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

Theorem cvxcl 24931
Description: Closure of a 0-1 linear combination in a convex set. (Contributed by Mario Carneiro, 21-Jun-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
cvxcl.1 (𝜑𝐷 ⊆ ℝ)
cvxcl.2 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐷𝑦𝐷)) → (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷)
Assertion
Ref Expression
cvxcl ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ 𝐷)
Distinct variable groups:   𝑥,𝑦,𝐷   𝜑,𝑥,𝑦   𝑥,𝑋,𝑦   𝑥,𝑌,𝑦
Allowed substitution hints:   𝑇(𝑥,𝑦)

Proof of Theorem cvxcl
StepHypRef Expression
1 cvxcl.2 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥𝐷𝑦𝐷)) → (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷)
21ralrimivva 3109 . . . . 5 (𝜑 → ∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷)
32ad2antrr 764 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → ∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷)
4 simpr1 1234 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑋𝐷)
5 simpr2 1236 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑌𝐷)
6 oveq1 6821 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑋 → (𝑥[,]𝑦) = (𝑋[,]𝑦))
76sseq1d 3773 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑋 → ((𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 ↔ (𝑋[,]𝑦) ⊆ 𝐷))
8 oveq2 6822 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑌 → (𝑋[,]𝑦) = (𝑋[,]𝑌))
98sseq1d 3773 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑌 → ((𝑋[,]𝑦) ⊆ 𝐷 ↔ (𝑋[,]𝑌) ⊆ 𝐷))
107, 9rspc2v 3461 . . . . . 6 ((𝑋𝐷𝑌𝐷) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑋[,]𝑌) ⊆ 𝐷))
114, 5, 10syl2anc 696 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑋[,]𝑌) ⊆ 𝐷))
1211adantr 472 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑋[,]𝑌) ⊆ 𝐷))
133, 12mpd 15 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → (𝑋[,]𝑌) ⊆ 𝐷)
14 ax-1cn 10206 . . . . . . . 8 1 ∈ ℂ
15 unitssre 12532 . . . . . . . . . 10 (0[,]1) ⊆ ℝ
16 simpr3 1238 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑇 ∈ (0[,]1))
1715, 16sseldi 3742 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑇 ∈ ℝ)
1817recnd 10280 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑇 ∈ ℂ)
19 nncan 10522 . . . . . . . 8 ((1 ∈ ℂ ∧ 𝑇 ∈ ℂ) → (1 − (1 − 𝑇)) = 𝑇)
2014, 18, 19sylancr 698 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (1 − (1 − 𝑇)) = 𝑇)
2120oveq1d 6829 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((1 − (1 − 𝑇)) · 𝑋) = (𝑇 · 𝑋))
2221oveq1d 6829 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (((1 − (1 − 𝑇)) · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)))
2322adantr 472 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → (((1 − (1 − 𝑇)) · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)))
24 cvxcl.1 . . . . . . . 8 (𝜑𝐷 ⊆ ℝ)
2524adantr 472 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝐷 ⊆ ℝ)
2625, 4sseldd 3745 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑋 ∈ ℝ)
2726adantr 472 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → 𝑋 ∈ ℝ)
2825, 5sseldd 3745 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑌 ∈ ℝ)
2928adantr 472 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → 𝑌 ∈ ℝ)
30 simpr 479 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → 𝑋 < 𝑌)
