Theorem ovolval5 40869

Description: The value of the Lebesgue outer measure for subsets of the reals, using covers of left-closed right-open intervals are used, instead of open intervals. (Contributed by Glauco Siliprandi, 3-Mar-2021.)

Hypotheses

Ref	Expression
ovolval5.a	⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
ovolval5.m	⊢ 𝑀 = {𝑦 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ([,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ [,)) ∘ 𝑓)))}

Assertion

Ref	Expression
ovolval5	⊢ (𝜑 → (vol*‘𝐴) = inf(𝑀, ℝ*, < ))

Distinct variable groups:   𝐴,𝑓,𝑦   𝑦,𝑀   𝜑,𝑦

Allowed substitution hints:   𝜑(𝑓)   𝑀(𝑓)

Proof of Theorem ovolval5

Dummy variables 𝑥 𝑔 𝑧 are mutually distinct and distinct from all other variables.

Step	Hyp	Ref	Expression
1		ovolval5.a	. . 3 ⊢ (𝜑 → 𝐴 ⊆ ℝ)
2		eqeq1 2626	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)) ↔ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))))
3	2	anbi2d 740	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → ((𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ (𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))))
4	3	rexbidv 3052	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))))
5		coeq2 5280	. . . . . . . . . . 11 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ((,) ∘ 𝑔) = ((,) ∘ 𝑓))
6	5	rneqd 5353	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ran ((,) ∘ 𝑔) = ran ((,) ∘ 𝑓))
7	6	unieqd 4446	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) = ∪ ran ((,) ∘ 𝑓))
8	7	sseq2d 3633	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → (𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ↔ 𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓)))
9		coeq2 5280	. . . . . . . . . 10 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔) = ((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))
10	9	fveq2d 6195	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)) = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))
11	10	eqeq2d 2632	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → (𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)) ↔ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))))
12	8, 11	anbi12d 747	. . . . . . 7 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ((𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ (𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
13	12	cbvrexv 3172	. . . . . 6 ⊢ (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))))
14	13	a1i 11	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
15	4, 14	bitrd 268	. . . 4 ⊢ (𝑥 = 𝑦 → (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
16	15	cbvrabv 3199	. . 3 ⊢ {𝑥 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))} = {𝑦 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))}
17	1, 16	ovolval4 40865	. 2 ⊢ (𝜑 → (vol*‘𝐴) = inf({𝑥 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))}, ℝ*, < ))
18		ovolval5.m	. . . 4 ⊢ 𝑀 = {𝑦 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ([,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑦 = (Σ^‘((vol ∘ [,)) ∘ 𝑓)))}
19	10	eqeq2d 2632	. . . . . . . . 9 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → (𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)) ↔ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))))
20	8, 19	anbi12d 747	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑔 = 𝑓 → ((𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ (𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
21	20	cbvrexv 3172	. . . . . . 7 ⊢ (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))))
22	21	a1i 11	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
23		eqeq1 2626	. . . . . . . 8 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)) ↔ 𝑧 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))))
24	23	anbi2d 740	. . . . . . 7 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → ((𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))) ↔ (𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑧 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
25	24	rexbidv 3052	. . . . . 6 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑧 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
26	22, 25	bitrd 268	. . . . 5 ⊢ (𝑥 = 𝑧 → (∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔))) ↔ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑧 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))))
27	26	cbvrabv 3199	. . . 4 ⊢ {𝑥 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))} = {𝑧 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑓 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑓) ∧ 𝑧 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑓)))}
28	18, 27	ovolval5lem3 40868	. . 3 ⊢ inf({𝑥 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))}, ℝ*, < ) = inf(𝑀, ℝ*, < )
29	28	a1i 11	. 2 ⊢ (𝜑 → inf({𝑥 ∈ ℝ* ∣ ∃𝑔 ∈ ((ℝ × ℝ) ↑𝑚 ℕ)(𝐴 ⊆ ∪ ran ((,) ∘ 𝑔) ∧ 𝑥 = (Σ^‘((vol ∘ (,)) ∘ 𝑔)))}, ℝ*, < ) = inf(𝑀, ℝ*, < ))
30	17, 29	eqtrd 2656	1 ⊢ (𝜑 → (vol*‘𝐴) = inf(𝑀, ℝ*, < ))

Syntax hints:   → wi 4   ↔ wb 196   ∧ wa 384   = wceq 1483  ∃wrex 2913  {crab 2916   ⊆ wss 3574  ∪ cuni 4436   × cxp 5112  ran crn 5115   ∘ ccom 5118  ‘cfv 5888  (class class class)co 6650   ↑_𝑚 cmap 7857  infcinf 8347  ℝcr 9935  ℝ^*cxr 10073   < clt 10074  ℕcn 11020  (,)cioo 12175  [,)cico 12177  vol*covol 23231  volcvol 23232  Σ^{^}csumge0 40579

