MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  uniiccvol Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem uniiccvol 25097
Description: An almost-disjoint union of closed intervals (disjoint interiors) has volume equal to the sum of the volume of the intervals. (This proof does not use countable choice, unlike voliun 25071.) (Contributed by Mario Carneiro, 25-Mar-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
uniioombl.1 (πœ‘ β†’ 𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)))
uniioombl.2 (πœ‘ β†’ Disj π‘₯ ∈ β„• ((,)β€˜(πΉβ€˜π‘₯)))
uniioombl.3 𝑆 = seq1( + , ((abs ∘ βˆ’ ) ∘ 𝐹))
Assertion
Ref Expression
uniiccvol (πœ‘ β†’ (vol*β€˜βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)) = sup(ran 𝑆, ℝ*, < ))
Distinct variable groups:   π‘₯,𝐹   πœ‘,π‘₯
Allowed substitution hint:   𝑆(π‘₯)

Proof of Theorem uniiccvol
StepHypRef Expression
1 uniioombl.1 . . . 4 (πœ‘ β†’ 𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)))
2 ovolficcss 24986 . . . 4 (𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) β†’ βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹) βŠ† ℝ)
31, 2syl 17 . . 3 (πœ‘ β†’ βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹) βŠ† ℝ)
4 ovolcl 24995 . . 3 (βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹) βŠ† ℝ β†’ (vol*β€˜βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)) ∈ ℝ*)
53, 4syl 17 . 2 (πœ‘ β†’ (vol*β€˜βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)) ∈ ℝ*)
6 eqid 2733 . . . . . . 7 ((abs ∘ βˆ’ ) ∘ 𝐹) = ((abs ∘ βˆ’ ) ∘ 𝐹)
7 uniioombl.3 . . . . . . 7 𝑆 = seq1( + , ((abs ∘ βˆ’ ) ∘ 𝐹))
86, 7ovolsf 24989 . . . . . 6 (𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) β†’ 𝑆:β„•βŸΆ(0[,)+∞))
91, 8syl 17 . . . . 5 (πœ‘ β†’ 𝑆:β„•βŸΆ(0[,)+∞))
109frnd 6726 . . . 4 (πœ‘ β†’ ran 𝑆 βŠ† (0[,)+∞))
11 icossxr 13409 . . . 4 (0[,)+∞) βŠ† ℝ*
1210, 11sstrdi 3995 . . 3 (πœ‘ β†’ ran 𝑆 βŠ† ℝ*)
13 supxrcl 13294 . . 3 (ran 𝑆 βŠ† ℝ* β†’ sup(ran 𝑆, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
1412, 13syl 17 . 2 (πœ‘ β†’ sup(ran 𝑆, ℝ*, < ) ∈ ℝ*)
15 ssid 4005 . . 3 βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹) βŠ† βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)
167ovollb2 25006 . . 3 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹) βŠ† βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)) β†’ (vol*β€˜βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)) ≀ sup(ran 𝑆, ℝ*, < ))
171, 15, 16sylancl 587 . 2 (πœ‘ β†’ (vol*β€˜βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)) ≀ sup(ran 𝑆, ℝ*, < ))
18 uniioombl.2 . . . 4 (πœ‘ β†’ Disj π‘₯ ∈ β„• ((,)β€˜(πΉβ€˜π‘₯)))
191, 18, 7uniioovol 25096 . . 3 (πœ‘ β†’ (vol*β€˜βˆͺ ran ((,) ∘ 𝐹)) = sup(ran 𝑆, ℝ*, < ))
20 ioossicc 13410 . . . . . . . . . . . 12 ((1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯))(,)(2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))) βŠ† ((1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯))[,](2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯)))
21 df-ov 7412 . . . . . . . . . . . 12 ((1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯))(,)(2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))) = ((,)β€˜βŸ¨(1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯)), (2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))⟩)
