Theorem sge0hsphoire 47323

Description: If the generalized sum of dimensional volumes of n-dimensional half-open intervals is finite, then the sum stays finite if every half-open interval is intersected with a half-space. (Contributed by Glauco Siliprandi, 21-Nov-2020.)

Hypotheses

Ref	Expression
sge0hsphoire.l	⊢ 𝐿 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (𝑎 ∈ (ℝ ↑m 𝑥), 𝑏 ∈ (ℝ ↑m 𝑥) ↦ if(𝑥 = ∅, 0, ∏𝑘 ∈ 𝑥 (vol‘((𝑎‘𝑘)[,)(𝑏‘𝑘))))))
sge0hsphoire.f	⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ Fin)
sge0hsphoire.z	⊢ (𝜑 → 𝑍 ∈ (𝑊 ∖ 𝑌))
sge0hsphoire.w	⊢ 𝑊 = (𝑌 ∪ {𝑍})
sge0hsphoire.c	⊢ (𝜑 → 𝐶:ℕ⟶(ℝ ↑m 𝑊))
sge0hsphoire.d	⊢ (𝜑 → 𝐷:ℕ⟶(ℝ ↑m 𝑊))
sge0hsphoire.r	⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)(𝐷‘𝑗)))) ∈ ℝ)
sge0hsphoire.h	⊢ 𝐻 = (𝑥 ∈ ℝ ↦ (𝑐 ∈ (ℝ ↑m 𝑊) ↦ (𝑗 ∈ 𝑊 ↦ if(𝑗 ∈ 𝑌, (𝑐‘𝑗), if((𝑐‘𝑗) ≤ 𝑥, (𝑐‘𝑗), 𝑥)))))
sge0hsphoire.s	⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℝ)

Assertion

Ref	Expression
sge0hsphoire	⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))) ∈ ℝ)

Distinct variable groups:   𝐶,𝑎,𝑏,𝑘   𝐷,𝑎,𝑏,𝑘   𝐷,𝑐,𝑘   𝐻,𝑎,𝑏,𝑘   𝑆,𝑎,𝑏,𝑘,𝑥   𝑆,𝑐,𝑥   𝑊,𝑎,𝑏,𝑗,𝑘,𝑥   𝑊,𝑐,𝑗   𝑌,𝑐,𝑗,𝑥   𝑍,𝑐,𝑘,𝑥   𝜑,𝑎,𝑏,𝑗,𝑘,𝑥   𝜑,𝑐

Allowed substitution hints:   𝐶(𝑥,𝑗,𝑐)   𝐷(𝑥,𝑗)   𝑆(𝑗)   𝐻(𝑥,𝑗,𝑐)   𝐿(𝑥,𝑗,𝑘,𝑎,𝑏,𝑐)   𝑌(𝑘,𝑎,𝑏)   𝑍(𝑗,𝑎,𝑏)