31 simplr3 1265 . . . . . 6 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → 𝑇 ∈ (0[,]1))
32 iirev 22949 . . . . . 6 (𝑇 ∈ (0[,]1) → (1 − 𝑇) ∈ (0[,]1))
3331, 32syl 17 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → (1 − 𝑇) ∈ (0[,]1))
34 lincmb01cmp 12528 . . . . 5 (((𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝑌 ∈ ℝ ∧ 𝑋 < 𝑌) ∧ (1 − 𝑇) ∈ (0[,]1)) → (((1 − (1 − 𝑇)) · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ (𝑋[,]𝑌))
3527, 29, 30, 33, 34syl31anc 1480 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → (((1 − (1 − 𝑇)) · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ (𝑋[,]𝑌))
3623, 35eqeltrrd 2840 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ (𝑋[,]𝑌))
3713, 36sseldd 3745 . 2 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 < 𝑌) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ 𝐷)
38 oveq2 6822 . . . . 5 (𝑋 = 𝑌 → (𝑇 · 𝑋) = (𝑇 · 𝑌))
3938oveq1d 6829 . . . 4 (𝑋 = 𝑌 → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = ((𝑇 · 𝑌) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)))
40 pncan3 10501 . . . . . . 7 ((𝑇 ∈ ℂ ∧ 1 ∈ ℂ) → (𝑇 + (1 − 𝑇)) = 1)
4118, 14, 40sylancl 697 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (𝑇 + (1 − 𝑇)) = 1)
4241oveq1d 6829 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 + (1 − 𝑇)) · 𝑌) = (1 · 𝑌))
43 1re 10251 . . . . . . . 8 1 ∈ ℝ
44 resubcl 10557 . . . . . . . 8 ((1 ∈ ℝ ∧ 𝑇 ∈ ℝ) → (1 − 𝑇) ∈ ℝ)
4543, 17, 44sylancr 698 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (1 − 𝑇) ∈ ℝ)
4645recnd 10280 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (1 − 𝑇) ∈ ℂ)
4728recnd 10280 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑌 ∈ ℂ)
4818, 46, 47adddird 10277 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 + (1 − 𝑇)) · 𝑌) = ((𝑇 · 𝑌) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)))
4947mulid2d 10270 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (1 · 𝑌) = 𝑌)
5042, 48, 493eqtr3d 2802 . . . 4 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 · 𝑌) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = 𝑌)
5139, 50sylan9eqr 2816 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 = 𝑌) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = 𝑌)
525adantr 472 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 = 𝑌) → 𝑌𝐷)
5351, 52eqeltrd 2839 . 2 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑋 = 𝑌) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ 𝐷)
542ad2antrr 764 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → ∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷)
55 oveq1 6821 . . . . . . . 8 (𝑥 = 𝑌 → (𝑥[,]𝑦) = (𝑌[,]𝑦))
5655sseq1d 3773 . . . . . . 7 (𝑥 = 𝑌 → ((𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 ↔ (𝑌[,]𝑦) ⊆ 𝐷))
57 oveq2 6822 . . . . . . . 8 (𝑦 = 𝑋 → (𝑌[,]𝑦) = (𝑌[,]𝑋))
5857sseq1d 3773 . . . . . . 7 (𝑦 = 𝑋 → ((𝑌[,]𝑦) ⊆ 𝐷 ↔ (𝑌[,]𝑋) ⊆ 𝐷))
5956, 58rspc2v 3461 . . . . . 6 ((𝑌𝐷𝑋𝐷) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑌[,]𝑋) ⊆ 𝐷))
605, 4, 59syl2anc 696 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑌[,]𝑋) ⊆ 𝐷))
6160adantr 472 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → (∀𝑥𝐷𝑦𝐷 (𝑥[,]𝑦) ⊆ 𝐷 → (𝑌[,]𝑋) ⊆ 𝐷))
6254, 61mpd 15 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → (𝑌[,]𝑋) ⊆ 𝐷)
6326recnd 10280 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → 𝑋 ∈ ℂ)
6418, 63mulcld 10272 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (𝑇 · 𝑋) ∈ ℂ)
