Theorem smfsupdmmbllem 47558

Description: If a countable set of sigma-measurable functions have domains in the sigma-algebra, then their supremum function has the domain in the sigma-algebra. This is the fourth statement of Proposition 121H of [Fremlin1] p. 39 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 24-Jan-2025.)

Hypotheses

Ref	Expression
smfsupdmmbllem.1	⊢ Ⅎ𝑛𝜑
smfsupdmmbllem.2	⊢ Ⅎ𝑥𝜑
smfsupdmmbllem.3	⊢ Ⅎ𝑚𝜑
smfsupdmmbllem.4	⊢ Ⅎ𝑥𝐹
smfsupdmmbllem.5	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
smfsupdmmbllem.6	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
smfsupdmmbllem.7	⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ SAlg)
smfsupdmmbllem.8	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶(SMblFn‘𝑆))
smfsupdmmbllem.9	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → dom (𝐹‘𝑛) ∈ 𝑆)
smfsupdmmbllem.10	⊢ 𝐷 = {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦}
smfsupdmmbllem.11	⊢ 𝐻 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
smfsupdmmbllem.12	⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝐷 ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ, < ))

Assertion

Ref	Expression
smfsupdmmbllem	⊢ (𝜑 → dom 𝐺 ∈ 𝑆)

Distinct variable groups:   𝐷,𝑚   𝑚,𝐹,𝑦   𝑦,𝐻   𝑆,𝑚,𝑛   𝑚,𝑍,𝑛,𝑥,𝑦   𝜑,𝑦

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑥,𝑚,𝑛)   𝐷(𝑥,𝑦,𝑛)   𝑆(𝑥,𝑦)   𝐹(𝑥,𝑛)   𝐺(𝑥,𝑦,𝑚,𝑛)   𝐻(𝑥,𝑚,𝑛)   𝑀(𝑥,𝑦,𝑚,𝑛)

