Metamath Proof Explorer


Theorem carageniuncllem2

Description: The Caratheodory's construction is closed under countable union. Step (d) in the proof of Theorem 113C of Fremlin1 p. 20. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses carageniuncllem2.o φOOutMeas
carageniuncllem2.s S=CaraGenO
carageniuncllem2.x X=domO
carageniuncllem2.a φAX
carageniuncllem2.re φOA
carageniuncllem2.m φM
carageniuncllem2.z Z=M
carageniuncllem2.e φE:ZS
carageniuncllem2.y φY+
carageniuncllem2.g G=nZi=MnEi
carageniuncllem2.f F=nZEniM..^nEi
Assertion carageniuncllem2 φOAnZEn+𝑒OAnZEnOA+Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 carageniuncllem2.o φOOutMeas
2 carageniuncllem2.s S=CaraGenO
3 carageniuncllem2.x X=domO
4 carageniuncllem2.a φAX
5 carageniuncllem2.re φOA
6 carageniuncllem2.m φM
7 carageniuncllem2.z Z=M
8 carageniuncllem2.e φE:ZS
9 carageniuncllem2.y φY+
10 carageniuncllem2.g G=nZi=MnEi
11 carageniuncllem2.f F=nZEniM..^nEi
12 inss1 AnZEnA
13 12 a1i φAnZEnA
14 1 3 4 5 13 omessre φOAnZEn
15 difssd φAnZEnA
16 1 3 4 5 15 omessre φOAnZEn
17 rexadd OAnZEnOAnZEnOAnZEn+𝑒OAnZEn=OAnZEn+OAnZEn
18 14 16 17 syl2anc φOAnZEn+𝑒OAnZEn=OAnZEn+OAnZEn
19 ssinss1 AXAFnX
20 4 19 syl φAFnX
21 1 3 unidmex φXV
22 ssexg AXXVAV
23 4 21 22 syl2anc φAV
24 inex1g AVAFnV
25 23 24 syl φAFnV
26 elpwg AFnVAFn𝒫XAFnX
27 25 26 syl φAFn𝒫XAFnX
28 20 27 mpbird φAFn𝒫X
29 28 adantr φnZAFn𝒫X
30 eqid nZAFn=nZAFn
31 29 30 fmptd φnZAFn:Z𝒫X
32 fveq2 k=nFk=Fn
33 32 ineq2d k=nAFk=AFn
34 33 cbvmptv kZAFk=nZAFn
35 34 feq1i kZAFk:Z𝒫XnZAFn:Z𝒫X
36 35 a1i φkZAFk:Z𝒫XnZAFn:Z𝒫X
37 31 36 mpbird φkZAFk:Z𝒫X
38 simpr φnZnZ
39 25 adantr φnZAFnV
40 34 fvmpt2 nZAFnVkZAFkn=AFn
41 38 39 40 syl2anc φnZkZAFkn=AFn
42 41 iuneq2dv φnZkZAFkn=nZAFn
43 42 fveq2d φOnZkZAFkn=OnZAFn
44 nfv nφ
45 44 7 8 11 iundjiun φmZn=MmFn=n=MmEnnZFn=nZEnDisjnZFn
46 45 simplrd φnZFn=nZEn
47 46 eqcomd φnZEn=nZFn
48 47 ineq2d φAnZEn=AnZFn
49 iunin2 nZAFn=AnZFn
50 49 eqcomi AnZFn=nZAFn
51 50 a1i φAnZFn=nZAFn
52 48 51 eqtrd φAnZEn=nZAFn
53 52 fveq2d φOAnZEn=OnZAFn
54 53 14 eqeltrrd φOnZAFn
55 43 54 eqeltrd φOnZkZAFkn
56 1 3 7 37 55 9 omeiunltfirp φz𝒫ZFinOnZkZAFkn<nzOkZAFkn+Y
57 43 adantr φz𝒫ZFinOnZkZAFkn=OnZAFn
58 elpwinss z𝒫ZFinzZ
59 58 adantr z𝒫ZFinnzzZ
60 simpr z𝒫ZFinnznz
61 59 60 sseldd z𝒫ZFinnznZ
62 61 adantll φz𝒫ZFinnznZ
63 25 ad2antrr φz𝒫ZFinnzAFnV
64 62 63 40 syl2anc φz𝒫ZFinnzkZAFkn=AFn
65 64 fveq2d φz𝒫ZFinnzOkZAFkn=OAFn
66 65 sumeq2dv φz𝒫ZFinnzOkZAFkn=nzOAFn
67 66 oveq1d φz𝒫ZFinnzOkZAFkn+Y=nzOAFn+Y
68 57 67 breq12d φz𝒫ZFinOnZkZAFkn<nzOkZAFkn+YOnZAFn<nzOAFn+Y
