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

Theorem ismbfd 23452
Description: Deduction to prove measurability of a real function. The third hypothesis is not necessary, but the proof of this requires countable choice, so we derive this separately as ismbf3d 23466. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jun-2014.)
Hypotheses
Ref Expression
ismbfd.1 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ)
ismbfd.2 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ*) → (𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∈ dom vol)
ismbfd.3 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ*) → (𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol)
Assertion
Ref Expression
ismbfd (𝜑𝐹 ∈ MblFn)
Distinct variable groups:   𝑥,𝐹   𝜑,𝑥
Allowed substitution hint:   𝐴(𝑥)

Proof of Theorem ismbfd
Dummy variables 𝑦 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 ioof 12309 . . . . 5 (,):(ℝ* × ℝ*)⟶𝒫 ℝ
2 ffn 6083 . . . . 5 ((,):(ℝ* × ℝ*)⟶𝒫 ℝ → (,) Fn (ℝ* × ℝ*))
3 ovelrn 6852 . . . . 5 ((,) Fn (ℝ* × ℝ*) → (𝑧 ∈ ran (,) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ* 𝑧 = (𝑥(,)𝑦)))
41, 2, 3mp2b 10 . . . 4 (𝑧 ∈ ran (,) ↔ ∃𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ* 𝑧 = (𝑥(,)𝑦))
5 simprl 809 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝑥 ∈ ℝ*)
6 pnfxr 10130 . . . . . . . . . . . 12 +∞ ∈ ℝ*
76a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → +∞ ∈ ℝ*)
8 mnfxr 10134 . . . . . . . . . . . 12 -∞ ∈ ℝ*
98a1i 11 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → -∞ ∈ ℝ*)
10 simprr 811 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝑦 ∈ ℝ*)
11 iooin 12247 . . . . . . . . . . 11 (((𝑥 ∈ ℝ* ∧ +∞ ∈ ℝ*) ∧ (-∞ ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦)) = (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥)(,)if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)))
125, 7, 9, 10, 11syl22anc 1367 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦)) = (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥)(,)if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)))
13 mnfle 12007 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ* → -∞ ≤ 𝑥)
14 xrleid 12021 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑥 ∈ ℝ*𝑥𝑥)
15 breq1 4688 . . . . . . . . . . . . . . 15 (-∞ = if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) → (-∞ ≤ 𝑥 ↔ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥))
16 breq1 4688 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑥 = if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) → (𝑥𝑥 ↔ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥))
1715, 16ifboth 4157 . . . . . . . . . . . . . 14 ((-∞ ≤ 𝑥𝑥𝑥) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥)
1813, 14, 17syl2anc 694 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 ∈ ℝ* → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥)
1918ad2antrl 764 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥)
20 xrmax1 12044 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝑥 ∈ ℝ* ∧ -∞ ∈ ℝ*) → 𝑥 ≤ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥))
215, 8, 20sylancl 695 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝑥 ≤ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥))
22 ifcl 4163 . . . . . . . . . . . . . 14 ((-∞ ∈ ℝ*𝑥 ∈ ℝ*) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ∈ ℝ*)
238, 5, 22sylancr 696 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ∈ ℝ*)
24 xrletri3 12023 . . . . . . . . . . . . 13 ((if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ∈ ℝ*𝑥 ∈ ℝ*) → (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) = 𝑥 ↔ (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥𝑥 ≤ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥))))
2523, 5, 24syl2anc 694 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) = 𝑥 ↔ (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) ≤ 𝑥𝑥 ≤ if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥))))
2619, 21, 25mpbir2and 977 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥) = 𝑥)
27 xrmin2 12047 . . . . . . . . . . . . 13 ((+∞ ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ≤ 𝑦)
286, 10, 27sylancr 696 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ≤ 𝑦)
29 pnfge 12002 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ*𝑦 ≤ +∞)