22 df-ov 7412 . . . . . . . . . . . 12 ((1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯))[,](2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))) = ([,]β€˜βŸ¨(1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯)), (2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))⟩)
2320, 21, 223sstr3i 4025 . . . . . . . . . . 11 ((,)β€˜βŸ¨(1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯)), (2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))⟩) βŠ† ([,]β€˜βŸ¨(1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯)), (2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))⟩)
2423a1i 11 . . . . . . . . . 10 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ ((,)β€˜βŸ¨(1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯)), (2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))⟩) βŠ† ([,]β€˜βŸ¨(1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯)), (2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))⟩))
25 ffvelcdm 7084 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ (πΉβ€˜π‘₯) ∈ ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)))
2625elin2d 4200 . . . . . . . . . . . 12 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ (πΉβ€˜π‘₯) ∈ (ℝ Γ— ℝ))
27 1st2nd2 8014 . . . . . . . . . . . 12 ((πΉβ€˜π‘₯) ∈ (ℝ Γ— ℝ) β†’ (πΉβ€˜π‘₯) = ⟨(1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯)), (2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))⟩)
2826, 27syl 17 . . . . . . . . . . 11 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ (πΉβ€˜π‘₯) = ⟨(1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯)), (2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))⟩)
2928fveq2d 6896 . . . . . . . . . 10 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ ((,)β€˜(πΉβ€˜π‘₯)) = ((,)β€˜βŸ¨(1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯)), (2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))⟩))
3028fveq2d 6896 . . . . . . . . . 10 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ ([,]β€˜(πΉβ€˜π‘₯)) = ([,]β€˜βŸ¨(1st β€˜(πΉβ€˜π‘₯)), (2nd β€˜(πΉβ€˜π‘₯))⟩))
3124, 29, 303sstr4d 4030 . . . . . . . . 9 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ ((,)β€˜(πΉβ€˜π‘₯)) βŠ† ([,]β€˜(πΉβ€˜π‘₯)))
32 fvco3 6991 . . . . . . . . 9 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ (((,) ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) = ((,)β€˜(πΉβ€˜π‘₯)))
33 fvco3 6991 . . . . . . . . 9 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ (([,] ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) = ([,]β€˜(πΉβ€˜π‘₯)))
3431, 32, 333sstr4d 4030 . . . . . . . 8 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ (((,) ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) βŠ† (([,] ∘ 𝐹)β€˜π‘₯))
351, 34sylan 581 . . . . . . 7 ((πœ‘ ∧ π‘₯ ∈ β„•) β†’ (((,) ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) βŠ† (([,] ∘ 𝐹)β€˜π‘₯))
3635ralrimiva 3147 . . . . . 6 (πœ‘ β†’ βˆ€π‘₯ ∈ β„• (((,) ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) βŠ† (([,] ∘ 𝐹)β€˜π‘₯))
