Theorem ovnlerp 47141

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 1936	. . . 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 4035	. . . . . 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 3984	. . . . 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 47138	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → +∞ ∈ 𝑀)
9	8	ne0d 4296	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ≠ ∅)
10		0red 11186	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 0 ∈ ℝ)
11	6, 7, 2	ovnsupge0 47136	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ⊆ (0[,]+∞))
12		0xr 11231	. . . . . . . . 9 ⊢ 0 ∈ ℝ*
13	12	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 0 ∈ ℝ*)
14		pnfxr 11238	. . . . . . . . 9 ⊢ +∞ ∈ ℝ*
15	14	a1i 11	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → +∞ ∈ ℝ*)
16		ssel2 3933	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 𝑦 ∈ (0[,]+∞))
17		iccgelb 13408	. . . . . . . 8 ⊢ ((0 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ* ∧ 𝑦 ∈ (0[,]+∞)) → 0 ≤ 𝑦)
18	13, 15, 16, 17	syl3anc 1392	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑀 ⊆ (0[,]+∞) ∧ 𝑦 ∈ 𝑀) → 0 ≤ 𝑦)
19	18	ralrimiva 3156	. . . . . 6 ⊢ (𝑀 ⊆ (0[,]+∞) → ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦)
20	11, 19	syl 17	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦)
21		breq1 5105	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 0 → (𝑥 ≤ 𝑦 ↔ 0 ≤ 𝑦))
22	21	ralbidv 3187	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 0 → (∀𝑦 ∈ 𝑀 𝑥 ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦))
23	22	rspcev 3583	. . . . 5 ⊢ ((0 ∈ ℝ ∧ ∀𝑦 ∈ 𝑀 0 ≤ 𝑦) → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝑀 𝑥 ≤ 𝑦)
24	10, 20, 23	syl2anc 593	. . . 4 ⊢ (𝜑 → ∃𝑥 ∈ ℝ ∀𝑦 ∈ 𝑀 𝑥 ≤ 𝑦)
25		ovnlerp.e	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐸 ∈ ℝ+)
26	1, 5, 9, 24, 25	infrpge 45932	. . 3 ⊢ (𝜑 → ∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸))
27		nfv 1936	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑤𝜑
28		simp3 1152	. . . . . 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 47130	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → ((voln*‘𝑋)‘𝐴) = inf(𝑀, ℝ*, < ))
31	30	eqcomd 2770	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → inf(𝑀, ℝ*, < ) = ((voln*‘𝑋)‘𝐴))
32	31	oveq1d 7413	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) = (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
33	32	3ad2ant1 1147	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ 𝑀 ∧ 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸)) → (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) = (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
34	28, 33	breqtrd 5128	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑤 ∈ 𝑀 ∧ 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸)) → 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
35	34	3exp 1133	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑤 ∈ 𝑀 → (𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) → 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))))
36	27, 35	reximdai 3266	. . 3 ⊢ (𝜑 → (∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (inf(𝑀, ℝ*, < ) +𝑒 𝐸) → ∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)))
37	26, 36	mpd 15	. 2 ⊢ (𝜑 → ∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
38		nfcv 2926	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑤𝑀
39		nfrab1 3436	. . . 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 1936	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑧 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)
42		nfv 1936	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑤 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)
43		breq1 5105	. . 3 ⊢ (𝑤 = 𝑧 → (𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸) ↔ 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸)))
44	38, 40, 41, 42, 43	cbvrexfw 3305	. 2 ⊢ (∃𝑤 ∈ 𝑀 𝑤 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸) ↔ ∃𝑧 ∈ 𝑀 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))
45	37, 44	sylib 220	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑧 ∈ 𝑀 𝑧 ≤ (((voln*‘𝑋)‘𝐴) +𝑒 𝐸))

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 399   ∧ w3a 1099   = wceq 1562   ∈ wcel 2144   ≠ wne 2959  ∀wral 3078  ∃wrex 3088  {crab 3416   ⊆ wss 3906  ∅c0 4287  ∪ ciun 4951   class class class wbr 5102   ↦ cmpt 5183   × cxp 5647   ∘ ccom 5653  ‘cfv 6523  (class class class)co 7398   ↑_m cmap 8810  Xcixp 8881  Fincfn 8929  infcinf 9389  ℝcr 11074  0cc0 11075  +∞cpnf 11215  ℝ^*cxr 11217   < clt 11218   ≤ cle 11219  ℕcn 12212  ℝ⁺crp 12995   +_𝑒 cxad 13114  [,)cico 13353  [,]cicc 13354  ∏cprod 15935  volcvol 25527  Σ^{^}csumge0 46941  voln*covoln 47115

