Users' Mathboxes Mathbox for Glauco Siliprandi < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >   Mathboxes  >  smfsup Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem smfsup 43432
Description: The supremum of a countable set of sigma-measurable functions is sigma-measurable. Proposition 121F (b) of [Fremlin1] p. 38 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021.)
Hypotheses
Ref Expression
smfsup.n 𝑛𝐹
smfsup.x 𝑥𝐹
smfsup.m (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
smfsup.z 𝑍 = (ℤ𝑀)
smfsup.s (𝜑𝑆 ∈ SAlg)
smfsup.f (𝜑𝐹:𝑍⟶(SMblFn‘𝑆))
smfsup.d 𝐷 = {𝑥 𝑛𝑍 dom (𝐹𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦}
smfsup.g 𝐺 = (𝑥𝐷 ↦ sup(ran (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑥)), ℝ, < ))
Assertion
Ref Expression
smfsup (𝜑𝐺 ∈ (SMblFn‘𝑆))
Distinct variable groups:   𝑦,𝐹   𝑛,𝑍,𝑥,𝑦
Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑦,𝑛)   𝐷(𝑥,𝑦,𝑛)   𝑆(𝑥,𝑦,𝑛)   𝐹(𝑥,𝑛)   𝐺(𝑥,𝑦,𝑛)   𝑀(𝑥,𝑦,𝑛)

Proof of Theorem smfsup
Dummy variables 𝑚 𝑤 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 smfsup.m . 2 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
2 smfsup.z . 2 𝑍 = (ℤ𝑀)
3 smfsup.s . 2 (𝜑𝑆 ∈ SAlg)
4 smfsup.f . 2 (𝜑𝐹:𝑍⟶(SMblFn‘𝑆))
5 smfsup.d . . 3 𝐷 = {𝑥 𝑛𝑍 dom (𝐹𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦}
6 nfcv 2958 . . . 4 𝑤 𝑛𝑍 dom (𝐹𝑛)
7 nfcv 2958 . . . . 5 𝑥𝑍
8 smfsup.x . . . . . . 7 𝑥𝐹
9 nfcv 2958 . . . . . . 7 𝑥𝑚
108, 9nffv 6659 . . . . . 6 𝑥(𝐹𝑚)
1110nfdm 5791 . . . . 5 𝑥dom (𝐹𝑚)
127, 11nfiin 4915 . . . 4 𝑥 𝑚𝑍 dom (𝐹𝑚)
13 nfv 1915 . . . 4 𝑤𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦
14 nfcv 2958 . . . . 5 𝑥
15 nfcv 2958 . . . . . . . 8 𝑥𝑤
1610, 15nffv 6659 . . . . . . 7 𝑥((𝐹𝑚)‘𝑤)
17 nfcv 2958 . . . . . . 7 𝑥
18 nfcv 2958 . . . . . . 7 𝑥𝑧
1916, 17, 18nfbr 5080 . . . . . 6 𝑥((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑧
207, 19nfralw 3192 . . . . 5 𝑥𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑧
2114, 20nfrex 3271 . . . 4 𝑥𝑧 ∈ ℝ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑧
22 nfcv 2958 . . . . . 6 𝑚dom (𝐹𝑛)
23 smfsup.n . . . . . . . 8 𝑛𝐹
24 nfcv 2958 . . . . . . . 8 𝑛𝑚
2523, 24nffv 6659 . . . . . . 7 𝑛(𝐹𝑚)
2625nfdm 5791 . . . . . 6 𝑛dom (𝐹𝑚)
27 fveq2 6649 . . . . . . 7 (𝑛 = 𝑚 → (𝐹𝑛) = (𝐹𝑚))
2827dmeqd 5742 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑚 → dom (𝐹𝑛) = dom (𝐹𝑚))
2922, 26, 28cbviin 4927 . . . . 5 𝑛𝑍 dom (𝐹𝑛) = 𝑚𝑍 dom (𝐹𝑚)
3029a1i 11 . . . 4 (𝑥 = 𝑤 𝑛𝑍 dom (𝐹𝑛) = 𝑚𝑍 dom (𝐹𝑚))
31 fveq2 6649 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑤 → ((𝐹𝑛)‘𝑥) = ((𝐹𝑛)‘𝑤))
3231breq1d 5043 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑤 → (((𝐹𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 ↔ ((𝐹𝑛)‘𝑤) ≤ 𝑦))
3332ralbidv 3165 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑤 → (∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑤) ≤ 𝑦))
34 nfv 1915 . . . . . . . . 9 𝑚((𝐹𝑛)‘𝑤) ≤ 𝑦
35 nfcv 2958 . . . . . . . . . . 11 𝑛𝑤
3625, 35nffv 6659 . . . . . . . . . 10 𝑛((𝐹𝑚)‘𝑤)
37 nfcv 2958 . . . . . . . . . 10 𝑛
38 nfcv 2958 . . . . . . . . . 10 𝑛𝑦
3936, 37, 38nfbr 5080 . . . . . . . . 9 𝑛((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑦
