Theorem ovolval5 47801

Description: The value of the Lebesgue outer measure for subsets of the reals, using covers of left-closed right-open intervals are used, instead of open intervals. (Contributed by Glauco Siliprandi, 3-Mar-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
ovolval5.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
ovolval5.m	⊢ 𝑀 = {𝑦 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ([,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ [,)) ∘ 𝑓)))}

Assertion

Ref	Expression
ovolval5	⊢ (𝜑 → (vol*‘𝐴) = inf(𝑀, ℝ*, < ))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑓,𝑦   𝑦,𝑀   𝜑,𝑦

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑓)   𝑀(𝑓)

Proof of Theorem ovolval5

Dummy variables 𝑔 𝑥 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ovolval5.a	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
2		eqeq1 2764	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)) ↔ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))))
3	2	anbi2d 642	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → ((𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ (𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))))
4	3	rexbidv 3186	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))))
5		coeq2 5837	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ((,) ∘ 𝑔) = ((,) ∘ 𝑓))
6	5	rneqd 5921	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ran ((,) ∘ 𝑔) = ran ((,) ∘ 𝑓))
7	6	unieqd 4879	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) = ∪ ran ((,) ∘ 𝑓))
8	7	sseq2d 3941	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → (𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ↔ 𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓)))
9		coeq2 5837	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔) = ((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))
10	9	fveq2d 6894	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)) = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))
11	10	eqeq2d 2771	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → (𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)) ↔ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))))
12	8, 11	anbi12d 644	. . . . . . 7 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ((𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ (𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
13	12	cbvrexvw 3241	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))))
14	13	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
15	4, 14	bitrd 282	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
16	15	cbvrabv 3422	. . 3 ⊢ {𝑥 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))} = {𝑦 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))}
17	1, 16	ovolval4 47797	. 2 ⊢ (𝜑 → (vol*‘𝐴) = inf({𝑥 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))}, ℝ*, < ))
18		ovolval5.m	. . . 4 ⊢ 𝑀 = {𝑦 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ([,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ [,)) ∘ 𝑓)))}
19	10	eqeq2d 2771	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → (𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)) ↔ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))))
20	8, 19	anbi12d 644	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ((𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ (𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
21	20	cbvrexvw 3241	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))))
22	21	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
23		eqeq1 2764	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)) ↔ 𝑧 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))))
24	23	anbi2d 642	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → ((𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))) ↔ (𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑧 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
25	24	rexbidv 3186	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑧 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
26	22, 25	bitrd 282	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑧 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
27	26	cbvrabv 3422	. . . 4 ⊢ {𝑥 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))} = {𝑧 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑧 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))}
28	18, 27	ovolval5lem3 47800	. . 3 ⊢ inf({𝑥 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))}, ℝ*, < ) = inf(𝑀, ℝ*, < )
29	28	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → inf({𝑥 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑m ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))}, ℝ*, < ) = inf(𝑀, ℝ*, < ))
30	17, 29	eqtrd 2795	1 ⊢ (𝜑 → (vol*‘𝐴) = inf(𝑀, ℝ*, < ))

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ↔ wb 209   ∧ wa 401   = wceq 1569  ∃wrex 3086  {crab 3412   ⊆ wss 3896  ∪ cuni 4866   × cxp 5649  ran crn 5652   ∘ ccom 5655  ‘cfv 6543  (class class class)co 7424   ↑_m cmap 8855  infcinf 9440  ℝcr 11206  ℝ^*cxr 11349   < clt 11350  ℕcn 12342  (,)cioo 13483  [,)cico 13485  vol*covol 25792  volcvol 25793  Σ^{^}csumge0 47508

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-rep 5231  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5327  ax-pr 5391  ax-un 7755  ax-inf2 9649  ax-cnex 11263  ax-resscn 11264  ax-1cn 11265  ax-icn 11266  ax-addcl 11267  ax-addrcl 11268  ax-mulcl 11269  ax-mulrcl 11270  ax-mulcom 11271  ax-addass 11272  ax-mulass 11273  ax-distr 11274  ax-i2m1 11275  ax-1ne0 11276  ax-1rid 11277  ax-rnegex 11278  ax-rrecex 11279  ax-cnre 11280  ax-pre-lttri 11281  ax-pre-lttrn 11282  ax-pre-ltadd 11283  ax-pre-mulgt0 11284  ax-pre-sup 11285

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  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 3739  df-csb 3848  df-ss 3897  df-pss 4013  df-dif 4046  df-in 4090  df-un 4150  df-nul 4278  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4835  df-uni 4867  df-int 4907  df-iun 4952  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-tr 5212  df-id 5546  df-eprel 5551  df-po 5559  df-so 5560  df-fr 5604  df-se 5605  df-we 5606  df-xp 5657  df-rel 5658  df-cnv 5659  df-co 5660  df-dm 5661  df-rn 5662  df-res 5663  df-ima 5664  df-pred 6307  df-ord 6368  df-on 6369  df-lim 6370  df-suc 6371  df-iota 6497  df-fun 6545  df-fn 6546  df-f 6547  df-f1 6548  df-fo 6549  df-f1o 6550  df-fv 6551  df-isom 6552  df-riota 7381  df-ov 7427  df-oprab 7428  df-mpo 7429  df-of 7697  df-om 7882  df-1st 8005  df-2nd 8006  df-frecs 8307  df-wrecs 8338  df-recs 8387  df-rdg 8426  df-1o 8484  df-2o 8485  df-er 8725  df-map 8857  df-pm 8858  df-en 8982  df-dom 8983  df-sdom 8984  df-fin 8985  df-fi 9410  df-sup 9441  df-inf 9442  df-oi 9511  df-dju 9989  df-card 10027  df-pnf 11352  df-mnf 11353  df-xr 11354  df-ltxr 11355  df-le 11356  df-sub 11550  df-neg 11551  df-div 11981  df-nn 12343  df-2 12412  df-3 12413  df-n0 12614  df-z 12701  df-uz 12973  df-q 13083  df-rp 13128  df-xneg 13248  df-xadd 13249  df-xmul 13250  df-ioo 13487  df-ico 13489  df-icc 13490  df-fz 13647  df-fzo 13796  df-fl 13939  df-seq 14152  df-exp 14212  df-hash 14482  df-cj 15275  df-re 15276  df-im 15277  df-sqrt 15411  df-abs 15412  df-clim 15664  df-rlim 15665  df-sum 15863  df-rest 17602  df-topgen 17623  df-psmet 21679  df-xmet 21680  df-met 21681  df-bl 21682  df-mopn 21683  df-top 23221  df-topon 23238  df-bases 23273  df-cmp 23714  df-ovol 25794  df-vol 25795  df-sumge0 47509

This theorem is used by:  ovnovollem3  47804