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1817  ax-4 1831  ax-5 1932  ax-6 1989  ax-7 2030  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2214  ax-ext 2736  ax-rep 5229  ax-sep 5248  ax-nul 5258  ax-pow 5324  ax-pr 5392  ax-un 7720  ax-inf2 9598  ax-cnex 11131  ax-resscn 11132  ax-1cn 11133  ax-icn 11134  ax-addcl 11135  ax-addrcl 11136  ax-mulcl 11137  ax-mulrcl 11138  ax-mulcom 11139  ax-addass 11140  ax-mulass 11141  ax-distr 11142  ax-i2m1 11143  ax-1ne0 11144  ax-1rid 11145  ax-rnegex 11146  ax-rrecex 11147  ax-cnre 11148  ax-pre-lttri 11149  ax-pre-lttrn 11150  ax-pre-ltadd 11151  ax-pre-mulgt0 11152  ax-pre-sup 11153

This theorem depends on definitions:  df-bi 209  df-an 400  df-or 859  df-3or 1100  df-3an 1101  df-tru 1565  df-fal 1575  df-ex 1802  df-nf 1806  df-sb 2093  df-mo 2568  df-eu 2598  df-clab 2743  df-cleq 2756  df-clel 2839  df-nfc 2913  df-ne 2960  df-nel 3064  df-ral 3079  df-rex 3089  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3458  df-sbc 3747  df-csb 3855  df-dif 3909  df-un 3911  df-in 3913  df-ss 3923  df-pss 3926  df-nul 4288  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 5103  df-opab 5165  df-mpt 5184  df-tr 5210  df-id 5544  df-eprel 5549  df-po 5557  df-so 5558  df-fr 5602  df-se 5603  df-we 5604  df-xp 5655  df-rel 5656  df-cnv 5657  df-co 5658  df-dm 5659  df-rn 5660  df-res 5661  df-ima 5662  df-pred 6290  df-ord 6351  df-on 6352  df-lim 6353  df-suc 6354  df-iota 6479  df-fun 6525  df-fn 6526  df-f 6527  df-f1 6528  df-fo 6529  df-f1o 6530  df-fv 6531  df-isom 6532  df-riota 7355  df-ov 7401  df-oprab 7402  df-mpo 7403  df-of 7662  df-om 7849  df-1st 7972  df-2nd 7973  df-frecs 8264  df-wrecs 8295  df-recs 8344  df-rdg 8383  df-1o 8439  df-2o 8440  df-er 8680  df-map 8812  df-pm 8813  df-ixp 8882  df-en 8930  df-dom 8931  df-sdom 8932  df-fin 8933  df-fi 9359  df-sup 9390  df-inf 9391  df-oi 9460  df-dju 9861  df-card 9899  df-pnf 11220  df-mnf 11221  df-xr 11222  df-ltxr 11223  df-le 11224  df-sub 11418  df-neg 11419  df-div 11847  df-nn 12213  df-2 12282  df-3 12283  df-n0 12484  df-z 12571  df-uz 12842  df-q 12952  df-rp 12996  df-xneg 13116  df-xadd 13117  df-xmul 13118  df-ioo 13355  df-ico 13357  df-icc 13358  df-fz 13515  df-fzo 13662  df-fl 13804  df-seq 14017  df-exp 14077  df-hash 14346  df-cj 15128  df-re 15129  df-im 15130  df-sqrt 15264  df-abs 15265  df-clim 15517  df-rlim 15518  df-sum 15716  df-prod 15936  df-rest 17453  df-topgen 17474  df-psmet 21418  df-xmet 21419  df-met 21420  df-bl 21421  df-mopn 21422  df-top 22956  df-topon 22973  df-bases 23008  df-cmp 23449  df-ovol 25528  df-vol 25529  df-sumge0 46942  df-ovoln 47116

This theorem is referenced by:  ovncvrrp  47143