MPE Home Metamath Proof Explorer < Previous   Next >
Nearby theorems
Mirrors  >  Home  >  MPE Home  >  Th. List  >  itgulm2 Structured version   Visualization version   GIF version

Theorem itgulm2 24208
Description: A uniform limit of integrals of integrable functions converges to the integral of the limit function. (Contributed by Mario Carneiro, 18-Mar-2015.)
Hypotheses
Ref Expression
itgulm2.z 𝑍 = (ℤ𝑀)
itgulm2.m (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
itgulm2.c ((𝜑𝑘𝑍) → (𝑥𝑆𝐴) ∈ (𝑆cn→ℂ))
itgulm2.l ((𝜑𝑘𝑍) → (𝑥𝑆𝐴) ∈ 𝐿1)
itgulm2.u (𝜑 → (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))(⇝𝑢𝑆)(𝑥𝑆𝐵))
itgulm2.s (𝜑 → (vol‘𝑆) ∈ ℝ)
Assertion
Ref Expression
itgulm2 (𝜑 → ((𝑥𝑆𝐵) ∈ 𝐿1 ∧ (𝑘𝑍 ↦ ∫𝑆𝐴 d𝑥) ⇝ ∫𝑆𝐵 d𝑥))
Distinct variable groups:   𝑥,𝑘,𝜑   𝑆,𝑘,𝑥   𝑘,𝑍,𝑥
Allowed substitution hints:   𝐴(𝑥,𝑘)   𝐵(𝑥,𝑘)   𝑀(𝑥,𝑘)

Proof of Theorem itgulm2
Dummy variables 𝑧 𝑛 are mutually distinct and distinct from all other variables.
StepHypRef Expression
1 itgulm2.z . . 3 𝑍 = (ℤ𝑀)
2 itgulm2.m . . 3 (𝜑𝑀 ∈ ℤ)
3 itgulm2.l . . . 4 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝑥𝑆𝐴) ∈ 𝐿1)
4 eqid 2651 . . . 4 (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴)) = (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))
53, 4fmptd 6425 . . 3 (𝜑 → (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴)):𝑍⟶𝐿1)
6 itgulm2.u . . 3 (𝜑 → (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))(⇝𝑢𝑆)(𝑥𝑆𝐵))
7 itgulm2.s . . 3 (𝜑 → (vol‘𝑆) ∈ ℝ)
81, 2, 5, 6, 7iblulm 24206 . 2 (𝜑 → (𝑥𝑆𝐵) ∈ 𝐿1)
91, 2, 5, 6, 7itgulm 24207 . . 3 (𝜑 → (𝑛𝑍 ↦ ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑧) d𝑧) ⇝ ∫𝑆((𝑥𝑆𝐵)‘𝑧) d𝑧)
10 nfcv 2793 . . . . . 6 𝑘𝑆
11 nffvmpt1 6237 . . . . . . 7 𝑘((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)
12 nfcv 2793 . . . . . . 7 𝑘𝑧
1311, 12nffv 6236 . . . . . 6 𝑘(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑧)
1410, 13nfitg 23586 . . . . 5 𝑘𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑧) d𝑧
15 nfcv 2793 . . . . 5 𝑛𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘)‘𝑥) d𝑥
16 fveq2 6229 . . . . . . 7 (𝑧 = 𝑥 → (((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑧) = (((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑥))
17 nfcv 2793 . . . . . . . . . 10 𝑥𝑍
18 nfmpt1 4780 . . . . . . . . . 10 𝑥(𝑥𝑆𝐴)
1917, 18nfmpt 4779 . . . . . . . . 9 𝑥(𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))
20 nfcv 2793 . . . . . . . . 9 𝑥𝑛
2119, 20nffv 6236 . . . . . . . 8 𝑥((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)
22 nfcv 2793 . . . . . . . 8 𝑥𝑧