Proof of Theorem sge0hsphoire

Dummy variable ℎ is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		nnex 12234	. . . 4 ⊢ ℕ ∈ V
2	1	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → ℕ ∈ V)
3		sge0hsphoire.l	. . . . . 6 ⊢ 𝐿 = (𝑥 ∈ Fin ↦ (𝑎 ∈ (ℝ ↑m 𝑥), 𝑏 ∈ (ℝ ↑m 𝑥) ↦ if(𝑥 = ∅, 0, ∏𝑘 ∈ 𝑥 (vol‘((𝑎‘𝑘)[,)(𝑏‘𝑘))))))
4		sge0hsphoire.w	. . . . . . . 8 ⊢ 𝑊 = (𝑌 ∪ {𝑍})
5		sge0hsphoire.f	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑌 ∈ Fin)
6		snfi 9036	. . . . . . . . . 10 ⊢ {𝑍} ∈ Fin
7	6	a1i 11	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → {𝑍} ∈ Fin)
8		unfi 9151	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑌 ∈ Fin ∧ {𝑍} ∈ Fin) → (𝑌 ∪ {𝑍}) ∈ Fin)
9	5, 7, 8	syl2anc 595	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → (𝑌 ∪ {𝑍}) ∈ Fin)
10	4, 9	eqeltrid 2867	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑊 ∈ Fin)
11	10	adantr 485	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑊 ∈ Fin)
12		sge0hsphoire.c	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝐶:ℕ⟶(ℝ ↑m 𝑊))
13	12	ffvelcdmda 7079	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐶‘𝑗) ∈ (ℝ ↑m 𝑊))
14		elmapi 8842	. . . . . . 7 ⊢ ((𝐶‘𝑗) ∈ (ℝ ↑m 𝑊) → (𝐶‘𝑗):𝑊⟶ℝ)
15	13, 14	syl 18	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐶‘𝑗):𝑊⟶ℝ)
16		sge0hsphoire.h	. . . . . . . 8 ⊢ 𝐻 = (𝑥 ∈ ℝ ↦ (𝑐 ∈ (ℝ ↑m 𝑊) ↦ (𝑗 ∈ 𝑊 ↦ if(𝑗 ∈ 𝑌, (𝑐‘𝑗), if((𝑐‘𝑗) ≤ 𝑥, (𝑐‘𝑗), 𝑥)))))
17		eleq1w 2846	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑗 = ℎ → (𝑗 ∈ 𝑌 ↔ ℎ ∈ 𝑌))
18		fveq2 6881	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑗 = ℎ → (𝑐‘𝑗) = (𝑐‘ℎ))
19	18	breq1d 5119	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑗 = ℎ → ((𝑐‘𝑗) ≤ 𝑥 ↔ (𝑐‘ℎ) ≤ 𝑥))
20	19, 18	ifbieq1d 4512	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑗 = ℎ → if((𝑐‘𝑗) ≤ 𝑥, (𝑐‘𝑗), 𝑥) = if((𝑐‘ℎ) ≤ 𝑥, (𝑐‘ℎ), 𝑥))
21	17, 18, 20	ifbieq12d 4516	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑗 = ℎ → if(𝑗 ∈ 𝑌, (𝑐‘𝑗), if((𝑐‘𝑗) ≤ 𝑥, (𝑐‘𝑗), 𝑥)) = if(ℎ ∈ 𝑌, (𝑐‘ℎ), if((𝑐‘ℎ) ≤ 𝑥, (𝑐‘ℎ), 𝑥)))
22	21	cbvmptv 5215	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑗 ∈ 𝑊 ↦ if(𝑗 ∈ 𝑌, (𝑐‘𝑗), if((𝑐‘𝑗) ≤ 𝑥, (𝑐‘𝑗), 𝑥))) = (ℎ ∈ 𝑊 ↦ if(ℎ ∈ 𝑌, (𝑐‘ℎ), if((𝑐‘ℎ) ≤ 𝑥, (𝑐‘ℎ), 𝑥)))
23	22	mpteq2i 5207	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑐 ∈ (ℝ ↑m 𝑊) ↦ (𝑗 ∈ 𝑊 ↦ if(𝑗 ∈ 𝑌, (𝑐‘𝑗), if((𝑐‘𝑗) ≤ 𝑥, (𝑐‘𝑗), 𝑥)))) = (𝑐 ∈ (ℝ ↑m 𝑊) ↦ (ℎ ∈ 𝑊 ↦ if(ℎ ∈ 𝑌, (𝑐‘ℎ), if((𝑐‘ℎ) ≤ 𝑥, (𝑐‘ℎ), 𝑥))))
24	23	mpteq2i 5207	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ ↦ (𝑐 ∈ (ℝ ↑m 𝑊) ↦ (𝑗 ∈ 𝑊 ↦ if(𝑗 ∈ 𝑌, (𝑐‘𝑗), if((𝑐‘𝑗) ≤ 𝑥, (𝑐‘𝑗), 𝑥))))) = (𝑥 ∈ ℝ ↦ (𝑐 ∈ (ℝ ↑m 𝑊) ↦ (ℎ ∈ 𝑊 ↦ if(ℎ ∈ 𝑌, (𝑐‘ℎ), if((𝑐‘ℎ) ≤ 𝑥, (𝑐‘ℎ), 𝑥)))))
25	16, 24	eqtri 2786	. . . . . . 7 ⊢ 𝐻 = (𝑥 ∈ ℝ ↦ (𝑐 ∈ (ℝ ↑m 𝑊) ↦ (ℎ ∈ 𝑊 ↦ if(ℎ ∈ 𝑌, (𝑐‘ℎ), if((𝑐‘ℎ) ≤ 𝑥, (𝑐‘ℎ), 𝑥)))))
26		sge0hsphoire.s	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℝ)
27	26	adantr 485	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑆 ∈ ℝ)
28		sge0hsphoire.d	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝐷:ℕ⟶(ℝ ↑m 𝑊))
29	28	ffvelcdmda 7079	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐷‘𝑗) ∈ (ℝ ↑m 𝑊))
30		elmapi 8842	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝐷‘𝑗) ∈ (ℝ ↑m 𝑊) → (𝐷‘𝑗):𝑊⟶ℝ)
