Theorem stoweidlem21 45980

Description: Once the Stone Weierstrass theorem has been proven for approximating nonnegative functions, then this lemma is used to extend the result to functions with (possibly) negative values. (Contributed by Glauco Siliprandi, 20-Apr-2017.)

Hypotheses

Ref	Expression
stoweidlem21.1	⊢ Ⅎ𝑡𝐺
stoweidlem21.2	⊢ Ⅎ𝑡𝐻
stoweidlem21.3	⊢ Ⅎ𝑡𝑆
stoweidlem21.4	⊢ Ⅎ𝑡𝜑
stoweidlem21.5	⊢ 𝐺 = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + 𝑆))
stoweidlem21.6	⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇⟶ℝ)
stoweidlem21.7	⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℝ)
stoweidlem21.8	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑓 ∈ 𝐴 ∧ 𝑔 ∈ 𝐴) → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝑓‘𝑡) + (𝑔‘𝑡))) ∈ 𝐴)
stoweidlem21.9	⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) ∈ 𝐴)
stoweidlem21.10	⊢ (𝜑 → ∀𝑓 ∈ 𝐴 𝑓:𝑇⟶ℝ)
stoweidlem21.11	⊢ (𝜑 → 𝐻 ∈ 𝐴)
stoweidlem21.12	⊢ (𝜑 → ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆))) < 𝐸)

Assertion

Ref	Expression
stoweidlem21	⊢ (𝜑 → ∃𝑓 ∈ 𝐴 ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)

Distinct variable groups:   𝑓,𝑔,𝑡,𝑇   𝐴,𝑓,𝑔   𝑓,𝐸,𝑔   𝑓,𝐹,𝑔   𝑓,𝐺,𝑔   𝑓,𝐻,𝑔   𝜑,𝑓,𝑔   𝑆,𝑔   𝑥,𝑡,𝑇   𝑥,𝐴   𝑥,𝑆   𝜑,𝑥

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑡)   𝐴(𝑡)   𝑆(𝑡,𝑓)   𝐸(𝑥,𝑡)   𝐹(𝑥,𝑡)   𝐺(𝑥,𝑡)   𝐻(𝑥,𝑡)

