700  df-mopn 21701  df-top 23239  df-topon 23256  df-bases 23291  df-cmp 23732  df-ovol 25812  df-vol 25813  df-sumge0 47576  df-ovoln 47750

This theorem is used by:  ovncvrrp  47777