4027fveq1d 6651 . . . . . . . . . 10 (𝑛 = 𝑚 → ((𝐹𝑛)‘𝑤) = ((𝐹𝑚)‘𝑤))
4140breq1d 5043 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑚 → (((𝐹𝑛)‘𝑤) ≤ 𝑦 ↔ ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑦))
4234, 39, 41cbvralw 3390 . . . . . . . 8 (∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑤) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑦)
4342a1i 11 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑤 → (∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑤) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑦))
4433, 43bitrd 282 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑤 → (∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑦))
4544rexbidv 3259 . . . . 5 (𝑥 = 𝑤 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑦))
46 breq2 5037 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑧 → (((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑦 ↔ ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑧))
4746ralbidv 3165 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑧 → (∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑦 ↔ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑧))
4847cbvrexvw 3400 . . . . . 6 (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑦 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑧)
4948a1i 11 . . . . 5 (𝑥 = 𝑤 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑦 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑧))
5045, 49bitrd 282 . . . 4 (𝑥 = 𝑤 → (∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦 ↔ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑧))
516, 12, 13, 21, 30, 50cbvrabcsfw 3872 . . 3 {𝑥 𝑛𝑍 dom (𝐹𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦} = {𝑤 𝑚𝑍 dom (𝐹𝑚) ∣ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑧}
525, 51eqtri 2824 . 2 𝐷 = {𝑤 𝑚𝑍 dom (𝐹𝑚) ∣ ∃𝑧 ∈ ℝ ∀𝑚𝑍 ((𝐹𝑚)‘𝑤) ≤ 𝑧}
53 smfsup.g . . 3 𝐺 = (𝑥𝐷 ↦ sup(ran (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑥)), ℝ, < ))
54 nfrab1 3340 . . . . 5 𝑥{𝑥 𝑛𝑍 dom (𝐹𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛𝑍 ((𝐹𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦}
555, 54nfcxfr 2956 . . . 4 𝑥𝐷
56 nfcv 2958 . . . 4 𝑤𝐷
57 nfcv 2958 . . . 4 𝑤sup(ran (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑥)), ℝ, < )
587, 16nfmpt 5130 . . . . . 6 𝑥(𝑚𝑍 ↦ ((𝐹𝑚)‘𝑤))
5958nfrn 5792 . . . . 5 𝑥ran (𝑚𝑍 ↦ ((𝐹𝑚)‘𝑤))
60 nfcv 2958 . . . . 5 𝑥 <
6159, 14, 60nfsup 8903 . . . 4 𝑥sup(ran (𝑚𝑍 ↦ ((𝐹𝑚)‘𝑤)), ℝ, < )
6231mpteq2dv 5129 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑤 → (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑥)) = (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑤)))
63 nfcv 2958 . . . . . . . . 9 𝑚((𝐹𝑛)‘𝑤)
6463, 36, 40cbvmpt 5134 . . . . . . . 8 (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑤)) = (𝑚𝑍 ↦ ((𝐹𝑚)‘𝑤))
6564a1i 11 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑤 → (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑤)) = (𝑚𝑍 ↦ ((𝐹𝑚)‘𝑤)))
6662, 65eqtrd 2836 . . . . . 6 (𝑥 = 𝑤 → (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑥)) = (𝑚𝑍 ↦ ((𝐹𝑚)‘𝑤)))
6766rneqd 5776 . . . . 5 (𝑥 = 𝑤 → ran (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑥)) = ran (𝑚𝑍 ↦ ((𝐹𝑚)‘𝑤)))
