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Theorem stoweidlem21 41179
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 𝑡𝐺
stoweidlem21.2 𝑡𝐻
stoweidlem21.3 𝑡𝑆
stoweidlem21.4 𝑡𝜑
stoweidlem21.5 𝐺 = (𝑡𝑇 ↦ ((𝐻𝑡) + 𝑆))
stoweidlem21.6 (𝜑𝐹:𝑇⟶ℝ)
stoweidlem21.7 (𝜑𝑆 ∈ ℝ)
stoweidlem21.8 ((𝜑𝑓𝐴𝑔𝐴) → (𝑡𝑇 ↦ ((𝑓𝑡) + (𝑔𝑡))) ∈ 𝐴)
stoweidlem21.9 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (𝑡𝑇𝑥) ∈ 𝐴)
stoweidlem21.10 (𝜑 → ∀𝑓𝐴 𝑓:𝑇⟶ℝ)
stoweidlem21.11 (𝜑𝐻𝐴)
stoweidlem21.12 (𝜑 → ∀𝑡𝑇 (abs‘((𝐻𝑡) − ((𝐹𝑡) − 𝑆))) < 𝐸)
Assertion
Ref Expression
stoweidlem21 (𝜑 → ∃𝑓𝐴𝑡𝑇 (abs‘((𝑓𝑡) − (𝐹𝑡))) < 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.
StepHypRef Expression
1 stoweidlem21.5 . . . 4 𝐺 = (𝑡𝑇 ↦ ((𝐻𝑡) + 𝑆))
2 stoweidlem21.4 . . . . 5 𝑡𝜑
3 stoweidlem21.7 . . . . . . . 8 (𝜑𝑆 ∈ ℝ)
4 fvconst2g 6741 . . . . . . . 8 ((𝑆 ∈ ℝ ∧ 𝑡𝑇) → ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡) = 𝑆)
53, 4sylan 575 . . . . . . 7 ((𝜑𝑡𝑇) → ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡) = 𝑆)
65eqcomd 2784 . . . . . 6 ((𝜑𝑡𝑇) → 𝑆 = ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))
76oveq2d 6940 . . . . 5 ((𝜑𝑡𝑇) → ((𝐻𝑡) + 𝑆) = ((𝐻𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡)))
82, 7mpteq2da 4980 . . . 4 (𝜑 → (𝑡𝑇 ↦ ((𝐻𝑡) + 𝑆)) = (𝑡𝑇 ↦ ((𝐻𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))))
91, 8syl5eq 2826 . . 3 (𝜑𝐺 = (𝑡𝑇 ↦ ((𝐻𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))))
10 stoweidlem21.11 . . . 4 (𝜑𝐻𝐴)
11 fconstmpt 5413 . . . . . 6 (𝑇 × {𝑆}) = (𝑠𝑇𝑆)
12 stoweidlem21.3 . . . . . . 7 𝑡𝑆
13 nfcv 2934 . . . . . . 7 𝑠𝑆
14 eqidd 2779 . . . . . . 7 (𝑠 = 𝑡𝑆 = 𝑆)
1512, 13, 14cbvmpt 4986 . . . . . 6 (𝑠𝑇𝑆) = (𝑡𝑇𝑆)
1611, 15eqtri 2802 . . . . 5 (𝑇 × {𝑆}) = (𝑡𝑇𝑆)
1712nfeq2 2949 . . . . . . . . . 10 𝑡 𝑥 = 𝑆
18 simpl 476 . . . . . . . . . 10 ((𝑥 = 𝑆𝑡𝑇) → 𝑥 = 𝑆)
1917, 18mpteq2da 4980 . . . . . . . . 9 (𝑥 = 𝑆 → (𝑡𝑇𝑥) = (𝑡𝑇𝑆))
2019eleq1d 2844 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑆 → ((𝑡𝑇𝑥) ∈ 𝐴 ↔ (𝑡𝑇𝑆) ∈ 𝐴))
2120imbi2d 332 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑆 → ((𝜑 → (𝑡𝑇𝑥) ∈ 𝐴) ↔ (𝜑 → (𝑡𝑇𝑆) ∈ 𝐴)))
22 stoweidlem21.9 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ) → (𝑡𝑇𝑥) ∈ 𝐴)
2322expcom 404 . . . . . . 7 (𝑥 ∈ ℝ → (𝜑 → (𝑡𝑇𝑥) ∈ 𝐴))
2421, 23vtoclga 3474 . . . . . 6 (𝑆 ∈ ℝ → (𝜑 → (𝑡𝑇𝑆) ∈ 𝐴))
253, 24mpcom 38 . . . . 5 (𝜑 → (𝑡𝑇𝑆) ∈ 𝐴)
2616, 25syl5eqel 2863 . . . 4 (𝜑 → (𝑇 × {𝑆}) ∈ 𝐴)
27 stoweidlem21.8 . . . . 5 ((𝜑𝑓𝐴𝑔𝐴) → (𝑡𝑇 ↦ ((𝑓𝑡) + (𝑔𝑡))) ∈ 𝐴)
28 stoweidlem21.2 . . . . 5 𝑡𝐻
29 nfcv 2934 . . . . . 6 𝑡𝑇
3012nfsn 4474 . . . . . 6 𝑡{𝑆}
3129, 30nfxp 5390 . . . . 5 𝑡(𝑇 × {𝑆})