2321, 22nffv 6236 . . . . . . 7 𝑥(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑧)
24 nfcv 2793 . . . . . . 7 𝑧(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑥)
2516, 23, 24cbvitg 23587 . . . . . 6 𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑧) d𝑧 = ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑥) d𝑥
26 fveq2 6229 . . . . . . . . 9 (𝑛 = 𝑘 → ((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛) = ((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘))
2726fveq1d 6231 . . . . . . . 8 (𝑛 = 𝑘 → (((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑥) = (((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘)‘𝑥))
2827adantr 480 . . . . . . 7 ((𝑛 = 𝑘𝑥𝑆) → (((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑥) = (((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘)‘𝑥))
2928itgeq2dv 23593 . . . . . 6 (𝑛 = 𝑘 → ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑥) d𝑥 = ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘)‘𝑥) d𝑥)
3025, 29syl5eq 2697 . . . . 5 (𝑛 = 𝑘 → ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑧) d𝑧 = ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘)‘𝑥) d𝑥)
3114, 15, 30cbvmpt 4782 . . . 4 (𝑛𝑍 ↦ ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑧) d𝑧) = (𝑘𝑍 ↦ ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘)‘𝑥) d𝑥)
32 simplr 807 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑥𝑆) → 𝑘𝑍)
33 ulmscl 24178 . . . . . . . . . . 11 ((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))(⇝𝑢𝑆)(𝑥𝑆𝐵) → 𝑆 ∈ V)
34 mptexg 6525 . . . . . . . . . . 11 (𝑆 ∈ V → (𝑥𝑆𝐴) ∈ V)
356, 33, 343syl 18 . . . . . . . . . 10 (𝜑 → (𝑥𝑆𝐴) ∈ V)
3635ad2antrr 762 . . . . . . . . 9 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑥𝑆) → (𝑥𝑆𝐴) ∈ V)
374fvmpt2 6330 . . . . . . . . 9 ((𝑘𝑍 ∧ (𝑥𝑆𝐴) ∈ V) → ((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘) = (𝑥𝑆𝐴))
3832, 36, 37syl2anc 694 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑥𝑆) → ((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘) = (𝑥𝑆𝐴))
3938fveq1d 6231 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑥𝑆) → (((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘)‘𝑥) = ((𝑥𝑆𝐴)‘𝑥))
40 simpr 476 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑥𝑆) → 𝑥𝑆)
4135ralrimivw 2996 . . . . . . . . . . . . . . 15 (𝜑 → ∀𝑘𝑍 (𝑥𝑆𝐴) ∈ V)
424fnmpt 6058 . . . . . . . . . . . . . . 15 (∀𝑘𝑍 (𝑥𝑆𝐴) ∈ V → (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴)) Fn 𝑍)
4341, 42syl 17 . . . . . . . . . . . . . 14 (𝜑 → (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴)) Fn 𝑍)