37 ss2iun 5016 . . . . . 6 (βˆ€π‘₯ ∈ β„• (((,) ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) βŠ† (([,] ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) β†’ βˆͺ π‘₯ ∈ β„• (((,) ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) βŠ† βˆͺ π‘₯ ∈ β„• (([,] ∘ 𝐹)β€˜π‘₯))
3836, 37syl 17 . . . . 5 (πœ‘ β†’ βˆͺ π‘₯ ∈ β„• (((,) ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) βŠ† βˆͺ π‘₯ ∈ β„• (([,] ∘ 𝐹)β€˜π‘₯))
39 ioof 13424 . . . . . . . 8 (,):(ℝ* Γ— ℝ*)βŸΆπ’« ℝ
40 ffn 6718 . . . . . . . 8 ((,):(ℝ* Γ— ℝ*)βŸΆπ’« ℝ β†’ (,) Fn (ℝ* Γ— ℝ*))
4139, 40ax-mp 5 . . . . . . 7 (,) Fn (ℝ* Γ— ℝ*)
42 inss2 4230 . . . . . . . . 9 ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) βŠ† (ℝ Γ— ℝ)
43 rexpssxrxp 11259 . . . . . . . . 9 (ℝ Γ— ℝ) βŠ† (ℝ* Γ— ℝ*)
4442, 43sstri 3992 . . . . . . . 8 ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) βŠ† (ℝ* Γ— ℝ*)
45 fss 6735 . . . . . . . 8 ((𝐹:β„•βŸΆ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) ∧ ( ≀ ∩ (ℝ Γ— ℝ)) βŠ† (ℝ* Γ— ℝ*)) β†’ 𝐹:β„•βŸΆ(ℝ* Γ— ℝ*))
461, 44, 45sylancl 587 . . . . . . 7 (πœ‘ β†’ 𝐹:β„•βŸΆ(ℝ* Γ— ℝ*))
47 fnfco 6757 . . . . . . 7 (((,) Fn (ℝ* Γ— ℝ*) ∧ 𝐹:β„•βŸΆ(ℝ* Γ— ℝ*)) β†’ ((,) ∘ 𝐹) Fn β„•)
4841, 46, 47sylancr 588 . . . . . 6 (πœ‘ β†’ ((,) ∘ 𝐹) Fn β„•)
49 fniunfv 7246 . . . . . 6 (((,) ∘ 𝐹) Fn β„• β†’ βˆͺ π‘₯ ∈ β„• (((,) ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) = βˆͺ ran ((,) ∘ 𝐹))
5048, 49syl 17 . . . . 5 (πœ‘ β†’ βˆͺ π‘₯ ∈ β„• (((,) ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) = βˆͺ ran ((,) ∘ 𝐹))
51 iccf 13425 . . . . . . . 8 [,]:(ℝ* Γ— ℝ*)βŸΆπ’« ℝ*
52 ffn 6718 . . . . . . . 8 ([,]:(ℝ* Γ— ℝ*)βŸΆπ’« ℝ* β†’ [,] Fn (ℝ* Γ— ℝ*))
5351, 52ax-mp 5 . . . . . . 7 [,] Fn (ℝ* Γ— ℝ*)
54 fnfco 6757 . . . . . . 7 (([,] Fn (ℝ* Γ— ℝ*) ∧ 𝐹:β„•βŸΆ(ℝ* Γ— ℝ*)) β†’ ([,] ∘ 𝐹) Fn β„•)
5553, 46, 54sylancr 588 . . . . . 6 (πœ‘ β†’ ([,] ∘ 𝐹) Fn β„•)
56 fniunfv 7246 . . . . . 6 (([,] ∘ 𝐹) Fn β„• β†’ βˆͺ π‘₯ ∈ β„• (([,] ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) = βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹))
5755, 56syl 17 . . . . 5 (πœ‘ β†’ βˆͺ π‘₯ ∈ β„• (([,] ∘ 𝐹)β€˜π‘₯) = βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹))
5838, 50, 573sstr3d 4029 . . . 4 (πœ‘ β†’ βˆͺ ran ((,) ∘ 𝐹) βŠ† βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹))
59 ovolss 25002 . . . 4 ((βˆͺ ran ((,) ∘ 𝐹) βŠ† βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹) ∧ βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹) βŠ† ℝ) β†’ (vol*β€˜βˆͺ ran ((,) ∘ 𝐹)) ≀ (vol*β€˜βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)))
6058, 3, 59syl2anc 585 . . 3 (πœ‘ β†’ (vol*β€˜βˆͺ ran ((,) ∘ 𝐹)) ≀ (vol*β€˜βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)))
6119, 60eqbrtrrd 5173 . 2 (πœ‘ β†’ sup(ran 𝑆, ℝ*, < ) ≀ (vol*β€˜βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)))
