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 φ O OutMeas
carageniuncllem2.s S = CaraGen O
carageniuncllem2.x X = dom O
carageniuncllem2.a φ A X
carageniuncllem2.re φ O A
carageniuncllem2.m φ M
carageniuncllem2.z Z = M
carageniuncllem2.e φ E : Z S
carageniuncllem2.y φ Y +
carageniuncllem2.g G = n Z i = M n E i
carageniuncllem2.f F = n Z E n i M ..^ n E i
Assertion carageniuncllem2 φ O A n Z E n + 𝑒 O A n Z E n O A + Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 carageniuncllem2.o φ O OutMeas
2 carageniuncllem2.s S = CaraGen O
3 carageniuncllem2.x X = dom O
4 carageniuncllem2.a φ A X
5 carageniuncllem2.re φ O A
6 carageniuncllem2.m φ M
7 carageniuncllem2.z Z = M
8 carageniuncllem2.e φ E : Z S
9 carageniuncllem2.y φ Y +
10 carageniuncllem2.g G = n Z i = M n E i
11 carageniuncllem2.f F = n Z E n i M ..^ n E i
12 inss1 A n Z E n A
13 12 a1i φ A n Z E n A
14 1 3 4 5 13 omessre φ O A n Z E n
15 difssd φ A n Z E n A
16 1 3 4 5 15 omessre φ O A n Z E n
17 rexadd O A n Z E n O A n Z E n O A n Z E n + 𝑒 O A n Z E n = O A n Z E n + O A n Z E n
18 14 16 17 syl2anc φ O A n Z E n + 𝑒 O A n Z E n = O A n Z E n + O A n Z E n
19 ssinss1 A X A F n X
20 4 19 syl φ A F n X
21 1 3 unidmex φ X V
22 ssexg A X X V A V
23 4 21 22 syl2anc φ A V
24 inex1g A V A F n V
25 23 24 syl φ A F n V
26 elpwg A F n V A F n 𝒫 X A F n X
27 25 26 syl φ A F n 𝒫 X A F n X
28 20 27 mpbird φ A F n 𝒫 X
29 28 adantr φ n Z A F n 𝒫 X
30 eqid n Z A F n = n Z A F n
31 29 30 fmptd φ n Z A F n : Z 𝒫 X
32 fveq2 k = n F k = F n
33 32 ineq2d k = n A F k = A F n
34 33 cbvmptv k Z A F k = n Z A F n
35 34 feq1i k Z A F k : Z 𝒫 X n Z A F n : Z 𝒫 X
36 35 a1i φ k Z A F k : Z 𝒫 X n Z A F n : Z 𝒫 X
37 31 36 mpbird φ k Z A F k : Z 𝒫 X
38 simpr φ n Z n Z
39 25 adantr φ n Z A F n V
40 34 fvmpt2 n Z A F n V k Z A F k n = A F n
41 38 39 40 syl2anc φ n Z k Z A F k n = A F n
42 41 iuneq2dv φ n Z k Z A F k n = n Z A F n
43 42 fveq2d φ O n Z k Z A F k n = O n Z A F n
44 nfv n φ
45 44 7 8 11 iundjiun φ m Z n = M m F n = n = M m E n n Z F n = n Z E n Disj n Z F n
46 45 simplrd φ n Z F n = n Z E n
47 46 eqcomd φ n Z E n = n Z F n
48 47 ineq2d φ A n Z E n = A n Z F n
49 iunin2 n Z A F n = A n Z F n
50 49 eqcomi A n Z F n = n Z A F n
51 50 a1i φ A n Z F n = n Z A F n
52 48 51 eqtrd φ A n Z E n = n Z A F n
53 52 fveq2d φ O A n Z E n = O n Z A F n
54 53 14 eqeltrrd φ O n Z A F n
55 43 54 eqeltrd φ O n Z k Z A F k n
56 1 3 7 37 55 9 omeiunltfirp φ z 𝒫 Z Fin O n Z k Z A F k n < n z O k Z A F k n + Y
57 43 adantr φ z 𝒫 Z Fin O n Z k Z A F k n = O n Z A F n
58 elpwinss z 𝒫 Z Fin z Z
59 58 adantr z 𝒫 Z Fin n z z Z
60 simpr z 𝒫 Z Fin n z n z
61 59 60 sseldd z 𝒫 Z Fin n z n Z
62 61 adantll φ z 𝒫 Z Fin n z n Z
63 25 ad2antrr φ z 𝒫 Z Fin n z A F n V
64 62 63 40 syl2anc φ z 𝒫 Z Fin n z k Z A F k n = A F n
65 64 fveq2d φ z 𝒫 Z Fin n z O k Z A F k n = O A F n
66 65 sumeq2dv φ z 𝒫 Z Fin n z O k Z A F k n = n z O A F n
67 66 oveq1d φ z 𝒫 Z Fin n z O k Z A F k n + Y = n z O A F n + Y
68 57 67 breq12d φ z 𝒫 Z Fin O n Z k Z A F k n < n z O k Z A F k n + Y O n Z A F n < n z O A F n + Y
69 68 biimpd φ z 𝒫 Z Fin O n Z k Z A F k n < n z O k Z A F k n + Y O n Z A F n < n z O A F n + Y
70 69 reximdva φ z 𝒫 Z Fin O n Z k Z A F k n < n z O k Z A F k n + Y z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y
71 56 70 mpd φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y
72 6 adantr φ z 𝒫 Z Fin M
73 58 adantl φ z 𝒫 Z Fin z Z