This theorem was proved from axioms:  ax-mp 5  ax-1 6  ax-2 7  ax-3 8  ax-gen 1722  ax-4 1737  ax-5 1839  ax-6 1888  ax-7 1935  ax-8 1992  ax-9 1999  ax-10 2019  ax-11 2034  ax-12 2047  ax-13 2246  ax-ext 2602  ax-rep 4771  ax-sep 4781  ax-nul 4789  ax-pow 4843  ax-pr 4906  ax-un 6949  ax-inf2 8538  ax-cnex 9992  ax-resscn 9993  ax-1cn 9994  ax-icn 9995  ax-addcl 9996  ax-addrcl 9997  ax-mulcl 9998  ax-mulrcl 9999  ax-mulcom 10000  ax-addass 10001  ax-mulass 10002  ax-distr 10003  ax-i2m1 10004  ax-1ne0 10005  ax-1rid 10006  ax-rnegex 10007  ax-rrecex 10008  ax-cnre 10009  ax-pre-lttri 10010  ax-pre-lttrn 10011  ax-pre-ltadd 10012  ax-pre-mulgt0 10013  ax-pre-sup 10014

This theorem depends on definitions:  df-bi 197  df-or 385  df-an 386  df-3or 1038  df-3an 1039  df-tru 1486  df-fal 1489  df-ex 1705  df-nf 1710  df-sb 1881  df-eu 2474  df-mo 2475  df-clab 2609  df-cleq 2615  df-clel 2618  df-nfc 2753  df-ne 2795  df-nel 2898  df-ral 2917  df-rex 2918  df-reu 2919  df-rmo 2920  df-rab 2921  df-v 3202  df-sbc 3436  df-csb 3534  df-dif 3577  df-un 3579  df-in 3581  df-ss 3588  df-pss 3590  df-nul 3916  df-if 4087  df-pw 4160  df-sn 4178  df-pr 4180  df-tp 4182  df-op 4184  df-uni 4437  df-int 4476  df-iun 4522  df-br 4654  df-opab 4713  df-mpt 4730  df-tr 4753  df-id 5024  df-eprel 5029  df-po 5035  df-so 5036  df-fr 5073  df-se 5074  df-we 5075  df-xp 5120  df-rel 5121  df-cnv 5122  df-co 5123  df-dm 5124  df-rn 5125  df-res 5126  df-ima 5127  df-pred 5680  df-ord 5726  df-on 5727  df-lim 5728  df-suc 5729  df-iota 5851  df-fun 5890  df-fn 5891  df-f 5892  df-f1 5893  df-fo 5894  df-f1o 5895  df-fv 5896  df-isom 5897  df-riota 6611  df-ov 6653  df-oprab 6654  df-mpt2 6655  df-of 6897  df-om 7066  df-1st 7168  df-2nd 7169  df-wrecs 7407  df-recs 7468  df-rdg 7506  df-1o 7560  df-2o 7561  df-oadd 7564  df-er 7742  df-map 7859  df-pm 7860  df-en 7956  df-dom 7957  df-sdom 7958  df-fin 7959  df-fi 8317  df-sup 8348  df-inf 8349  df-oi 8415  df-card 8765  df-cda 8990  df-pnf 10076  df-mnf 10077  df-xr 10078  df-ltxr 10079  df-le 10080  df-sub 10268  df-neg 10269  df-div 10685  df-nn 11021  df-2 11079  df-3 11080  df-n0 11293  df-z 11378  df-uz 11688  df-q 11789  df-rp 11833  df-xneg 11946  df-xadd 11947  df-xmul 11948  df-ioo 12179  df-ico 12181  df-icc 12182  df-fz 12327  df-fzo 12466  df-fl 12593  df-seq 12802  df-exp 12861  df-hash 13118  df-cj 13839  df-re 13840  df-im 13841  df-sqrt 13975  df-abs 13976  df-clim 14219  df-rlim 14220  df-sum 14417  df-rest 16083  df-topgen 16104  df-psmet 19738  df-xmet 19739  df-met 19740  df-bl 19741  df-mopn 19742  df-top 20699  df-topon 20716  df-bases 20750  df-cmp 21190  df-ovol 23233  df-vol 23234  df-sumge0 40580

This theorem is referenced by:  ovnovollem3  40872