69 68 biimpd φz𝒫ZFinOnZkZAFkn<nzOkZAFkn+YOnZAFn<nzOAFn+Y
70 69 reximdva φz𝒫ZFinOnZkZAFkn<nzOkZAFkn+Yz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+Y
71 56 70 mpd φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+Y
72 6 adantr φz𝒫ZFinM
73 58 adantl φz𝒫ZFinzZ
74 elinel2 z𝒫ZFinzFin
75 74 adantl φz𝒫ZFinzFin
76 72 7 73 75 uzfissfz φz𝒫ZFinkZzMk
77 76 adantr φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YkZzMk
78 54 ad3antrrr φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YzMkOnZAFn
79 fzfid zMkMkFin
80 id zMkzMk
81 ssfi MkFinzMkzFin
82 79 80 81 syl2anc zMkzFin
83 82 adantl φzMkzFin
84 1 ad2antrr φzMknzOOutMeas
85 4 ad2antrr φzMknzAX
86 5 ad2antrr φzMknzOA
87 inss1 AFnA
88 87 a1i φzMknzAFnA
89 84 3 85 86 88 omessre φzMknzOAFn
90 83 89 fsumrecl φzMknzOAFn
91 9 rpred φY
92 91 adantr φzMkY
93 90 92 readdcld φzMknzOAFn+Y
94 93 ad4ant14 φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YzMknzOAFn+Y
95 fzfid φMkFin
96 87 a1i φAFnA
97 1 3 4 5 96 omessre φOAFn
98 97 adantr φnMkOAFn
99 95 98 fsumrecl φn=MkOAFn
100 99 adantr φz𝒫ZFinn=MkOAFn
101 91 adantr φz𝒫ZFinY
102 100 101 readdcld φz𝒫ZFinn=MkOAFn+Y
103 102 ad2antrr φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YzMkn=MkOAFn+Y
104 simplr φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YzMkOnZAFn<nzOAFn+Y
105 99 adantr φzMkn=MkOAFn
106 fzfid φzMkMkFin
107 98 adantlr φzMknMkOAFn
108 0xr 0*
109 108 a1i φnMk0*
110 pnfxr +∞*
111 110 a1i φnMk+∞*
112 1 3 20 omecl φOAFn0+∞
113 112 adantr φnMkOAFn0+∞
114 iccgelb 0*+∞*OAFn0+∞0OAFn
115 109 111 113 114 syl3anc φnMk0OAFn
116 115 adantlr φzMknMk0OAFn
117 simpr φzMkzMk
118 106 107 116 117 fsumless φzMknzOAFnn=MkOAFn
119 90 105 92 118 leadd1dd φzMknzOAFn+Yn=MkOAFn+Y
120 119 ad4ant14 φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YzMknzOAFn+Yn=MkOAFn+Y
121 78 94 103 104 120 ltletrd φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YzMkOnZAFn<n=MkOAFn+Y
122 121 ex φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YzMkOnZAFn<n=MkOAFn+Y
123 122 reximdv φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YkZzMkkZOnZAFn<n=MkOAFn+Y
124 77 123 mpd φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YkZOnZAFn<n=MkOAFn+Y
125 124 rexlimdva2 φz𝒫ZFinOnZAFn<nzOAFn+YkZOnZAFn<n=MkOAFn+Y
126 71 125 mpd φkZOnZAFn<n=MkOAFn+Y
127 53 ad2antrr φkZOnZAFn<n=MkOAFn+YOAnZEn=OnZAFn
128 simpr φkZOnZAFn<n=MkOAFn+YOnZAFn<n=MkOAFn+Y
129 127 128 eqbrtrd φkZOnZAFn<n=MkOAFn+YOAnZEn<n=MkOAFn+Y
130 129 ex φkZOnZAFn<n=MkOAFn+YOAnZEn<n=MkOAFn+Y
131 130 reximdva φkZOnZAFn<n=MkOAFn+YkZOAnZEn<n=MkOAFn+Y