Proof of Theorem smfsupdmmbllem

Step	Hyp	Ref	Expression
1		smfsupdmmbllem.1	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑛𝜑
2		smfsupdmmbllem.2	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑥𝜑
3		smfsupdmmbllem.3	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑚𝜑
4		smfsupdmmbllem.4	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑥𝐹
5		smfsupdmmbllem.7	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ SAlg)
6	5	adantr 485	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑆 ∈ SAlg)
7		smfsupdmmbllem.8	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶(SMblFn‘𝑆))
8	7	ffvelcdmda 7079	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛) ∈ (SMblFn‘𝑆))
9		eqid 2763	. . . . 5 ⊢ dom (𝐹‘𝑛) = dom (𝐹‘𝑛)
10	6, 8, 9	smff 47446	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛):dom (𝐹‘𝑛)⟶ℝ)
11	10	frexr 46100	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛):dom (𝐹‘𝑛)⟶ℝ*)
12		smfsupdmmbllem.10	. . 3 ⊢ 𝐷 = {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦}
13		smfsupdmmbllem.12	. . 3 ⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝐷 ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ, < ))
14		smfsupdmmbllem.11	. . 3 ⊢ 𝐻 = (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
15	1, 2, 3, 4, 11, 12, 13, 14	fsupdm2 47557	. 2 ⊢ (𝜑 → dom 𝐺 = ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚))
16		nfcv 2925	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑚𝑆
17		nfcv 2925	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑚ℕ
18		nnct 14013	. . . 4 ⊢ ℕ ≼ ω
19	18	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → ℕ ≼ ω)
20		nfv 1944	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑛 𝑚 ∈ ℕ
21	1, 20	nfan 1929	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ)
22		nfcv 2925	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑛𝑆
23		nfcv 2925	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑛𝑍
24	5	adantr 485	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑆 ∈ SAlg)
25		smfsupdmmbllem.6	. . . . . 6 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
26	25	uzct 45783	. . . . 5 ⊢ 𝑍 ≼ ω
27	26	a1i 11	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑍 ≼ ω)
28		smfsupdmmbllem.5	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
29	28, 25	uzn0d 46139	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝑍 ≠ ∅)
30	29	adantr 485	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → 𝑍 ≠ ∅)
31	24	adantr 485	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑆 ∈ SAlg)
32		smfsupdmmbllem.9	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → dom (𝐹‘𝑛) ∈ 𝑆)
33	32	adantlr 727	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → dom (𝐹‘𝑛) ∈ 𝑆)
34	31, 33	salrestss 47075	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝑆 ↾t dom (𝐹‘𝑛)) ⊆ 𝑆)
35		nfv 1944	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑚 𝑛 ∈ 𝑍
36	3, 35	nfan 1929	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑚(𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍)
37		nfcv 2925	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ Ⅎ𝑥𝑛
38	4, 37	nffv 6891	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑥(𝐹‘𝑛)
39	8	adantlr 727	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛) ∈ (SMblFn‘𝑆))
40		nnxr 45994	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ → 𝑚 ∈ ℝ*)
41	40	ad2antlr 739	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ ℝ*)
42	38, 31, 39, 9, 41	smfpimltxr 47461	. . . . . . . . . 10 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚} ∈ (𝑆 ↾t dom (𝐹‘𝑛)))
43	42	an32s 664	. . . . . . . . 9 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚} ∈ (𝑆 ↾t dom (𝐹‘𝑛)))
44	36, 43	fmptd2f 45950	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}):ℕ⟶(𝑆 ↾t dom (𝐹‘𝑛)))
45		simpr 489	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑛 ∈ 𝑍)
46		nnex 12234	. . . . . . . . . . 11 ⊢ ℕ ∈ V
47	46	mptex 7221	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}) ∈ V
48	14	fvmpt2 7001	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑛 ∈ 𝑍 ∧ (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}) ∈ V) → (𝐻‘𝑛) = (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
49	45, 47, 48	sylancl 597	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐻‘𝑛) = (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}))
50	49	feq1d 6687	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐻‘𝑛):ℕ⟶(𝑆 ↾t dom (𝐹‘𝑛)) ↔ (𝑚 ∈ ℕ ↦ {𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛) ∣ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) < 𝑚}):ℕ⟶(𝑆 ↾t dom (𝐹‘𝑛))))
51	44, 50	mpbird 260	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐻‘𝑛):ℕ⟶(𝑆 ↾t dom (𝐹‘𝑛)))
52	51	adantlr 727	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐻‘𝑛):ℕ⟶(𝑆 ↾t dom (𝐹‘𝑛)))
53		simplr 780	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑚 ∈ ℕ)
54	52, 53	ffvelcdmd 7080	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) ∈ (𝑆 ↾t dom (𝐹‘𝑛)))
55	34, 54	sseldd 3938	. . . 4 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) ∈ 𝑆)
56	21, 22, 23, 24, 27, 30, 55	saliinclf 47040	. . 3 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑚 ∈ ℕ) → ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) ∈ 𝑆)
57	3, 16, 17, 5, 19, 56	saliunclf 47036	. 2 ⊢ (𝜑 → ∪ 𝑚 ∈ ℕ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐻‘𝑛)‘𝑚) ∈ 𝑆)
58	15, 57	eqeltrd 2863	1 ⊢ (𝜑 → dom 𝐺 ∈ 𝑆)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 400   = wceq 1570  Ⅎwnf 1813   ∈ wcel 2143  Ⅎwnfc 2910   ≠ wne 2958  ∀wral 3079  ∃wrex 3089  {crab 3416  Vcvv 3455  ∅c0 4286  ∪ ciun 4956  ∩ ciin 4957   class class class wbr 5109   ↦ cmpt 5192  dom cdm 5661  ran crn 5662  ⟶wf 6532  ‘cfv 6536  (class class class)co 7410  ωcom 7858   ≼ cdom 8937  supcsup 9396  ℝcr 11094  ℝ^*cxr 11237   < clt 11238   ≤ cle 11239  ℕcn 12228  ℤcz 12586  ℤ_≥cuz 12857   ↾_t crest 17468  SAlgcsalg 47022  SMblFncsmblfn 47409

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-cc 10414  ax-ac2 10442  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-iin 4959  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-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-oadd 8453  df-omul 8454  df-er 8690  df-map 8822  df-pm 8823  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-sup 9398  df-oi 9468  df-card 9921  df-acn 9924  df-ac 10096  df-pnf 11240  df-mnf 11241  df-xr 11242  df-ltxr 11243  df-le 11244  df-sub 11438  df-neg 11439  df-nn 12229  df-n0 12500  df-z 12587  df-uz 12858  df-ioo 13371  df-ico 13373  df-rest 17470  df-salg 47023  df-smblfn 47410

This theorem is referenced by:  smfsupdmmbl  47559