Theorem stoweidlem21 45035

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 7204	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝑆 ∈ ℝ ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡) = 𝑆)
5	3, 4	sylan 578	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡) = 𝑆)
6	5	eqcomd 2736	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 = ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))
7	6	oveq2d 7427	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) = ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡)))
8	2, 7	mpteq2da 5245	. . . 4 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + 𝑆)) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))))
9	1, 8	eqtrid 2782	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐺 = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))))
10		stoweidlem21.11	. . . 4 ⊢ (𝜑 → 𝐻 ∈ 𝐴)
11		fconstmpt 5737	. . . . . 6 ⊢ (𝑇 × {𝑆}) = (𝑠 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆)
12		stoweidlem21.3	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑡𝑆
13		nfcv 2901	. . . . . . 7 ⊢ Ⅎ𝑠𝑆
14		eqidd 2731	. . . . . . 7 ⊢ (𝑠 = 𝑡 → 𝑆 = 𝑆)
15	12, 13, 14	cbvmpt 5258	. . . . . 6 ⊢ (𝑠 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆)
16	11, 15	eqtri 2758	. . . . 5 ⊢ (𝑇 × {𝑆}) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆)
17	12	nfeq2 2918	. . . . . . . . . 10 ⊢ Ⅎ𝑡 𝑥 = 𝑆
18		simpl 481	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝑥 = 𝑆 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑥 = 𝑆)
19	17, 18	mpteq2da 5245	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑥 = 𝑆 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) = (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆))
20	19	eleq1d 2816	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑆 → ((𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) ∈ 𝐴 ↔ (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) ∈ 𝐴))
21	20	imbi2d 339	. . . . . . 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 412	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 ∈ ℝ → (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑥) ∈ 𝐴))
24	21, 23	vtoclga 3565	. . . . . 6 ⊢ (𝑆 ∈ ℝ → (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) ∈ 𝐴))
25	3, 24	mpcom 38	. . . . 5 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ 𝑆) ∈ 𝐴)
26	16, 25	eqeltrid 2835	. . . 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 2901	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑡𝑇
30	12	nfsn 4710	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑡{𝑆}
31	29, 30	nfxp 5708	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑡(𝑇 × {𝑆})
32	27, 28, 31	stoweidlem8 45022	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝐻 ∈ 𝐴 ∧ (𝑇 × {𝑆}) ∈ 𝐴) → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))) ∈ 𝐴)
33	10, 26, 32	mpd3an23 1461	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 ↦ ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))) ∈ 𝐴)
34	9, 33	eqeltrd 2831	. 2 ⊢ (𝜑 → 𝐺 ∈ 𝐴)
35		simpr 483	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑡 ∈ 𝑇)
36		stoweidlem21.10	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ (𝜑 → ∀𝑓 ∈ 𝐴 𝑓:𝑇⟶ℝ)
37		feq1 6697	. . . . . . . . . . . . 13 ⊢ (𝑓 = 𝐻 → (𝑓:𝑇⟶ℝ ↔ 𝐻:𝑇⟶ℝ))
38	37	rspccva 3610	. . . . . . . . . . . 12 ⊢ ((∀𝑓 ∈ 𝐴 𝑓:𝑇⟶ℝ ∧ 𝐻 ∈ 𝐴) → 𝐻:𝑇⟶ℝ)
39	36, 10, 38	syl2anc 582	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝜑 → 𝐻:𝑇⟶ℝ)
40	39	ffvelcdmda 7085	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐻‘𝑡) ∈ ℝ)
41	3	adantr 479	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 ∈ ℝ)
42	40, 41	readdcld 11247	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) ∈ ℝ)
43	1	fvmpt2 7008	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝑡 ∈ 𝑇 ∧ ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) ∈ ℝ) → (𝐺‘𝑡) = ((𝐻‘𝑡) + 𝑆))
44	35, 42, 43	syl2anc 582	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐺‘𝑡) = ((𝐻‘𝑡) + 𝑆))
45	44	oveq1d 7426	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = (((𝐻‘𝑡) + 𝑆) − (𝐹‘𝑡)))
46	40	recnd 11246	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐻‘𝑡) ∈ ℂ)
47		stoweidlem21.6	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇⟶ℝ)
48	47	ffvelcdmda 7085	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑡) ∈ ℝ)
49	48	recnd 11246	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑡) ∈ ℂ)
50	3	recnd 11246	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℂ)
51	50	adantr 479	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 ∈ ℂ)
52	46, 49, 51	subsub3d 11605	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆)) = (((𝐻‘𝑡) + 𝑆) − (𝐹‘𝑡)))
53	45, 52	eqtr4d 2773	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = ((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆)))
54	53	fveq2d 6894	. . . . 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 3246	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (abs‘((𝐻‘𝑡) − ((𝐹‘𝑡) − 𝑆))) < 𝐸)
57	54, 56	eqbrtrd 5169	. . . 4 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)
58	57	ex 411	. . 3 ⊢ (𝜑 → (𝑡 ∈ 𝑇 → (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸))
59	2, 58	ralrimi 3252	. 2 ⊢ (𝜑 → ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)
60		stoweidlem21.1	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑡𝐺
61	60	nfeq2 2918	. . . 4 ⊢ Ⅎ𝑡 𝑓 = 𝐺
62		fveq1 6889	. . . . . . 7 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (𝑓‘𝑡) = (𝐺‘𝑡))
63	62	oveq1d 7426	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → ((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)))
64	63	fveq2d 6894	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) = (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))))
65	64	breq1d 5157	. . . 4 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → ((abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸 ↔ (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸))
66	61, 65	ralbid 3268	. . 3 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸 ↔ ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸))
67	66	rspcev 3611	. 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 582	1 ⊢ (𝜑 → ∃𝑓 ∈ 𝐴 ∀𝑡 ∈ 𝑇 (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) < 𝐸)