30 xrleid 12021 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝑦 ∈ ℝ*𝑦𝑦)
31 breq2 4689 . . . . . . . . . . . . . . 15 (+∞ = if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) → (𝑦 ≤ +∞ ↔ 𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)))
32 breq2 4689 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝑦 = if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) → (𝑦𝑦𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)))
3331, 32ifboth 4157 . . . . . . . . . . . . . 14 ((𝑦 ≤ +∞ ∧ 𝑦𝑦) → 𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦))
3429, 30, 33syl2anc 694 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑦 ∈ ℝ*𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦))
3534ad2antll 765 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦))
36 ifcl 4163 . . . . . . . . . . . . . 14 ((+∞ ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ∈ ℝ*)
376, 10, 36sylancr 696 . . . . . . . . . . . . 13 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ∈ ℝ*)
38 xrletri3 12023 . . . . . . . . . . . . 13 ((if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*) → (if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) = 𝑦 ↔ (if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ≤ 𝑦𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦))))
3937, 10, 38syl2anc 694 . . . . . . . . . . . 12 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → (if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) = 𝑦 ↔ (if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) ≤ 𝑦𝑦 ≤ if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦))))
4028, 35, 39mpbir2and 977 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦) = 𝑦)
4126, 40oveq12d 6708 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → (if(𝑥 ≤ -∞, -∞, 𝑥)(,)if(+∞ ≤ 𝑦, +∞, 𝑦)) = (𝑥(,)𝑦))
4212, 41eqtrd 2685 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦)) = (𝑥(,)𝑦))
4342imaeq2d 5501 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → (𝐹 “ ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦))) = (𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)))
44 ismbfd.1 . . . . . . . . . . 11 (𝜑𝐹:𝐴⟶ℝ)
4544adantr 480 . . . . . . . . . 10 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → 𝐹:𝐴⟶ℝ)
46 ffun 6086 . . . . . . . . . 10 (𝐹:𝐴⟶ℝ → Fun 𝐹)
4745, 46syl 17 . . . . . . . . 9 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → Fun 𝐹)
48 inpreima 6382 . . . . . . . . 9 (Fun 𝐹 → (𝐹 “ ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦))) = ((𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∩ (𝐹 “ (-∞(,)𝑦))))
4947, 48syl 17 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → (𝐹 “ ((𝑥(,)+∞) ∩ (-∞(,)𝑦))) = ((𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∩ (𝐹 “ (-∞(,)𝑦))))
5043, 49eqtr3d 2687 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → (𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)) = ((𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∩ (𝐹 “ (-∞(,)𝑦))))
51 ismbfd.2 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ*) → (𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∈ dom vol)
5251adantrr 753 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → (𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∈ dom vol)
53 ismbfd.3 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑥 ∈ ℝ*) → (𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol)
5453ralrimiva 2995 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → ∀𝑥 ∈ ℝ* (𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol)
55 oveq2 6698 . . . . . . . . . . . . 13 (𝑥 = 𝑦 → (-∞(,)𝑥) = (-∞(,)𝑦))
5655imaeq2d 5501 . . . . . . . . . . . 12 (𝑥 = 𝑦 → (𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) = (𝐹 “ (-∞(,)𝑦)))
5756eleq1d 2715 . . . . . . . . . . 11 (𝑥 = 𝑦 → ((𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol ↔ (𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol))
5857rspccva 3339 . . . . . . . . . 10 ((∀𝑥 ∈ ℝ* (𝐹 “ (-∞(,)𝑥)) ∈ dom vol ∧ 𝑦 ∈ ℝ*) → (𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol)
5954, 58sylan 487 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑦 ∈ ℝ*) → (𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol)
6059adantrl 752 . . . . . . . 8 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → (𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol)