3227, 28, 31stoweidlem8 41166 . . . 4 ((𝜑𝐻𝐴 ∧ (𝑇 × {𝑆}) ∈ 𝐴) → (𝑡𝑇 ↦ ((𝐻𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))) ∈ 𝐴)
3310, 26, 32mpd3an23 1536 . . 3 (𝜑 → (𝑡𝑇 ↦ ((𝐻𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))) ∈ 𝐴)
349, 33eqeltrd 2859 . 2 (𝜑𝐺𝐴)
35 simpr 479 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑡𝑇) → 𝑡𝑇)
36 stoweidlem21.10 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → ∀𝑓𝐴 𝑓:𝑇⟶ℝ)
37 feq1 6274 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑓 = 𝐻 → (𝑓:𝑇⟶ℝ ↔ 𝐻:𝑇⟶ℝ))
3837rspccva 3510 . . . . . . . . . . . 12 ((∀𝑓𝐴 𝑓:𝑇⟶ℝ ∧ 𝐻𝐴) → 𝐻:𝑇⟶ℝ)
3936, 10, 38syl2anc 579 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐻:𝑇⟶ℝ)
4039ffvelrnda 6625 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑡𝑇) → (𝐻𝑡) ∈ ℝ)
413adantr 474 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑡𝑇) → 𝑆 ∈ ℝ)
4240, 41readdcld 10408 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑡𝑇) → ((𝐻𝑡) + 𝑆) ∈ ℝ)
431fvmpt2 6554 . . . . . . . . 9 ((𝑡𝑇 ∧ ((𝐻𝑡) + 𝑆) ∈ ℝ) → (𝐺𝑡) = ((𝐻𝑡) + 𝑆))
4435, 42, 43syl2anc 579 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑡𝑇) → (𝐺𝑡) = ((𝐻𝑡) + 𝑆))
4544oveq1d 6939 . . . . . . 7 ((𝜑𝑡𝑇) → ((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡)) = (((𝐻𝑡) + 𝑆) − (𝐹𝑡)))
4640recnd 10407 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑡𝑇) → (𝐻𝑡) ∈ ℂ)
47 stoweidlem21.6 . . . . . . . . . 10 (𝜑𝐹:𝑇⟶ℝ)
4847ffvelrnda 6625 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑡𝑇) → (𝐹𝑡) ∈ ℝ)
4948recnd 10407 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑡𝑇) → (𝐹𝑡) ∈ ℂ)
503recnd 10407 . . . . . . . . 9 (𝜑𝑆 ∈ ℂ)
5150adantr 474 . . . . . . . 8 ((𝜑𝑡𝑇) → 𝑆 ∈ ℂ)
5246, 49, 51subsub3d 10766 . . . . . . 7 ((𝜑𝑡𝑇) → ((𝐻𝑡) − ((𝐹𝑡) − 𝑆)) = (((𝐻𝑡) + 𝑆) − (𝐹𝑡)))
5345, 52eqtr4d 2817 . . . . . 6 ((𝜑𝑡𝑇) → ((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡)) = ((𝐻𝑡) − ((𝐹𝑡) − 𝑆)))
5453fveq2d 6452 . . . . 5 ((𝜑𝑡𝑇) → (abs‘((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡))) = (abs‘((𝐻𝑡) − ((𝐹𝑡) − 𝑆))))
55 stoweidlem21.12 . . . . . 6 (𝜑 → ∀𝑡𝑇 (abs‘((𝐻𝑡) − ((𝐹𝑡) − 𝑆))) < 𝐸)
5655r19.21bi 3114 . . . . 5 ((𝜑𝑡𝑇) → (abs‘((𝐻𝑡) − ((𝐹𝑡) − 𝑆))) < 𝐸)
5754, 56eqbrtrd 4910 . . . 4 ((𝜑𝑡𝑇) → (abs‘((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡))) < 𝐸)
5857ex 403 . . 3 (𝜑 → (𝑡𝑇 → (abs‘((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡))) < 𝐸))
592, 58ralrimi 3139 . 2 (𝜑 → ∀𝑡𝑇 (abs‘((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡))) < 𝐸)
60 stoweidlem21.1 . . . . 5 𝑡𝐺
6160nfeq2 2949 . . . 4 𝑡 𝑓 = 𝐺
62 fveq1 6447 . . . . . . 7 (𝑓 = 𝐺 → (𝑓𝑡) = (𝐺𝑡))
