Theorem smfsupxr 46798

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
smfsupxr.n	⊢ Ⅎ𝑛𝐹
smfsupxr.x	⊢ Ⅎ𝑥𝐹
smfsupxr.m	⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
smfsupxr.z	⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
smfsupxr.s	⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ SAlg)
smfsupxr.f	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶(SMblFn‘𝑆))
smfsupxr.d	⊢ 𝐷 = {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ}
smfsupxr.g	⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝐷 ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ))

Assertion

Ref	Expression
smfsupxr	⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ (SMblFn‘𝑆))

Distinct variable groups:   𝑛,𝑍,𝑥   𝜑,𝑛,𝑥

Allowed substitution hints:   𝐷(𝑥,𝑛)   𝑆(𝑥,𝑛)   𝐹(𝑥,𝑛)   𝐺(𝑥,𝑛)   𝑀(𝑥,𝑛)

Proof of Theorem smfsupxr

Dummy variable 𝑦 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		smfsupxr.g	. . . 4 ⊢ 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝐷 ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ))
2	1	a1i 11	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐺 = (𝑥 ∈ 𝐷 ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < )))
3		smfsupxr.d	. . . . . 6 ⊢ 𝐷 = {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ}
4	3	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → 𝐷 = {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ})
5		nfv 1914	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑛𝜑
6		nfcv 2891	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑛𝑥
7		nfii1 4982	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑛∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
8	6, 7	nfel 2906	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑛 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
9	5, 8	nfan 1899	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
10		smfsupxr.m	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑀 ∈ ℤ)
11		smfsupxr.z	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝑍 = (ℤ≥‘𝑀)
12	10, 11	uzn0d 45405	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑍 ≠ ∅)
13	12	adantr 480	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) → 𝑍 ≠ ∅)
14		smfsupxr.s	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ SAlg)
15	14	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑆 ∈ SAlg)
16		smfsupxr.f	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑍⟶(SMblFn‘𝑆))
17	16	ffvelcdmda 7022	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛) ∈ (SMblFn‘𝑆))
18		eqid 2729	. . . . . . . . . 10 ⊢ dom (𝐹‘𝑛) = dom (𝐹‘𝑛)
19	15, 17, 18	smff 46714	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛):dom (𝐹‘𝑛)⟶ℝ)
20	19	adantlr 715	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛):dom (𝐹‘𝑛)⟶ℝ)
21		eliinid 45089	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛))
22	21	adantll 714	. . . . . . . 8 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛))
23	20, 22	ffvelcdmd 7023	. . . . . . 7 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ∈ ℝ)
24	9, 13, 23	supxrre3rnmpt 45409	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)) → (sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦))
25	24	rabbidva 3403	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ} = {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦})
26	4, 25	eqtrd 2764	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐷 = {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦})
27		nfmpt1 5194	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ Ⅎ𝑛(𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥))
28	27	nfrn 5898	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑛ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥))
29		nfcv 2891	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑛ℝ*
30		nfcv 2891	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑛 <
31	28, 29, 30	nfsup 9360	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑛sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < )
32		nfcv 2891	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑛ℝ
33	31, 32	nfel 2906	. . . . . . . . 9 ⊢ Ⅎ𝑛sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ
34	33, 7	nfrabw 3434	. . . . . . . 8 ⊢ Ⅎ𝑛{𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ}
35	3, 34	nfcxfr 2889	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑛𝐷
36	6, 35	nfel 2906	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑛 𝑥 ∈ 𝐷
37	5, 36	nfan 1899	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑛(𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐷)
38	12	adantr 480	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐷) → 𝑍 ≠ ∅)
39	19	adantlr 715	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐷) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → (𝐹‘𝑛):dom (𝐹‘𝑛)⟶ℝ)
40		nfcv 2891	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ Ⅎ𝑥𝑍
41		smfsupxr.x	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ Ⅎ𝑥𝐹
42		nfcv 2891	. . . . . . . . . . . . . 14 ⊢ Ⅎ𝑥𝑛
43	41, 42	nffv 6836	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ Ⅎ𝑥(𝐹‘𝑛)
44	43	nfdm 5897	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ Ⅎ𝑥dom (𝐹‘𝑛)
45	40, 44	nfiin 4977	. . . . . . . . . . 11 ⊢ Ⅎ𝑥∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
46	45	ssrab2f 45095	. . . . . . . . . 10 ⊢ {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ} ⊆ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
47	3, 46	eqsstri 3984	. . . . . . . . 9 ⊢ 𝐷 ⊆ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛)
48		id 22	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐷 → 𝑥 ∈ 𝐷)
49	47, 48	sselid 3935	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐷 → 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
50	49, 21	sylan 580	. . . . . . 7 ⊢ ((𝑥 ∈ 𝐷 ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛))
51	50	adantll 714	. . . . . 6 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐷) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → 𝑥 ∈ dom (𝐹‘𝑛))
52	39, 51	ffvelcdmd 7023	. . . . 5 ⊢ (((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐷) ∧ 𝑛 ∈ 𝑍) → ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ∈ ℝ)
53	48, 3	eleqtrdi 2838	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐷 → 𝑥 ∈ {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ})
54		rabidim2 45080	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 ∈ {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ} → sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ)
55	53, 54	syl 17	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ 𝐷 → sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ)
56	55	adantl 481	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐷) → sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ)
57	49	adantl 481	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐷) → 𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛))
58	57, 24	syldan 591	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐷) → (sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) ∈ ℝ ↔ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦))
59	56, 58	mpbid 232	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐷) → ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦)
60	37, 38, 52, 59	supxrrernmpt 45401	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ 𝐷) → sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < ) = sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ, < ))
61	26, 60	mpteq12dva 5181	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ 𝐷 ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ*, < )) = (𝑥 ∈ {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦} ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ, < )))
62	2, 61	eqtrd 2764	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐺 = (𝑥 ∈ {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦} ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ, < )))
63		smfsupxr.n	. . 3 ⊢ Ⅎ𝑛𝐹
64		eqid 2729	. . 3 ⊢ {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦} = {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦}
65		eqid 2729	. . 3 ⊢ (𝑥 ∈ {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦} ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ, < )) = (𝑥 ∈ {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦} ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ, < ))
66	63, 41, 10, 11, 14, 16, 64, 65	smfsup 46796	. 2 ⊢ (𝜑 → (𝑥 ∈ {𝑥 ∈ ∩ 𝑛 ∈ 𝑍 dom (𝐹‘𝑛) ∣ ∃𝑦 ∈ ℝ ∀𝑛 ∈ 𝑍 ((𝐹‘𝑛)‘𝑥) ≤ 𝑦} ↦ sup(ran (𝑛 ∈ 𝑍 ↦ ((𝐹‘𝑛)‘𝑥)), ℝ, < )) ∈ (SMblFn‘𝑆))
67	62, 66	eqeltrd 2828	1 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ (SMblFn‘𝑆))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 206   ∧ wa 395   = wceq 1540   ∈ wcel 2109  Ⅎwnfc 2876   ≠ wne 2925  ∀wral 3044  ∃wrex 3053  {crab 3396  ∅c0 4286  ∩ ciin 4945   class class class wbr 5095   ↦ cmpt 5176  dom cdm 5623  ran crn 5624  ⟶wf 6482  ‘cfv 6486  supcsup 9349  ℝcr 11027  ℝ^*cxr 11167   < clt 11168   ≤ cle 11169  ℤcz 12489  ℤ_≥cuz 12753  SAlgcsalg 46290  SMblFncsmblfn 46677