31	29, 30	syl 18	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → (𝐷‘𝑗):𝑊⟶ℝ)
32	25, 27, 11, 31	hsphoif 47310	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗)):𝑊⟶ℝ)
33	3, 11, 15, 32	hoidmvcl 47316	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))) ∈ (0[,)+∞))
34		eqid 2763	. . . . 5 ⊢ (𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗)))) = (𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))
35	33, 34	fmptd 7109	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗)))):ℕ⟶(0[,)+∞))
36		icossicc 13458	. . . . 5 ⊢ (0[,)+∞) ⊆ (0[,]+∞)
37	36	a1i 11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (0[,)+∞) ⊆ (0[,]+∞))
38	35, 37	fssd 6723	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗)))):ℕ⟶(0[,]+∞))
39	2, 38	sge0cl 47115	. 2 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))) ∈ (0[,]+∞))
40	2, 38	sge0xrcl 47119	. . 3 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))) ∈ ℝ*)
41		pnfxr 11258	. . . 4 ⊢ +∞ ∈ ℝ*
42	41	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → +∞ ∈ ℝ*)
43		sge0hsphoire.r	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)(𝐷‘𝑗)))) ∈ ℝ)
44	43	rexrd 11254	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)(𝐷‘𝑗)))) ∈ ℝ*)
45		nfv 1944	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑗𝜑
46	36, 33	sselid 3935	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))) ∈ (0[,]+∞))
47	3, 11, 15, 31	hoidmvcl 47316	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)(𝐷‘𝑗)) ∈ (0[,)+∞))
48	36, 47	sselid 3935	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)(𝐷‘𝑗)) ∈ (0[,]+∞))
49		sge0hsphoire.z	. . . . . . 7 ⊢ (𝜑 → 𝑍 ∈ (𝑊 ∖ 𝑌))
50	49	adantr 485	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → 𝑍 ∈ (𝑊 ∖ 𝑌))
51	3, 11, 50, 4, 27, 25, 15, 31	hsphoidmvle 47320	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑗 ∈ ℕ) → ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))) ≤ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)(𝐷‘𝑗)))
52	45, 2, 46, 48, 51	sge0lempt 47144	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))) ≤ (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)(𝐷‘𝑗)))))
53	43	ltpnfd 13141	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)(𝐷‘𝑗)))) < +∞)
54	40, 44, 42, 52, 53	xrlelttrd 13180	. . 3 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))) < +∞)
55	40, 42, 54	xrltned 46093	. 2 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))) ≠ +∞)
56		ge0xrre 46267	. 2 ⊢ (((Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))) ∈ (0[,]+∞) ∧ (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))) ≠ +∞) → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))) ∈ ℝ)
57	39, 55, 56	syl2anc 595	1 ⊢ (𝜑 → (Σ^‘(𝑗 ∈ ℕ ↦ ((𝐶‘𝑗)(𝐿‘𝑊)((𝐻‘𝑆)‘(𝐷‘𝑗))))) ∈ ℝ)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 400   = wceq 1570   ∈ wcel 2143   ≠ wne 2958  Vcvv 3455   ∖ cdif 3902   ∪ cun 3903   ⊆ wss 3905  ∅c0 4286  ifcif 4487  {csn 4589   class class class wbr 5109   ↦ cmpt 5192  ⟶wf 6532  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410   ∈ cmpo 7412   ↑_m cmap 8820  Fincfn 8939  ℝcr 11094  0cc0 11095  +∞cpnf 11235  ℝ^*cxr 11237   ≤ cle 11239  ℕcn 12228  [,)cico 13369  [,]cicc 13370  ∏cprod 15953  volcvol 25622  Σ^{^}csumge0 47096