74 elinel2 z 𝒫 Z Fin z Fin
75 74 adantl φ z 𝒫 Z Fin z Fin
76 72 7 73 75 uzfissfz φ z 𝒫 Z Fin k Z z M k
77 76 adantr φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y k Z z M k
78 54 ad3antrrr φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y z M k O n Z A F n
79 fzfid z M k M k Fin
80 id z M k z M k
81 ssfi M k Fin z M k z Fin
82 79 80 81 syl2anc z M k z Fin
83 82 adantl φ z M k z Fin
84 1 ad2antrr φ z M k n z O OutMeas
85 4 ad2antrr φ z M k n z A X
86 5 ad2antrr φ z M k n z O A
87 inss1 A F n A
88 87 a1i φ z M k n z A F n A
89 84 3 85 86 88 omessre φ z M k n z O A F n
90 83 89 fsumrecl φ z M k n z O A F n
91 9 rpred φ Y
92 91 adantr φ z M k Y
93 90 92 readdcld φ z M k n z O A F n + Y
94 93 ad4ant14 φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y z M k n z O A F n + Y
95 fzfid φ M k Fin
96 87 a1i φ A F n A
97 1 3 4 5 96 omessre φ O A F n
98 97 adantr φ n M k O A F n
99 95 98 fsumrecl φ n = M k O A F n
100 99 adantr φ z 𝒫 Z Fin n = M k O A F n
101 91 adantr φ z 𝒫 Z Fin Y
102 100 101 readdcld φ z 𝒫 Z Fin n = M k O A F n + Y
103 102 ad2antrr φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y z M k n = M k O A F n + Y
104 simplr φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y z M k O n Z A F n < n z O A F n + Y
105 99 adantr φ z M k n = M k O A F n
106 fzfid φ z M k M k Fin
107 98 adantlr φ z M k n M k O A F n
108 0xr 0 *
109 108 a1i φ n M k 0 *
110 pnfxr +∞ *
111 110 a1i φ n M k +∞ *
112 1 3 20 omecl φ O A F n 0 +∞
113 112 adantr φ n M k O A F n 0 +∞
114 iccgelb 0 * +∞ * O A F n 0 +∞ 0 O A F n
115 109 111 113 114 syl3anc φ n M k 0 O A F n
116 115 adantlr φ z M k n M k 0 O A F n
117 simpr φ z M k z M k
118 106 107 116 117 fsumless φ z M k n z O A F n n = M k O A F n
119 90 105 92 118 leadd1dd φ z M k n z O A F n + Y n = M k O A F n + Y
120 119 ad4ant14 φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y z M k n z O A F n + Y n = M k O A F n + Y
121 78 94 103 104 120 ltletrd φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y z M k O n Z A F n < n = M k O A F n + Y
122 121 ex φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y z M k O n Z A F n < n = M k O A F n + Y
123 122 reximdv φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y k Z z M k k Z O n Z A F n < n = M k O A F n + Y
124 77 123 mpd φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y k Z O n Z A F n < n = M k O A F n + Y
125 124 rexlimdva2 φ z 𝒫 Z Fin O n Z A F n < n z O A F n + Y k Z O n Z A F n < n = M k O A F n + Y
126 71 125 mpd φ k Z O n Z A F n < n = M k O A F n + Y
127 53 ad2antrr φ k Z O n Z A F n < n = M k O A F n + Y O A n Z E n = O n Z A F n
128 simpr φ k Z O n Z A F n < n = M k O A F n + Y O n Z A F n < n = M k O A F n + Y
129 127 128 eqbrtrd φ k Z O n Z A F n < n = M k O A F n + Y O A n Z E n < n = M k O A F n + Y
130 129 ex φ k Z O n Z A F n < n = M k O A F n + Y O A n Z E n < n = M k O A F n + Y
131 130 reximdva φ k Z O n Z A F n < n = M k O A F n + Y k Z O A n Z E n < n = M k O A F n + Y
132 126 131 mpd φ k Z O A n Z E n < n = M k O A F n + Y
133 simpr φ k Z O A n Z E n < n = M k O A F n + Y O A n Z E n < n = M k O A F n + Y
134 1 adantr φ k Z O OutMeas
135 4 adantr φ k Z A X
136 5 adantr φ k Z O A
137 8 adantr φ k Z E : Z S
138 simpr φ k Z k Z
139 134 2 3 135 136 7 137 10 11 138 carageniuncllem1 φ k Z n = M k O A F n = O A G k
140 139 oveq1d φ k Z n = M k O A F n + Y = O A G k + Y
141 140 adantr φ k Z O A n Z E n < n = M k O A F n + Y n = M k O A F n + Y = O A G k + Y