132 126 131 mpd φkZOAnZEn<n=MkOAFn+Y
133 simpr φkZOAnZEn<n=MkOAFn+YOAnZEn<n=MkOAFn+Y
134 1 adantr φkZOOutMeas
135 4 adantr φkZAX
136 5 adantr φkZOA
137 8 adantr φkZE:ZS
138 simpr φkZkZ
139 134 2 3 135 136 7 137 10 11 138 carageniuncllem1 φkZn=MkOAFn=OAGk
140 139 oveq1d φkZn=MkOAFn+Y=OAGk+Y
141 140 adantr φkZOAnZEn<n=MkOAFn+Yn=MkOAFn+Y=OAGk+Y
142 133 141 breqtrd φkZOAnZEn<n=MkOAFn+YOAnZEn<OAGk+Y
143 142 ex φkZOAnZEn<n=MkOAFn+YOAnZEn<OAGk+Y
144 143 reximdva φkZOAnZEn<n=MkOAFn+YkZOAnZEn<OAGk+Y
145 132 144 mpd φkZOAnZEn<OAGk+Y
146 14 3ad2ant1 φkZOAnZEn<OAGk+YOAnZEn
147 16 3ad2ant1 φkZOAnZEn<OAGk+YOAnZEn
148 inss1 AGkA
149 148 a1i φkZAGkA
150 134 3 135 136 149 omessre φkZOAGk
151 91 adantr φkZY
152 150 151 readdcld φkZOAGk+Y
153 152 3adant3 φkZOAnZEn<OAGk+YOAGk+Y
154 difssd φkZAGkA
155 134 3 135 136 154 omessre φkZOAGk
156 155 3adant3 φkZOAnZEn<OAGk+YOAGk
157 simp3 φkZOAnZEn<OAGk+YOAnZEn<OAGk+Y
158 146 153 157 ltled φkZOAnZEn<OAGk+YOAnZEnOAGk+Y
159 135 ssdifssd φkZAGkX
160 oveq2 n=kMn=Mk
161 160 iuneq1d n=ki=MnEi=i=MkEi
162 ovex MkV
163 fvex EiV
164 162 163 iunex i=MkEiV
165 161 10 164 fvmpt kZGk=i=MkEi
166 fveq2 i=nEi=En
167 166 cbviunv i=MkEi=n=MkEn
168 167 a1i kZi=MkEi=n=MkEn
169 165 168 eqtrd kZGk=n=MkEn
170 elfzuz iMkiM
171 7 eqcomi M=Z
172 171 a1i iMkM=Z
173 170 172 eleqtrd iMkiZ
174 173 ssriv MkZ
175 iunss1 MkZn=MkEnnZEn
176 174 175 ax-mp n=MkEnnZEn
177 176 a1i kZn=MkEnnZEn
178 169 177 eqsstrd kZGknZEn
179 178 adantl φkZGknZEn
180 179 sscond φkZAnZEnAGk
181 134 3 159 180 omessle φkZOAnZEnOAGk
182 181 3adant3 φkZOAnZEn<OAGk+YOAnZEnOAGk
183 146 147 153 156 158 182 le2addd φkZOAnZEn<OAGk+YOAnZEn+OAnZEnOAGk+Y+OAGk
184 150 recnd φkZOAGk
185 91 recnd φY
186 185 adantr φkZY
187 155 recnd φkZOAGk
188 184 186 187 add32d φkZOAGk+Y+OAGk=OAGk+OAGk+Y
189 rexadd OAGkOAGkOAGk+𝑒OAGk=OAGk+OAGk
190 150 155 189 syl2anc φkZOAGk+𝑒OAGk=OAGk+OAGk
191 190 eqcomd φkZOAGk+OAGk=OAGk+𝑒OAGk
192 nfv iφ
193 8 adantr φiMkE:ZS
194 173 adantl φiMkiZ
195 193 194 ffvelcdmd φiMkEiS
196 192 1 2 95 195 caragenfiiuncl φi=MkEiS
197 196 adantr φkZi=MkEiS
198 10 161 138 197 fvmptd3 φkZGk=i=MkEi
199 198 197 eqeltrd φkZGkS
200 134 2 3 199 135 caragensplit φkZOAGk+𝑒OAGk=OA
201 191 200 eqtrd φkZOAGk+OAGk=OA
202 201 oveq1d φkZOAGk+OAGk+Y=OA+Y
203 188 202 eqtrd φkZOAGk+Y+OAGk=OA+Y
204 203 3adant3 φkZOAnZEn<OAGk+YOAGk+Y+OAGk=OA+Y
205 183 204 breqtrd φkZOAnZEn<OAGk+YOAnZEn+OAnZEnOA+Y
206 205 3exp φkZOAnZEn<OAGk+YOAnZEn+OAnZEnOA+Y
207 206 rexlimdv φkZOAnZEn<OAGk+YOAnZEn+OAnZEnOA+Y
208 145 207 mpd φOAnZEn+OAnZEnOA+Y
209 18 208 eqbrtrd φOAnZEn+𝑒OAnZEnOA+Y