6546, 47mulcld 10272 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((1 − 𝑇) · 𝑌) ∈ ℂ)
6664, 65addcomd 10450 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = (((1 − 𝑇) · 𝑌) + (𝑇 · 𝑋)))
6766adantr 472 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) = (((1 − 𝑇) · 𝑌) + (𝑇 · 𝑋)))
6828adantr 472 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → 𝑌 ∈ ℝ)
6926adantr 472 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → 𝑋 ∈ ℝ)
70 simpr 479 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → 𝑌 < 𝑋)
71 simplr3 1265 . . . . 5 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → 𝑇 ∈ (0[,]1))
72 lincmb01cmp 12528 . . . . 5 (((𝑌 ∈ ℝ ∧ 𝑋 ∈ ℝ ∧ 𝑌 < 𝑋) ∧ 𝑇 ∈ (0[,]1)) → (((1 − 𝑇) · 𝑌) + (𝑇 · 𝑋)) ∈ (𝑌[,]𝑋))
7368, 69, 70, 71, 72syl31anc 1480 . . . 4 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → (((1 − 𝑇) · 𝑌) + (𝑇 · 𝑋)) ∈ (𝑌[,]𝑋))
7467, 73eqeltrd 2839 . . 3 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ (𝑌[,]𝑋))
7562, 74sseldd 3745 . 2 (((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) ∧ 𝑌 < 𝑋) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ 𝐷)
7626, 28lttri4d 10390 . 2 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → (𝑋 < 𝑌𝑋 = 𝑌𝑌 < 𝑋))
7737, 53, 75, 76mpjao3dan 1544 1 ((𝜑 ∧ (𝑋𝐷𝑌𝐷𝑇 ∈ (0[,]1))) → ((𝑇 · 𝑋) + ((1 − 𝑇) · 𝑌)) ∈ 𝐷)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 383  w3a 1072   = wceq 1632  wcel 2139  wral 3050  wss 3715   class class class wbr 4804  (class class class)co 6814  cc 10146  cr 10147  0cc0 10148  1c1 10149   + caddc 10151   · cmul 10153   < clt 10286  cmin 10478  [,]cicc 12391
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1871  ax-4 1886  ax-5 1988  ax-6 2054  ax-7 2090  ax-8 2141  ax-9 2148  ax-10 2168  ax-11 2183  ax-12 2196  ax-13 2391  ax-ext 2740  ax-sep 4933  ax-nul 4941  ax-pow 4992  ax-pr 5055  ax-un 7115  ax-cnex 10204  ax-resscn 10205  ax-1cn 10206  ax-icn 10207  ax-addcl 10208  ax-addrcl 10209  ax-mulcl 10210  ax-mulrcl 10211  ax-mulcom 10212  ax-addass 10213  ax-mulass 10214  ax-distr 10215  ax-i2m1 10216  ax-1ne0 10217  ax-1rid 10218  ax-rnegex 10219  ax-rrecex 10220  ax-cnre 10221  ax-pre-lttri 10222  ax-pre-lttrn 10223  ax-pre-ltadd 10224  ax-pre-mulgt0 10225
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1073  df-3an 1074  df-tru 1635  df-ex 1854  df-nf 1859  df-sb 2047  df-eu 2611  df-mo 2612  df-clab 2747  df-cleq 2753  df-clel 2756  df-nfc 2891  df-ne 2933  df-nel 3036  df-ral 3055  df-rex 3056  df-reu 3057  df-rab 3059  df-v 3342  df-sbc 3577  df-csb 3675  df-dif 3718  df-un 3720  df-in 3722  df-ss 3729  df-nul 4059  df-if 4231  df-pw 4304  df-sn 4322  df-pr 4324  df-op 4328  df-uni 4589  df-br 4805  df-opab 4865  df-mpt 4882  df-id 5174  df-po 5187  df-so 5188  df-xp 5272  df-rel 5273  df-cnv 5274  df-co 5275  df-dm 5276  df-rn 5277  df-res 5278  df-ima 5279  df-iota 6012  df-fun 6051  df-fn 6052  df-f 6053  df-f1 6054  df-fo 6055  df-f1o 6056  df-fv 6057  df-riota 6775  df-ov 6817  df-oprab 6818  df-mpt2 6819  df-er 7913  df-en 8124  df-dom 8125  df-sdom 8126  df-pnf 10288  df-mnf 10289  df-xr 10290  df-ltxr 10291  df-le 10292  df-sub 10480  df-neg 10481  df-rp 12046  df-icc 12395
This theorem is referenced by:  scvxcvx  24932  jensenlem2  24934  amgmlem  24936
  Copyright terms: Public domain W3C validator