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1795  ax-4 1809  ax-5 1910  ax-6 1967  ax-7 2008  ax-8 2111  ax-9 2119  ax-10 2142  ax-11 2158  ax-12 2178  ax-ext 2701  ax-rep 5221  ax-sep 5238  ax-nul 5248  ax-pow 5307  ax-pr 5374  ax-un 7675  ax-inf2 9556  ax-cc 10348  ax-ac2 10376  ax-cnex 11084  ax-resscn 11085  ax-1cn 11086  ax-icn 11087  ax-addcl 11088  ax-addrcl 11089  ax-mulcl 11090  ax-mulrcl 11091  ax-mulcom 11092  ax-addass 11093  ax-mulass 11094  ax-distr 11095  ax-i2m1 11096  ax-1ne0 11097  ax-1rid 11098  ax-rnegex 11099  ax-rrecex 11100  ax-cnre 11101  ax-pre-lttri 11102  ax-pre-lttrn 11103  ax-pre-ltadd 11104  ax-pre-mulgt0 11105  ax-pre-sup 11106

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1543  df-fal 1553  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2533  df-eu 2562  df-clab 2708  df-cleq 2721  df-clel 2803  df-nfc 2878  df-ne 2926  df-nel 3030  df-ral 3045  df-rex 3054  df-rmo 3345  df-reu 3346  df-rab 3397  df-v 3440  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 4479  df-pw 4555  df-sn 4580  df-pr 4582  df-op 4586  df-uni 4862  df-int 4900  df-iun 4946  df-iin 4947  df-br 5096  df-opab 5158  df-mpt 5177  df-tr 5203  df-id 5518  df-eprel 5523  df-po 5531  df-so 5532  df-fr 5576  df-se 5577  df-we 5578  df-xp 5629  df-rel 5630  df-cnv 5631  df-co 5632  df-dm 5633  df-rn 5634  df-res 5635  df-ima 5636  df-pred 6253  df-ord 6314  df-on 6315  df-lim 6316  df-suc 6317  df-iota 6442  df-fun 6488  df-fn 6489  df-f 6490  df-f1 6491  df-fo 6492  df-f1o 6493  df-fv 6494  df-isom 6495  df-riota 7310  df-ov 7356  df-oprab 7357  df-mpo 7358  df-om 7807  df-1st 7931  df-2nd 7932  df-frecs 8221  df-wrecs 8252  df-recs 8301  df-rdg 8339  df-1o 8395  df-2o 8396  df-oadd 8399  df-omul 8400  df-er 8632  df-map 8762  df-pm 8763  df-en 8880  df-dom 8881  df-sdom 8882  df-fin 8883  df-sup 9351  df-inf 9352  df-oi 9421  df-card 9854  df-acn 9857  df-ac 10029  df-pnf 11170  df-mnf 11171  df-xr 11172  df-ltxr 11173  df-le 11174  df-sub 11367  df-neg 11368  df-div 11796  df-nn 12147  df-n0 12403  df-z 12490  df-uz 12754  df-q 12868  df-rp 12912  df-ioo 13270  df-ioc 13271  df-ico 13272  df-fl 13714  df-rest 17344  df-topgen 17365  df-top 22797  df-bases 22849  df-salg 46291  df-salgen 46295  df-smblfn 46678

This theorem is referenced by:  smflimsuplem3  46804