44 ulmf2 24183 . . . . . . . . . . . . . 14 (((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴)) Fn 𝑍 ∧ (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))(⇝𝑢𝑆)(𝑥𝑆𝐵)) → (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴)):𝑍⟶(ℂ ↑𝑚 𝑆))
4543, 6, 44syl2anc 694 . . . . . . . . . . . . 13 (𝜑 → (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴)):𝑍⟶(ℂ ↑𝑚 𝑆))
464fmpt 6421 . . . . . . . . . . . . 13 (∀𝑘𝑍 (𝑥𝑆𝐴) ∈ (ℂ ↑𝑚 𝑆) ↔ (𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴)):𝑍⟶(ℂ ↑𝑚 𝑆))
4745, 46sylibr 224 . . . . . . . . . . . 12 (𝜑 → ∀𝑘𝑍 (𝑥𝑆𝐴) ∈ (ℂ ↑𝑚 𝑆))
4847r19.21bi 2961 . . . . . . . . . . 11 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝑥𝑆𝐴) ∈ (ℂ ↑𝑚 𝑆))
49 elmapi 7921 . . . . . . . . . . 11 ((𝑥𝑆𝐴) ∈ (ℂ ↑𝑚 𝑆) → (𝑥𝑆𝐴):𝑆⟶ℂ)
5048, 49syl 17 . . . . . . . . . 10 ((𝜑𝑘𝑍) → (𝑥𝑆𝐴):𝑆⟶ℂ)
51 eqid 2651 . . . . . . . . . . 11 (𝑥𝑆𝐴) = (𝑥𝑆𝐴)
5251fmpt 6421 . . . . . . . . . 10 (∀𝑥𝑆 𝐴 ∈ ℂ ↔ (𝑥𝑆𝐴):𝑆⟶ℂ)
5350, 52sylibr 224 . . . . . . . . 9 ((𝜑𝑘𝑍) → ∀𝑥𝑆 𝐴 ∈ ℂ)
5453r19.21bi 2961 . . . . . . . 8 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑥𝑆) → 𝐴 ∈ ℂ)
5551fvmpt2 6330 . . . . . . . 8 ((𝑥𝑆𝐴 ∈ ℂ) → ((𝑥𝑆𝐴)‘𝑥) = 𝐴)
5640, 54, 55syl2anc 694 . . . . . . 7 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑥𝑆) → ((𝑥𝑆𝐴)‘𝑥) = 𝐴)
5739, 56eqtrd 2685 . . . . . 6 (((𝜑𝑘𝑍) ∧ 𝑥𝑆) → (((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘)‘𝑥) = 𝐴)
5857itgeq2dv 23593 . . . . 5 ((𝜑𝑘𝑍) → ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘)‘𝑥) d𝑥 = ∫𝑆𝐴 d𝑥)
5958mpteq2dva 4777 . . . 4 (𝜑 → (𝑘𝑍 ↦ ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑘)‘𝑥) d𝑥) = (𝑘𝑍 ↦ ∫𝑆𝐴 d𝑥))
6031, 59syl5eq 2697 . . 3 (𝜑 → (𝑛𝑍 ↦ ∫𝑆(((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))‘𝑛)‘𝑧) d𝑧) = (𝑘𝑍 ↦ ∫𝑆𝐴 d𝑥))
61 fveq2 6229 . . . . 5 (𝑧 = 𝑥 → ((𝑥𝑆𝐵)‘𝑧) = ((𝑥𝑆𝐵)‘𝑥))
62 nffvmpt1 6237 . . . . 5 𝑥((𝑥𝑆𝐵)‘𝑧)
63 nfcv 2793 . . . . 5 𝑧((𝑥𝑆𝐵)‘𝑥)
6461, 62, 63cbvitg 23587 . . . 4 𝑆((𝑥𝑆𝐵)‘𝑧) d𝑧 = ∫𝑆((𝑥𝑆𝐵)‘𝑥) d𝑥
65 simpr 476 . . . . . 6 ((𝜑𝑥𝑆) → 𝑥𝑆)
66 ulmcl 24180 . . . . . . . . 9 ((𝑘𝑍 ↦ (𝑥𝑆𝐴))(⇝𝑢𝑆)(𝑥𝑆𝐵) → (𝑥𝑆𝐵):𝑆⟶ℂ)
676, 66syl 17 . . . . . . . 8 (𝜑 → (𝑥𝑆𝐵):𝑆⟶ℂ)
68 eqid 2651 . . . . . . . . 9 (𝑥𝑆𝐵) = (𝑥𝑆𝐵)
6968fmpt 6421 . . . . . . . 8 (∀𝑥𝑆 𝐵 ∈ ℂ ↔ (𝑥𝑆𝐵):𝑆⟶ℂ)
7067, 69sylibr 224 . . . . . . 7 (𝜑 → ∀𝑥𝑆 𝐵 ∈ ℂ)
7170r19.21bi 2961 . . . . . 6 ((𝜑𝑥𝑆) → 𝐵 ∈ ℂ)
7268fvmpt2 6330 . . . . . 6 ((𝑥𝑆𝐵 ∈ ℂ) → ((𝑥𝑆𝐵)‘𝑥) = 𝐵)
7365, 71, 72syl2anc 694 . . . . 5 ((𝜑𝑥𝑆) → ((𝑥𝑆𝐵)‘𝑥) = 𝐵)
7473itgeq2dv 23593 . . . 4 (𝜑 → ∫𝑆((𝑥𝑆𝐵)‘𝑥) d𝑥 = ∫𝑆𝐵 d𝑥)
7564, 74syl5eq 2697 . . 3 (𝜑 → ∫𝑆((𝑥𝑆𝐵)‘𝑧) d𝑧 = ∫𝑆𝐵 d𝑥)
769, 60, 753brtr3d 4716 . 2 (𝜑 → (𝑘𝑍 ↦ ∫𝑆𝐴 d𝑥) ⇝ ∫𝑆𝐵 d𝑥)