Proof of Theorem stoweidlem21

Dummy variable 𝑠 is distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		stoweidlem21.5	. . . 4 ⊢ 𝐺 = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + 𝑆))
2		stoweidlem21.4	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑡𝜑
3		stoweidlem21.7	. . . . . . . 8 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℝ)
4		fvconst2g 7190	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑆 ∈ ℝ ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡) = 𝑆)
5	3, 4	sylan 580	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡) = 𝑆)
6	5	eqcomd 2740	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 = ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))
7	6	oveq2d 7415	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) = ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡)))
8	2, 7	mpteq2da 5210	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + 𝑆)) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))))
9	1, 8	eqtrid 2781	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐺 = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))))
10		stoweidlem21.11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐻 ∈ 𝐴)
11		fconstmpt 5713	. . . . . 6 ⊢ (𝑇 × {𝑆}) = (𝑠 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆)
12		stoweidlem21.3	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑡𝑆
13		nfcv 2897	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑠𝑆
14		eqidd 2735	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → 𝑆 = 𝑆)
15	12, 13, 14	cbvmpt 5220	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆)
16	11, 15	eqtri 2757	. . . . 5 ⊢ (𝑇 × {𝑆}) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆)
17	12	nfeq2 2915	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑡 𝑥 = 𝑆
18		simpl 482	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 = 𝑆 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑥 = 𝑆)
19	17, 18	mpteq2da 5210	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑆 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆))
20	19	eleq1d 2818	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑆 → ((𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) ∈ 𝐴 ↔ (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) ∈ 𝐴))
21	20	imbi2d 340	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑆 → ((𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) ∈ 𝐴) ↔ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) ∈ 𝐴)))
22		stoweidlem21.9	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑥 ∈ ℝ) → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) ∈ 𝐴)
23	22	expcom 413	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) ∈ 𝐴))
24	21, 23	vtoclga 3554	. . . . . 6 ⊢ (𝑆 ∈ ℝ → (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) ∈ 𝐴))
25	3, 24	mpcom 38	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) ∈ 𝐴)
26	16, 25	eqeltrid 2837	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑇 × {𝑆}) ∈ 𝐴)
27		stoweidlem21.8	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑓 ∈ 𝐴 ∧ 𝑔 ∈ 𝐴) → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝑓‘𝑡) + (𝑔‘𝑡))) ∈ 𝐴)
28		stoweidlem21.2	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑡𝐻
29		nfcv 2897	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑡𝑇
30	12	nfsn 4680	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑡{𝑆}
31	29, 30	nfxp 5684	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑡(𝑇 × {𝑆})
32	27, 28, 31	stoweidlem8 45967	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐻 ∈ 𝐴 ∧ (𝑇 × {𝑆}) ∈ 𝐴) → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))) ∈ 𝐴)
33	10, 26, 32	mpd3an23 1464	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))) ∈ 𝐴)
34	9, 33	eqeltrd 2833	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝐴)
35		simpr 484	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑡 ∈ 𝑇)
36		stoweidlem21.10	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → ∀𝑓 ∈ 𝐴 𝑓:𝑇⟶ℝ)
37		feq1 6682	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑓 = 𝐻 → (𝑓:𝑇⟶ℝ ↔ 𝐻:𝑇⟶ℝ))
38	37	rspccva 3598	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((∀𝑓 ∈ 𝐴 𝑓:𝑇⟶ℝ ∧ 𝐻 ∈ 𝐴) → 𝐻:𝑇⟶ℝ)
39	36, 10, 38	syl2anc 584	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐻:𝑇⟶ℝ)
40	39	ffvelcdmda 7070	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐻‘𝑡) ∈ ℝ)
41	3	adantr 480	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 ∈ ℝ)
42	40, 41	readdcld 11256	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) ∈ ℝ)
43	1	fvmpt2 6993	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑡 ∈ 𝑇 ∧ ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) ∈ ℝ) → (𝐺‘𝑡) = ((𝐻‘𝑡) + 𝑆))
44	35, 42, 43	syl2anc 584	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐺‘𝑡) = ((𝐻‘𝑡) + 𝑆))
45	44	oveq1d 7414	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = (((𝐻‘𝑡) + 𝑆) − (𝐹‘𝑡)))
46	40	recnd 11255	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐻‘𝑡) ∈ ℂ)
47		stoweidlem21.6	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇⟶ℝ)
48	47	ffvelcdmda 7070	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑡) ∈ ℝ)
49	48	recnd 11255	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑡) ∈ ℂ)
50	3	recnd 11255	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℂ)
51	50	adantr 480	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 ∈ ℂ)
52	46, 49, 51	subsub3d 11616	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆)) = (((𝐻‘𝑡) + 𝑆) − (𝐹‘𝑡)))
53	45, 52	eqtr4d 2772	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = ((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆)))
54	53	fveq2d 6876	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) = (abs‘((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆))))
55		stoweidlem21.12	. . . . . 6 ⊢ (𝜑 → ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆))) < 𝐸)
56	55	r19.21bi 3232	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (abs‘((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆))) < 𝐸)
57	54, 56	eqbrtrd 5138	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)
58	57	ex 412	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 → (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸))
59	2, 58	ralrimi 3238	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)
60		stoweidlem21.1	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑡𝐺
61	60	nfeq2 2915	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑡 𝑓 = 𝐺
62		fveq1 6871	. . . . . . 7 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (𝑓‘𝑡) = (𝐺‘𝑡))
63	62	oveq1d 7414	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → ((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)))
64	63	fveq2d 6876	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) = (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))))
65	64	breq1d 5126	. . . 4 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → ((abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸 ↔ (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸))
66	61, 65	ralbid 3253	. . 3 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸 ↔ ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸))
67	66	rspcev 3599	. 2 ⊢ ((𝐺 ∈ 𝐴 ∧ ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸) → ∃𝑓 ∈ 𝐴 ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)
68	34, 59, 67	syl2anc 584	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑓 ∈ 𝐴 ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 395   ∧ w3a 1086   = wceq 1539  Ⅎwnf 1782   ∈ wcel 2107  Ⅎwnfc 2882  ∀wral 3050  ∃wrex 3059  {csn 4599   class class class wbr 5116   ↦ cmpt 5198   × cxp 5649  ⟶wf 6523  ‘cfv 6527  (class class class)co 7399  ℂcc 11119  ℝcr 11120   + caddc 11124   < clt 11261   − cmin 11458  abscabs 15240

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1794  ax-4 1808  ax-5 1909  ax-6 1966  ax-7 2006  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2140  ax-11 2156  ax-12 2176  ax-ext 2706  ax-sep 5263  ax-nul 5273  ax-pow 5332  ax-pr 5399  ax-un 7723  ax-resscn 11178  ax-1cn 11179  ax-icn 11180  ax-addcl 11181  ax-addrcl 11182  ax-mulcl 11183  ax-mulrcl 11184  ax-mulcom 11185  ax-addass 11186  ax-mulass 11187  ax-distr 11188  ax-i2m1 11189  ax-1ne0 11190  ax-1rid 11191  ax-rnegex 11192  ax-rrecex 11193  ax-cnre 11194  ax-pre-lttri 11195  ax-pre-lttrn 11196  ax-pre-ltadd 11197

This theorem depends on definitions:  df-bi 207  df-an 396  df-or 848  df-3or 1087  df-3an 1088  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1779  df-nf 1783  df-sb 2064  df-mo 2538  df-eu 2567  df-clab 2713  df-cleq 2726  df-clel 2808  df-nfc 2884  df-ne 2932  df-nel 3036  df-ral 3051  df-rex 3060  df-reu 3358  df-rab 3414  df-v 3459  df-sbc 3764  df-csb 3873  df-dif 3927  df-un 3929  df-in 3931  df-ss 3941  df-nul 4307  df-if 4499  df-pw 4575  df-sn 4600  df-pr 4602  df-op 4606  df-uni 4881  df-br 5117  df-opab 5179  df-mpt 5199  df-id 5545  df-po 5558  df-so 5559  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-iota 6480  df-fun 6529  df-fn 6530  df-f 6531  df-f1 6532  df-fo 6533  df-f1o 6534  df-fv 6535  df-riota 7356  df-ov 7402  df-oprab 7403  df-mpo 7404  df-er 8713  df-en 8954  df-dom 8955  df-sdom 8956  df-pnf 11263  df-mnf 11264  df-ltxr 11266  df-sub 11460

This theorem is referenced by:  stoweidlem62  46021