Theorem stoweidlem21 47031

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 7208	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑆 ∈ ℝ ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡) = 𝑆)
5	3, 4	sylan 592	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡) = 𝑆)
6	5	eqcomd 2766	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 = ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))
7	6	oveq2d 7436	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) = ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡)))
8	2, 7	mpteq2da 5196	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + 𝑆)) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))))
9	1, 8	eqtrid 2807	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐺 = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))))
10		stoweidlem21.11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐻 ∈ 𝐴)
11		fconstmpt 5712	. . . . . 6 ⊢ (𝑇 × {𝑆}) = (𝑠 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆)
12		stoweidlem21.3	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑡𝑆
13		nfcv 2922	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑠𝑆
14		eqidd 2761	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → 𝑆 = 𝑆)
15	12, 13, 14	cbvmpt 5206	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆)
16	11, 15	eqtri 2783	. . . . 5 ⊢ (𝑇 × {𝑆}) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆)
17	12	nfeq2 2939	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑡 𝑥 = 𝑆
18		simpl 488	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 = 𝑆 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑥 = 𝑆)
19	17, 18	mpteq2da 5196	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑆 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆))
20	19	eleq1d 2845	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑆 → ((𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) ∈ 𝐴 ↔ (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) ∈ 𝐴))
21	20	imbi2d 343	. . . . . . 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 419	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) ∈ 𝐴))
24	21, 23	vtoclga 3536	. . . . . 6 ⊢ (𝑆 ∈ ℝ → (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) ∈ 𝐴))
25	3, 24	mpcom 39	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) ∈ 𝐴)
26	16, 25	eqeltrid 2864	. . . 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 2922	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑡𝑇
30	12	nfsn 4667	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑡{𝑆}
31	29, 30	nfxp 5683	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑡(𝑇 × {𝑆})
32	27, 28, 31	stoweidlem8 47018	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐻 ∈ 𝐴 ∧ (𝑇 × {𝑆}) ∈ 𝐴) → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))) ∈ 𝐴)
33	10, 26, 32	mpd3an23 1492	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))) ∈ 𝐴)
34	9, 33	eqeltrd 2860	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝐴)
35		simpr 490	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑡 ∈ 𝑇)
36		stoweidlem21.10	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → ∀𝑓 ∈ 𝐴 𝑓:𝑇⟶ℝ)
37		feq1 6687	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑓 = 𝐻 → (𝑓:𝑇⟶ℝ ↔ 𝐻:𝑇⟶ℝ))
38	37	rspccva 3575	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((∀𝑓 ∈ 𝐴 𝑓:𝑇⟶ℝ ∧ 𝐻 ∈ 𝐴) → 𝐻:𝑇⟶ℝ)
39	36, 10, 38	syl2anc 596	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐻:𝑇⟶ℝ)
40	39	ffvelcdmda 7084	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐻‘𝑡) ∈ ℝ)
41	3	adantr 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 ∈ ℝ)
42	40, 41	readdcld 11338	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) ∈ ℝ)
43	1	fvmpt2 7005	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑡 ∈ 𝑇 ∧ ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) ∈ ℝ) → (𝐺‘𝑡) = ((𝐻‘𝑡) + 𝑆))
44	35, 42, 43	syl2anc 596	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐺‘𝑡) = ((𝐻‘𝑡) + 𝑆))
45	44	oveq1d 7435	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = (((𝐻‘𝑡) + 𝑆) − (𝐹‘𝑡)))
46	40	recnd 11337	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐻‘𝑡) ∈ ℂ)
47		stoweidlem21.6	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇⟶ℝ)
48	47	ffvelcdmda 7084	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑡) ∈ ℝ)
49	48	recnd 11337	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑡) ∈ ℂ)
50	3	recnd 11337	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℂ)
51	50	adantr 486	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 ∈ ℂ)
52	46, 49, 51	subsub3d 11699	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆)) = (((𝐻‘𝑡) + 𝑆) − (𝐹‘𝑡)))
53	45, 52	eqtr4d 2798	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = ((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆)))
54	53	fveq2d 6889	. . . . 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 3254	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (abs‘((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆))) < 𝐸)
57	54, 56	eqbrtrd 5126	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)
58	57	ex 418	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 → (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸))
59	2, 58	ralrimi 3260	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)
60		stoweidlem21.1	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑡𝐺
61	60	nfeq2 2939	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑡 𝑓 = 𝐺
62		fveq1 6884	. . . . . . 7 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (𝑓‘𝑡) = (𝐺‘𝑡))
63	62	oveq1d 7435	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → ((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)))
64	63	fveq2d 6889	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) = (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))))
65	64	breq1d 5112	. . . 4 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → ((abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸 ↔ (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸))
66	61, 65	ralbid 3275	. . 3 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸 ↔ ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸))
67	66	rspcev 3576	. 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 596	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑓 ∈ 𝐴 ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)

This proof depends on syntax axioms:   → wi 4   ∧ wa 401   ∧ w3a 1103   = wceq 1569  Ⅎwnf 1815   ∈ wcel 2144  Ⅎwnfc 2907  ∀wral 3076  ∃wrex 3086  {csn 4583   class class class wbr 5102   ↦ cmpt 5185   × cxp 5648  ⟶wf 6534  ‘cfv 6538  (class class class)co 7420  ℂcc 11198  ℝcr 11199   + caddc 11203   < clt 11343   − cmin 11541  abscabs 15401

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1827  ax-4 1841  ax-5 1942  ax-6 1999  ax-7 2040  ax-8 2146  ax-9 2154  ax-10 2177  ax-11 2193  ax-12 2212  ax-ext 2732  ax-sep 5248  ax-nul 5259  ax-pow 5326  ax-pr 5390  ax-un 7751  ax-resscn 11257  ax-1cn 11258  ax-icn 11259  ax-addcl 11260  ax-addrcl 11261  ax-mulcl 11262  ax-mulrcl 11263  ax-mulcom 11264  ax-addass 11265  ax-mulass 11266  ax-distr 11267  ax-i2m1 11268  ax-1ne0 11269  ax-1rid 11270  ax-rnegex 11271  ax-rrecex 11272  ax-cnre 11273  ax-pre-lttri 11274  ax-pre-lttrn 11275  ax-pre-ltadd 11276

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1572  df-fal 1582  df-ex 1812  df-nf 1816  df-sb 2099  df-mo 2564  df-eu 2594  df-clab 2739  df-cleq 2752  df-clel 2835  df-nfc 2909  df-ne 2956  df-nel 3062  df-ral 3077  df-rex 3087  df-reu 3366  df-rab 3413  df-v 3452  df-sbc 3739  df-csb 3847  df-ss 3896  df-dif 4047  df-in 4091  df-un 4151  df-nul 4279  df-if 4482  df-pw 4558  df-sn 4584  df-pr 4586  df-op 4590  df-uni 4867  df-br 5103  df-opab 5167  df-mpt 5186  df-id 5545  df-po 5558  df-so 5559  df-xp 5656  df-rel 5657  df-cnv 5658  df-co 5659  df-dm 5660  df-rn 5661  df-res 5662  df-ima 5663  df-iota 6494  df-fun 6540  df-fn 6541  df-f 6542  df-f1 6543  df-fo 6544  df-f1o 6545  df-fv 6546  df-riota 7377  df-ov 7423  df-oprab 7424  df-mpo 7425  df-er 8717  df-en 8974  df-dom 8975  df-sdom 8976  df-pnf 11345  df-mnf 11346  df-ltxr 11348  df-sub 11543

This theorem is used by:  stoweidlem62  47072