6362oveq1d 6939 . . . . . 6 (𝑓 = 𝐺 → ((𝑓𝑡) − (𝐹𝑡)) = ((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡)))
6463fveq2d 6452 . . . . 5 (𝑓 = 𝐺 → (abs‘((𝑓𝑡) − (𝐹𝑡))) = (abs‘((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡))))
6564breq1d 4898 . . . 4 (𝑓 = 𝐺 → ((abs‘((𝑓𝑡) − (𝐹𝑡))) < 𝐸 ↔ (abs‘((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡))) < 𝐸))
6661, 65ralbid 3165 . . 3 (𝑓 = 𝐺 → (∀𝑡𝑇 (abs‘((𝑓𝑡) − (𝐹𝑡))) < 𝐸 ↔ ∀𝑡𝑇 (abs‘((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡))) < 𝐸))
6766rspcev 3511 . 2 ((𝐺𝐴 ∧ ∀𝑡𝑇 (abs‘((𝐺𝑡) − (𝐹𝑡))) < 𝐸) → ∃𝑓𝐴𝑡𝑇 (abs‘((𝑓𝑡) − (𝐹𝑡))) < 𝐸)
6834, 59, 67syl2anc 579 1 (𝜑 → ∃𝑓𝐴𝑡𝑇 (abs‘((𝑓𝑡) − (𝐹𝑡))) < 𝐸)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 386  w3a 1071   = wceq 1601  wnf 1827  wcel 2107  wnfc 2919  wral 3090  wrex 3091  {csn 4398   class class class wbr 4888  cmpt 4967   × cxp 5355  wf 6133  cfv 6137  (class class class)co 6924  cc 10272  cr 10273   + caddc 10277   < clt 10413  cmin 10608  abscabs 14387
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1839  ax-4 1853  ax-5 1953  ax-6 2021  ax-7 2055  ax-8 2109  ax-9 2116  ax-10 2135  ax-11 2150  ax-12 2163  ax-13 2334  ax-ext 2754  ax-sep 5019  ax-nul 5027  ax-pow 5079  ax-pr 5140  ax-un 7228  ax-resscn 10331  ax-1cn 10332  ax-icn 10333  ax-addcl 10334  ax-addrcl 10335  ax-mulcl 10336  ax-mulrcl 10337  ax-mulcom 10338  ax-addass 10339  ax-mulass 10340  ax-distr 10341  ax-i2m1 10342  ax-1ne0 10343  ax-1rid 10344  ax-rnegex 10345  ax-rrecex 10346  ax-cnre 10347  ax-pre-lttri 10348  ax-pre-lttrn 10349  ax-pre-ltadd 10350
This theorem depends on definitions:  df-bi 199  df-an 387  df-or 837  df-3or 1072  df-3an 1073  df-tru 1605  df-ex 1824  df-nf 1828  df-sb 2012  df-mo 2551  df-eu 2587  df-clab 2764  df-cleq 2770  df-clel 2774  df-nfc 2921  df-ne 2970  df-nel 3076  df-ral 3095  df-rex 3096  df-reu 3097  df-rab 3099  df-v 3400  df-sbc 3653  df-csb 3752  df-dif 3795  df-un 3797  df-in 3799  df-ss 3806  df-nul 4142  df-if 4308  df-pw 4381  df-sn 4399  df-pr 4401  df-op 4405  df-uni 4674  df-br 4889  df-opab 4951  df-mpt 4968  df-id 5263  df-po 5276  df-so 5277  df-xp 5363  df-rel 5364  df-cnv 5365  df-co 5366  df-dm 5367  df-rn 5368  df-res 5369  df-ima 5370  df-iota 6101  df-fun 6139  df-fn 6140  df-f 6141  df-f1 6142  df-fo 6143  df-f1o 6144  df-fv 6145  df-riota 6885  df-ov 6927  df-oprab 6928  df-mpt2 6929  df-er 8028  df-en 8244  df-dom 8245  df-sdom 8246  df-pnf 10415  df-mnf 10416  df-ltxr 10418  df-sub 10610
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