Syntax hints:   → wi 4   ∧ wa 394   ∧ w3a 1085   = wceq 1539  Ⅎwnf 1783   ∈ wcel 2104  Ⅎwnfc 2881  ∀wral 3059  ∃wrex 3068  {csn 4627   class class class wbr 5147   ↦ cmpt 5230   × cxp 5673  ⟶wf 6538  ‘cfv 6542  (class class class)co 7411  ℂcc 11110  ℝcr 11111   + caddc 11115   < clt 11252   − cmin 11448  abscabs 15185

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 1911  ax-6 1969  ax-7 2009  ax-8 2106  ax-9 2114  ax-10 2135  ax-11 2152  ax-12 2169  ax-ext 2701  ax-sep 5298  ax-nul 5305  ax-pow 5362  ax-pr 5426  ax-un 7727  ax-resscn 11169  ax-1cn 11170  ax-icn 11171  ax-addcl 11172  ax-addrcl 11173  ax-mulcl 11174  ax-mulrcl 11175  ax-mulcom 11176  ax-addass 11177  ax-mulass 11178  ax-distr 11179  ax-i2m1 11180  ax-1ne0 11181  ax-1rid 11182  ax-rnegex 11183  ax-rrecex 11184  ax-cnre 11185  ax-pre-lttri 11186  ax-pre-lttrn 11187  ax-pre-ltadd 11188

This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 395  df-or 844  df-3or 1086  df-3an 1087  df-tru 1542  df-fal 1552  df-ex 1780  df-nf 1784  df-sb 2066  df-mo 2532  df-eu 2561  df-clab 2708  df-cleq 2722  df-clel 2808  df-nfc 2883  df-ne 2939  df-nel 3045  df-ral 3060  df-rex 3069  df-reu 3375  df-rab 3431  df-v 3474  df-sbc 3777  df-csb 3893  df-dif 3950  df-un 3952  df-in 3954  df-ss 3964  df-nul 4322  df-if 4528  df-pw 4603  df-sn 4628  df-pr 4630  df-op 4634  df-uni 4908  df-br 5148  df-opab 5210  df-mpt 5231  df-id 5573  df-po 5587  df-so 5588  df-xp 5681  df-rel 5682  df-cnv 5683  df-co 5684  df-dm 5685  df-rn 5686  df-res 5687  df-ima 5688  df-iota 6494  df-fun 6544  df-fn 6545  df-f 6546  df-f1 6547  df-fo 6548  df-f1o 6549  df-fv 6550  df-riota 7367  df-ov 7414  df-oprab 7415  df-mpo 7416  df-er 8705  df-en 8942  df-dom 8943  df-sdom 8944  df-pnf 11254  df-mnf 11255  df-ltxr 11257  df-sub 11450

This theorem is referenced by:  stoweidlem62  45076