6867supeq1d 8898 . . . 4 (𝑥 = 𝑤 → sup(ran (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑥)), ℝ, < ) = sup(ran (𝑚𝑍 ↦ ((𝐹𝑚)‘𝑤)), ℝ, < ))
6955, 56, 57, 61, 68cbvmptf 5132 . . 3 (𝑥𝐷 ↦ sup(ran (𝑛𝑍 ↦ ((𝐹𝑛)‘𝑥)), ℝ, < )) = (𝑤𝐷 ↦ sup(ran (𝑚𝑍 ↦ ((𝐹𝑚)‘𝑤)), ℝ, < ))
7053, 69eqtri 2824 . 2 𝐺 = (𝑤𝐷 ↦ sup(ran (𝑚𝑍 ↦ ((𝐹𝑚)‘𝑤)), ℝ, < ))
711, 2, 3, 4, 52, 70smfsuplem3 43431 1 (𝜑𝐺 ∈ (SMblFn‘𝑆))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 209   = wceq 1538  wcel 2112  wnfc 2939  wral 3109  wrex 3110  {crab 3113   ciin 4885   class class class wbr 5033  cmpt 5113  dom cdm 5523  ran crn 5524  wf 6324  cfv 6328  supcsup 8892  cr 10529   < clt 10668  cle 10669  cz 11973  cuz 12235  SAlgcsalg 42937  SMblFncsmblfn 43321
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1797  ax-4 1811  ax-5 1911  ax-6 1970  ax-7 2015  ax-8 2114  ax-9 2122  ax-10 2143  ax-11 2159  ax-12 2176  ax-ext 2773  ax-rep 5157  ax-sep 5170  ax-nul 5177  ax-pow 5234  ax-pr 5298  ax-un 7445  ax-inf2 9092  ax-cc 9850  ax-ac2 9878  ax-cnex 10586  ax-resscn 10587  ax-1cn 10588  ax-icn 10589  ax-addcl 10590  ax-addrcl 10591  ax-mulcl 10592  ax-mulrcl 10593  ax-mulcom 10594  ax-addass 10595  ax-mulass 10596  ax-distr 10597  ax-i2m1 10598  ax-1ne0 10599  ax-1rid 10600  ax-rnegex 10601  ax-rrecex 10602  ax-cnre 10603  ax-pre-lttri 10604  ax-pre-lttrn 10605  ax-pre-ltadd 10606  ax-pre-mulgt0 10607  ax-pre-sup 10608
This theorem depends on definitions:  df-bi 210  df-an 400  df-or 845  df-3or 1085  df-3an 1086  df-tru 1541  df-ex 1782  df-nf 1786  df-sb 2070  df-mo 2601  df-eu 2632  df-clab 2780  df-cleq 2794  df-clel 2873  df-nfc 2941  df-ne 2991  df-nel 3095  df-ral 3114  df-rex 3115  df-reu 3116  df-rmo 3117  df-rab 3118  df-v 3446  df-sbc 3724  df-csb 3832  df-dif 3887  df-un 3889  df-in 3891  df-ss 3901  df-pss 3903  df-nul 4247  df-if 4429  df-pw 4502  df-sn 4529  df-pr 4531  df-tp 4533  df-op 4535  df-uni 4804  df-int 4842  df-iun 4886  df-iin 4887  df-br 5034  df-opab 5096  df-mpt 5114  df-tr 5140  df-id 5428  df-eprel 5433  df-po 5442  df-so 5443  df-fr 5482  df-se 5483  df-we 5484  df-xp 5529  df-rel 5530  df-cnv 5531  df-co 5532  df-dm 5533  df-rn 5534  df-res 5535  df-ima 5536  df-pred 6120  df-ord 6166  df-on 6167  df-lim 6168  df-suc 6169  df-iota 6287  df-fun 6330  df-fn 6331  df-f 6332  df-f1 6333  df-fo 6334  df-f1o 6335  df-fv 6336  df-isom 6337  df-riota 7097  df-ov 7142  df-oprab 7143  df-mpo 7144  df-om 7565  df-1st 7675  df-2nd 7676  df-wrecs 7934  df-recs 7995  df-rdg 8033  df-1o 8089  df-oadd 8093  df-omul 8094  df-er 8276  df-map 8395  df-pm 8396  df-en 8497  df-dom 8498  df-sdom 8499  df-fin 8500  df-sup 8894  df-inf 8895  df-oi 8962  df-card 9356  df-acn 9359  df-ac 9531  df-pnf 10670  df-mnf 10671  df-xr 10672  df-ltxr 10673  df-le 10674  df-sub 10865  df-neg 10866  df-div 11291  df-nn 11630  df-n0 11890  df-z 11974  df-uz 12236  df-q 12341  df-rp 12382  df-ioo 12734  df-ioc 12735  df-ico 12736  df-fl 13161  df-rest 16691  df-topgen 16712  df-top 21502  df-bases 21554  df-salg 42938  df-salgen 42942  df-smblfn 43322
This theorem is referenced by:  smfsupmpt  43433  smfsupxr  43434
  Copyright terms: Public domain W3C validator