Theorem stoweidlem21 46914

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 592	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡) = 𝑆)
6	5	eqcomd 2766	. . . . . 6 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 = ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡))
7	6	oveq2d 7432	. . . . 5 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) = ((𝐻‘𝑡) + ((𝑇 × {𝑆})‘𝑡)))
8	2, 7	mpteq2da 5197	. . . 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 5717	. . . . . 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 5207	. . . . . 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 5197	. . . . . . . . 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 4668	. . . . . 6 ⊢ Ⅎ𝑡{𝑆}
31	29, 30	nfxp 5688	. . . . 5 ⊢ Ⅎ𝑡(𝑇 × {𝑆})
32	27, 28, 31	stoweidlem8 46901	. . . 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 6683	. . . . . . . . . . . . 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 7080	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐻‘𝑡) ∈ ℝ)
41	3	adantr 486	. . . . . . . . . 10 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 ∈ ℝ)
42	40, 41	readdcld 11287	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐻‘𝑡) + 𝑆) ∈ ℝ)
43	1	fvmpt2 7001	. . . . . . . . 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 7431	. . . . . . 7 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = (((𝐻‘𝑡) + 𝑆) − (𝐹‘𝑡)))
46	40	recnd 11286	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐻‘𝑡) ∈ ℂ)
47		stoweidlem21.6	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝜑 → 𝐹:𝑇⟶ℝ)
48	47	ffvelcdmda 7080	. . . . . . . . 9 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑡) ∈ ℝ)
49	48	recnd 11286	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → (𝐹‘𝑡) ∈ ℂ)
50	3	recnd 11286	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝜑 → 𝑆 ∈ ℂ)
51	50	adantr 486	. . . . . . . 8 ⊢ ((𝜑 ∧ 𝑡 ∈ 𝑇) → 𝑆 ∈ ℂ)
52	46, 49, 51	subsub3d 11648	. . . . . . 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 6885	. . . . 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 5127	. . . 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 6880	. . . . . . 7 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (𝑓‘𝑡) = (𝐺‘𝑡))
63	62	oveq1d 7431	. . . . . 6 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → ((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)) = ((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡)))
64	63	fveq2d 6885	. . . . 5 ⊢ (𝑓 = 𝐺 → (abs‘((𝑓‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))) = (abs‘((𝐺‘𝑡) − (𝐹‘𝑡))))
65	64	breq1d 5113	. . . 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 1570  Ⅎwnf 1816   ∈ wcel 2145  Ⅎwnfc 2907  ∀wral 3076  ∃wrex 3086  {csn 4584   class class class wbr 5103   ↦ cmpt 5186   × cxp 5653  ⟶wf 6531  ‘cfv 6535  (class class class)co 7416  ℂcc 11147  ℝcr 11148   + caddc 11152   < clt 11292   − cmin 11490  abscabs 15346

This proof depends on axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1828  ax-4 1842  ax-5 1943  ax-6 2000  ax-7 2041  ax-8 2147  ax-9 2155  ax-10 2178  ax-11 2194  ax-12 2213  ax-ext 2732  ax-sep 5251  ax-nul 5263  ax-pow 5330  ax-pr 5398  ax-un 7742  ax-resscn 11206  ax-1cn 11207  ax-icn 11208  ax-addcl 11209  ax-addrcl 11210  ax-mulcl 11211  ax-mulrcl 11212  ax-mulcom 11213  ax-addass 11214  ax-mulass 11215  ax-distr 11216  ax-i2m1 11217  ax-1ne0 11218  ax-1rid 11219  ax-rnegex 11220  ax-rrecex 11221  ax-cnre 11222  ax-pre-lttri 11223  ax-pre-lttrn 11224  ax-pre-ltadd 11225

This proof depends on definitions:  df-bi 210  df-an 402  df-or 862  df-3or 1104  df-3an 1105  df-tru 1573  df-fal 1583  df-ex 1813  df-nf 1817  df-sb 2100  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 3740  df-csb 3848  df-dif 3902  df-un 3904  df-in 3906  df-ss 3916  df-nul 4280  df-if 4483  df-pw 4559  df-sn 4585  df-pr 4587  df-op 4591  df-uni 4868  df-br 5104  df-opab 5168  df-mpt 5187  df-id 5550  df-po 5563  df-so 5564  df-xp 5661  df-rel 5662  df-cnv 5663  df-co 5664  df-dm 5665  df-rn 5666  df-res 5667  df-ima 5668  df-iota 6491  df-fun 6537  df-fn 6538  df-f 6539  df-f1 6540  df-fo 6541  df-f1o 6542  df-fv 6543  df-riota 7373  df-ov 7419  df-oprab 7420  df-mpo 7421  df-er 8703  df-en 8960  df-dom 8961  df-sdom 8962  df-pnf 11294  df-mnf 11295  df-ltxr 11297  df-sub 11492

This theorem is used by:  stoweidlem62  46955