625, 14, 17, 61xrletrid 13134 1 (πœ‘ β†’ (vol*β€˜βˆͺ ran ([,] ∘ 𝐹)) = sup(ran 𝑆, ℝ*, < ))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:   β†’ wi 4   ∧ wa 397   = wceq 1542   ∈ wcel 2107  βˆ€wral 3062   ∩ cin 3948   βŠ† wss 3949  π’« cpw 4603  βŸ¨cop 4635  βˆͺ cuni 4909  βˆͺ ciun 4998  Disj wdisj 5114   class class class wbr 5149   Γ— cxp 5675  ran crn 5678   ∘ ccom 5681   Fn wfn 6539  βŸΆwf 6540  β€˜cfv 6544  (class class class)co 7409  1st c1st 7973  2nd c2nd 7974  supcsup 9435  β„cr 11109  0cc0 11110  1c1 11111   + caddc 11113  +∞cpnf 11245  β„*cxr 11247   < clt 11248   ≀ cle 11249   βˆ’ cmin 11444  β„•cn 12212  (,)cioo 13324  [,)cico 13326  [,]cicc 13327  seqcseq 13966  abscabs 15181  vol*covol 24979
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1798  ax-4 1812  ax-5 1914  ax-6 1972  ax-7 2012  ax-8 2109  ax-9 2117  ax-10 2138  ax-11 2155  ax-12 2172  ax-ext 2704  ax-rep 5286  ax-sep 5300  ax-nul 5307  ax-pow 5364  ax-pr 5428  ax-un 7725  ax-inf2 9636  ax-cnex 11166  ax-resscn 11167  ax-1cn 11168  ax-icn 11169  ax-addcl 11170  ax-addrcl 11171  ax-mulcl 11172  ax-mulrcl 11173  ax-mulcom 11174  ax-addass 11175  ax-mulass 11176  ax-distr 11177  ax-i2m1 11178  ax-1ne0 11179  ax-1rid 11180  ax-rnegex 11181  ax-rrecex 11182  ax-cnre 11183  ax-pre-lttri 11184  ax-pre-lttrn 11185  ax-pre-ltadd 11186  ax-pre-mulgt0 11187  ax-pre-sup 11188
This theorem depends on definitions:  df-bi 206  df-an 398  df-or 847  df-3or 1089  df-3an 1090  df-tru 1545  df-fal 1555  df-ex 1783  df-nf 1787  df-sb 2069  df-mo 2535  df-eu 2564  df-clab 2711  df-cleq 2725  df-clel 2811  df-nfc 2886  df-ne 2942  df-nel 3048  df-ral 3063  df-rex 3072  df-rmo 3377  df-reu 3378  df-rab 3434  df-v 3477  df-sbc 3779  df-csb 3895  df-dif 3952  df-un 3954  df-in 3956  df-ss 3966  df-pss 3968  df-nul 4324  df-if 4530  df-pw 4605  df-sn 4630  df-pr 4632  df-op 4636  df-uni 4910  df-int 4952  df-iun 5000  df-disj 5115  df-br 5150  df-opab 5212  df-mpt 5233  df-tr 5267  df-id 5575  df-eprel 5581  df-po 5589  df-so 5590  df-fr 5632  df-se 5633  df-we 5634  df-xp 5683  df-rel 5684  df-cnv 5685  df-co 5686  df-dm 5687  df-rn 5688  df-res 5689  df-ima 5690  df-pred 6301  df-ord 6368  df-on 6369  df-lim 6370  df-suc 6371  df-iota 6496  df-fun 6546  df-fn 6547  df-f 6548  df-f1 6549  df-fo 6550  df-f1o 6551  df-fv 6552  df-isom 6553  df-riota 7365  df-ov 7412  df-oprab 7413  df-mpo 7414  df-of 7670  df-om 7856  df-1st 7975  df-2nd 7976  df-frecs 8266  df-wrecs 8297  df-recs 8371  df-rdg 8410  df-1o 8466  df-2o 8467  df-er 8703  df-map 8822  df-pm 8823  df-en 8940  df-dom 8941  df-sdom 8942  df-fin 8943  df-fi 9406  df-sup 9437  df-inf 9438  df-oi 9505  df-dju 9896  df-card 9934  df-pnf 11250  df-mnf 11251  df-xr 11252  df-ltxr 11253  df-le 11254  df-sub 11446  df-neg 11447  df-div 11872  df-nn 12213  df-2 12275  df-3 12276  df-n0 12473  df-z 12559  df-uz 12823  df-q 12933  df-rp 12975  df-xneg 13092  df-xadd 13093  df-xmul 13094  df-ioo 13328  df-ico 13330  df-icc 13331  df-fz 13485  df-fzo 13628  df-fl 13757  df-seq 13967  df-exp 14028  df-hash 14291  df-cj 15046  df-re 15047  df-im 15048  df-sqrt 15182  df-abs 15183  df-clim 15432  df-rlim 15433  df-sum 15633  df-rest 17368  df-topgen 17389  df-psmet 20936  df-xmet 20937  df-met 20938  df-bl 20939  df-mopn 20940  df-top 22396  df-topon 22413  df-bases 22449  df-cmp 22891  df-ovol 24981  df-vol 24982
This theorem is referenced by:  mblfinlem2  36526
  Copyright terms: Public domain W3C validator