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1825  ax-4 1839  ax-5 1940  ax-6 1997  ax-7 2038  ax-8 2145  ax-9 2153  ax-10 2176  ax-11 2192  ax-12 2213  ax-ext 2735  ax-rep 5238  ax-sep 5257  ax-nul 5269  ax-pow 5336  ax-pr 5404  ax-un 7732  ax-inf2 9606  ax-cnex 11151  ax-resscn 11152  ax-1cn 11153  ax-icn 11154  ax-addcl 11155  ax-addrcl 11156  ax-mulcl 11157  ax-mulrcl 11158  ax-mulcom 11159  ax-addass 11160  ax-mulass 11161  ax-distr 11162  ax-i2m1 11163  ax-1ne0 11164  ax-1rid 11165  ax-rnegex 11166  ax-rrecex 11167  ax-cnre 11168  ax-pre-lttri 11169  ax-pre-lttrn 11170  ax-pre-ltadd 11171  ax-pre-mulgt0 11172  ax-pre-sup 11173

This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 401  df-or 861  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1810  df-nf 1814  df-sb 2097  df-mo 2567  df-eu 2597  df-clab 2742  df-cleq 2755  df-clel 2838  df-nfc 2912  df-ne 2959  df-nel 3065  df-ral 3080  df-rex 3090  df-rmo 3369  df-reu 3370  df-rab 3417  df-v 3457  df-sbc 3745  df-csb 3854  df-dif 3908  df-un 3910  df-in 3912  df-ss 3922  df-pss 3925  df-nul 4287  df-if 4488  df-pw 4564  df-sn 4590  df-pr 4592  df-op 4596  df-uni 4873  df-int 4913  df-iun 4958  df-br 5110  df-opab 5174  df-mpt 5193  df-tr 5219  df-id 5556  df-eprel 5561  df-po 5569  df-so 5570  df-fr 5614  df-se 5615  df-we 5616  df-xp 5667  df-rel 5668  df-cnv 5669  df-co 5670  df-dm 5671  df-rn 5672  df-res 5673  df-ima 5674  df-pred 6302  df-ord 6363  df-on 6364  df-lim 6365  df-suc 6366  df-iota 6492  df-fun 6538  df-fn 6539  df-f 6540  df-f1 6541  df-fo 6542  df-f1o 6543  df-fv 6544  df-isom 6545  df-riota 7367  df-ov 7413  df-oprab 7414  df-mpo 7415  df-of 7674  df-om 7859  df-1st 7982  df-2nd 7983  df-frecs 8274  df-wrecs 8305  df-recs 8354  df-rdg 8393  df-1o 8449  df-2o 8450  df-er 8690  df-map 8822  df-pm 8823  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-fi 9367  df-sup 9398  df-inf 9399  df-oi 9468  df-dju 9883  df-card 9921  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-div 11867  df-nn 12229  df-2 12298  df-3 12299  df-n0 12500  df-z 12587  df-uz 12858  df-q 12968  df-rp 13012  df-xneg 13132  df-xadd 13133  df-xmul 13134  df-ioo 13371  df-ico 13373  df-icc 13374  df-fz 13531  df-fzo 13679  df-fl 13821  df-seq 14034  df-exp 14094  df-hash 14363  df-cj 15146  df-re 15147  df-im 15148  df-sqrt 15282  df-abs 15283  df-clim 15535  df-rlim 15536  df-sum 15734  df-prod 15954  df-rest 17470  df-topgen 17491  df-psmet 21514  df-xmet 21515  df-met 21516  df-bl 21517  df-mopn 21518  df-top 23051  df-topon 23068  df-bases 23103  df-cmp 23544  df-ovol 25623  df-vol 25624  df-sumge0 47097

This theorem is referenced by:  hoidmvlelem1  47329  hoidmvlelem2  47330