61 inmbl 23356 . . . . . . . 8 (((𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∈ dom vol ∧ (𝐹 “ (-∞(,)𝑦)) ∈ dom vol) → ((𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∩ (𝐹 “ (-∞(,)𝑦))) ∈ dom vol)
6252, 60, 61syl2anc 694 . . . . . . 7 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → ((𝐹 “ (𝑥(,)+∞)) ∩ (𝐹 “ (-∞(,)𝑦))) ∈ dom vol)
6350, 62eqeltrd 2730 . . . . . 6 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → (𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)) ∈ dom vol)
64 imaeq2 5497 . . . . . . 7 (𝑧 = (𝑥(,)𝑦) → (𝐹𝑧) = (𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)))
6564eleq1d 2715 . . . . . 6 (𝑧 = (𝑥(,)𝑦) → ((𝐹𝑧) ∈ dom vol ↔ (𝐹 “ (𝑥(,)𝑦)) ∈ dom vol))
6663, 65syl5ibrcom 237 . . . . 5 ((𝜑 ∧ (𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ*)) → (𝑧 = (𝑥(,)𝑦) → (𝐹𝑧) ∈ dom vol))
6766rexlimdvva 3067 . . . 4 (𝜑 → (∃𝑥 ∈ ℝ*𝑦 ∈ ℝ* 𝑧 = (𝑥(,)𝑦) → (𝐹𝑧) ∈ dom vol))
684, 67syl5bi 232 . . 3 (𝜑 → (𝑧 ∈ ran (,) → (𝐹𝑧) ∈ dom vol))
6968ralrimiv 2994 . 2 (𝜑 → ∀𝑧 ∈ ran (,)(𝐹𝑧) ∈ dom vol)
70 ismbf 23442 . . 3 (𝐹:𝐴⟶ℝ → (𝐹 ∈ MblFn ↔ ∀𝑧 ∈ ran (,)(𝐹𝑧) ∈ dom vol))
7144, 70syl 17 . 2 (𝜑 → (𝐹 ∈ MblFn ↔ ∀𝑧 ∈ ran (,)(𝐹𝑧) ∈ dom vol))
7269, 71mpbird 247 1 (𝜑𝐹 ∈ MblFn)
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wb 196  wa 383   = wceq 1523  wcel 2030  wral 2941  wrex 2942  cin 3606  ifcif 4119  𝒫 cpw 4191   class class class wbr 4685   × cxp 5141  ccnv 5142  dom cdm 5143  ran crn 5144  cima 5146  Fun wfun 5920   Fn wfn 5921  wf 5922  (class class class)co 6690  cr 9973  +∞cpnf 10109  -∞cmnf 10110  *cxr 10111  cle 10113  (,)cioo 12213  volcvol 23278  MblFncmbf 23428
This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1762  ax-4 1777  ax-5 1879  ax-6 1945  ax-7 1981  ax-8 2032  ax-9 2039  ax-10 2059  ax-11 2074  ax-12 2087  ax-13 2282  ax-ext 2631  ax-rep 4804  ax-sep 4814  ax-nul 4822  ax-pow 4873  ax-pr 4936  ax-un 6991  ax-inf2 8576  ax-cnex 10030  ax-resscn 10031  ax-1cn 10032  ax-icn 10033  ax-addcl 10034  ax-addrcl 10035  ax-mulcl 10036  ax-mulrcl 10037  ax-mulcom 10038  ax-addass 10039  ax-mulass 10040  ax-distr 10041  ax-i2m1 10042  ax-1ne0 10043  ax-1rid 10044  ax-rnegex 10045  ax-rrecex 10046  ax-cnre 10047  ax-pre-lttri 10048  ax-pre-lttrn 10049  ax-pre-ltadd 10050  ax-pre-mulgt0 10051  ax-pre-sup 10052
This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 384  df-an 385  df-3or 1055  df-3an 1056  df-tru 1526  df-fal 1529  df-ex 1745  df-nf 1750  df-sb 1938  df-eu 2502  df-mo 2503  df-clab 2638  df-cleq 2644  df-clel 2647  df-nfc 2782  df-ne 2824  df-nel 2927  df-ral 2946  df-rex 2947  df-reu 2948  df-rmo 2949  df-rab 2950  df-v 3233  df-sbc 3469  df-csb 3567  df-dif 3610  df-un 3612  df-in 3614  df-ss 3621  df-pss 3623  df-nul 3949  df-if 4120  df-pw 4193  df-sn 4211  df-pr 4213  df-tp 4215  df-op 4217  df-uni 4469  df-int 4508  df-iun 4554  df-br 4686  df-opab 4746  df-mpt 4763  df-tr 4786  df-id 5053  df-eprel 5058  df-po 5064  df-so 5065  df-fr 5102  df-se 5103  df-we 5104  df-xp 5149  df-rel 5150  df-cnv 5151  df-co 5152  df-dm 5153  df-rn 5154  df-res 5155  df-ima 5156  df-pred 5718  df-ord 5764  df-on 5765  df-lim 5766  df-suc 5767  df-iota 5889  df-fun 5928  df-fn 5929  df-f 5930  df-f1 5931  df-fo 5932  df-f1o 5933  df-fv 5934  df-isom 5935  df-riota 6651  df-ov 6693  df-oprab 6694  df-mpt2 6695  df-of 6939  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-2o 7606  df-oadd 7609  df-er 7787  df-map 7901  df-pm 7902  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-sup 8389  df-inf 8390  df-oi 8456  df-card 8803  df-cda 9028  df-pnf 10114  df-mnf 10115  df-xr 10116  df-ltxr 10117  df-le 10118  df-sub 10306  df-neg 10307  df-div 10723  df-nn 11059  df-2 11117  df-3 11118  df-n0 11331  df-z 11416  df-uz 11726  df-q 11827  df-rp 11871  df-xadd 11985  df-ioo 12217  df-ico 12219  df-icc 12220  df-fz 12365  df-fzo 12505  df-fl 12633  df-seq 12842  df-exp 12901  df-hash 13158  df-cj 13883  df-re 13884  df-im 13885  df-sqrt 14019  df-abs 14020  df-clim 14263  df-sum 14461  df-xmet 19787  df-met 19788  df-ovol 23279  df-vol 23280  df-mbf 23433
This theorem is referenced by:  ismbf2d  23453  mbfmax  23461
  Copyright terms: Public domain W3C validator