142 133 141 breqtrd φ k Z O A n Z E n < n = M k O A F n + Y O A n Z E n < O A G k + Y
143 142 ex φ k Z O A n Z E n < n = M k O A F n + Y O A n Z E n < O A G k + Y
144 143 reximdva φ k Z O A n Z E n < n = M k O A F n + Y k Z O A n Z E n < O A G k + Y
145 132 144 mpd φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y
146 14 3ad2ant1 φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A n Z E n
147 16 3ad2ant1 φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A n Z E n
148 inss1 A G k A
149 148 a1i φ k Z A G k A
150 134 3 135 136 149 omessre φ k Z O A G k
151 91 adantr φ k Z Y
152 150 151 readdcld φ k Z O A G k + Y
153 152 3adant3 φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A G k + Y
154 difssd φ k Z A G k A
155 134 3 135 136 154 omessre φ k Z O A G k
156 155 3adant3 φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A G k
157 simp3 φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A n Z E n < O A G k + Y
158 146 153 157 ltled φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A n Z E n O A G k + Y
159 135 ssdifssd φ k Z A G k X
160 oveq2 n = k M n = M k
161 160 iuneq1d n = k i = M n E i = i = M k E i
162 ovex M k V
163 fvex E i V
164 162 163 iunex i = M k E i V
165 161 10 164 fvmpt k Z G k = i = M k E i
166 fveq2 i = n E i = E n
167 166 cbviunv i = M k E i = n = M k E n
168 167 a1i k Z i = M k E i = n = M k E n
169 165 168 eqtrd k Z G k = n = M k E n
170 elfzuz i M k i M
171 7 eqcomi M = Z
172 171 a1i i M k M = Z
173 170 172 eleqtrd i M k i Z
174 173 ssriv M k Z
175 iunss1 M k Z n = M k E n n Z E n
176 174 175 ax-mp n = M k E n n Z E n
177 176 a1i k Z n = M k E n n Z E n
178 169 177 eqsstrd k Z G k n Z E n
179 178 adantl φ k Z G k n Z E n
180 179 sscond φ k Z A n Z E n A G k
181 134 3 159 180 omessle φ k Z O A n Z E n O A G k
182 181 3adant3 φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A n Z E n O A G k
183 146 147 153 156 158 182 le2addd φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A n Z E n + O A n Z E n O A G k + Y + O A G k
184 150 recnd φ k Z O A G k
185 91 recnd φ Y
186 185 adantr φ k Z Y
187 155 recnd φ k Z O A G k
188 184 186 187 add32d φ k Z O A G k + Y + O A G k = O A G k + O A G k + Y
189 rexadd O A G k O A G k O A G k + 𝑒 O A G k = O A G k + O A G k
190 150 155 189 syl2anc φ k Z O A G k + 𝑒 O A G k = O A G k + O A G k
191 190 eqcomd φ k Z O A G k + O A G k = O A G k + 𝑒 O A G k
192 nfv i φ
193 8 adantr φ i M k E : Z S
194 173 adantl φ i M k i Z
195 193 194 ffvelrnd φ i M k E i S
196 192 1 2 95 195 caragenfiiuncl φ i = M k E i S
197 196 adantr φ k Z i = M k E i S
198 10 161 138 197 fvmptd3 φ k Z G k = i = M k E i
199 198 197 eqeltrd φ k Z G k S
200 134 2 3 199 135 caragensplit φ k Z O A G k + 𝑒 O A G k = O A
201 191 200 eqtrd φ k Z O A G k + O A G k = O A
202 201 oveq1d φ k Z O A G k + O A G k + Y = O A + Y
203 188 202 eqtrd φ k Z O A G k + Y + O A G k = O A + Y
204 203 3adant3 φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A G k + Y + O A G k = O A + Y
205 183 204 breqtrd φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A n Z E n + O A n Z E n O A + Y
206 205 3exp φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A n Z E n + O A n Z E n O A + Y
207 206 rexlimdv φ k Z O A n Z E n < O A G k + Y O A n Z E n + O A n Z E n O A + Y
208 145 207 mpd φ O A n Z E n + O A n Z E n O A + Y
209 18 208 eqbrtrd φ O A n Z E n + 𝑒 O A n Z E n O A + Y