778, 76jca 553 1 (𝜑 → ((𝑥𝑆𝐵) ∈ 𝐿1 ∧ (𝑘𝑍 ↦ ∫𝑆𝐴 d𝑥) ⇝ ∫𝑆𝐵 d𝑥))
Colors of variables: wff setvar class
Syntax hints:  wi 4  wa 383   = wceq 1523  wcel 2030  wral 2941  Vcvv 3231   class class class wbr 4685  cmpt 4762   Fn wfn 5921  wf 5922  cfv 5926  (class class class)co 6690  𝑚 cmap 7899  cc 9972  cr 9973  cz 11415  cuz 11725  cli 14259  cnccncf 22726  volcvol 23278  𝐿1cibl 23431  citg 23432  𝑢culm 24175
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-cc 9295  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  ax-addf 10053  ax-mulf 10054
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-iin 4555  df-disj 4653  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-ofr 6940  df-om 7108  df-1st 7210  df-2nd 7211  df-supp 7341  df-wrecs 7452  df-recs 7513  df-rdg 7551  df-1o 7605  df-2o 7606  df-oadd 7609  df-omul 7610  df-er 7787  df-map 7901  df-pm 7902  df-ixp 7951  df-en 7998  df-dom 7999  df-sdom 8000  df-fin 8001  df-fsupp 8317  df-fi 8358  df-sup 8389  df-inf 8390  df-oi 8456  df-card 8803  df-acn 8806  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-4 11119  df-5 11120  df-6 11121  df-7 11122  df-8 11123  df-9 11124  df-n0 11331  df-z 11416  df-dec 11532  df-uz 11726  df-q 11827  df-rp 11871  df-xneg 11984  df-xadd 11985  df-xmul 11986  df-ioo 12217  df-ioc 12218  df-ico 12219  df-icc 12220  df-fz 12365  df-fzo 12505  df-fl 12633  df-mod 12709  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-limsup 14246  df-clim 14263  df-rlim 14264  df-sum 14461  df-struct 15906  df-ndx 15907  df-slot 15908  df-base 15910  df-sets 15911  df-ress 15912  df-plusg 16001  df-mulr 16002  df-starv 16003  df-sca 16004  df-vsca 16005  df-ip 16006  df-tset 16007  df-ple 16008  df-ds 16011  df-unif 16012  df-hom 16013  df-cco 16014  df-rest 16130  df-topn 16131  df-0g 16149  df-gsum 16150  df-topgen 16151  df-pt 16152  df-prds 16155  df-xrs 16209  df-qtop 16214  df-imas 16215  df-xps 16217  df-mre 16293  df-mrc 16294  df-acs 16296  df-mgm 17289  df-sgrp 17331  df-mnd 17342  df-submnd 17383  df-mulg 17588  df-cntz 17796  df-cmn 18241  df-psmet 19786  df-xmet 19787  df-met 19788  df-bl 19789  df-mopn 19790  df-cnfld 19795  df-top 20747  df-topon 20764  df-topsp 20785  df-bases 20798  df-cn 21079  df-cnp 21080  df-cmp 21238  df-tx 21413  df-hmeo 21606  df-xms 22172  df-ms 22173  df-tms 22174  df-cncf 22728  df-ovol 23279  df-vol 23280  df-mbf 23433  df-itg1 23434  df-itg2 23435  df-ibl 23436  df-itg 23437  df-0p 23482  df-ulm 24176
This theorem is referenced by: (None)
  Copyright terms: Public domain W3C validator