Metamath Proof Explorer


Theorem caratheodory

Description: Caratheodory's construction of a measure given an outer measure. Proof of Theorem 113C of Fremlin1 p. 19. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses caratheodory.o φOOutMeas
caratheodory.s S=CaraGenO
Assertion caratheodory φOSMeas

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 caratheodory.o φOOutMeas
2 caratheodory.s S=CaraGenO
3 1 2 caragensal φSSAlg
4 eqid domO=domO
5 1 4 omef φO:𝒫domO0+∞
6 caragenval OOutMeasCaraGenO=e𝒫domO|a𝒫domOOae+𝑒Oae=Oa
7 1 6 syl φCaraGenO=e𝒫domO|a𝒫domOOae+𝑒Oae=Oa
8 7 eqcomd φe𝒫domO|a𝒫domOOae+𝑒Oae=Oa=CaraGenO
9 2 eqcomi CaraGenO=S
10 9 a1i φCaraGenO=S
11 8 10 eqtr2d φS=e𝒫domO|a𝒫domOOae+𝑒Oae=Oa
12 ssrab2 e𝒫domO|a𝒫domOOae+𝑒Oae=Oa𝒫domO
13 11 12 eqsstrdi φS𝒫domO
14 5 13 fssresd φOS:S0+∞
15 1 2 caragen0 φS
16 fvres SOS=O
17 15 16 syl φOS=O
18 1 ome0 φO=0
19 17 18 eqtrd φOS=0
20 simp1 φe:SDisjnenφ
21 simp2 φe:SDisjnene:S
22 fveq2 n=men=em
23 22 cbvdisjv DisjnenDisjmem
24 23 biimpi DisjnenDisjmem
25 24 3ad2ant3 φe:SDisjnenDisjmem
26 1 3ad2ant1 φe:SDisjmemOOutMeas
27 simp2 φe:SDisjmeme:S
28 23 biimpri DisjmemDisjnen
29 28 3ad2ant3 φe:SDisjmemDisjnen
30 fveq2 m=nem=en
31 30 cbviunv m=1jem=n=1jen
32 31 mpteq2i jm=1jem=jn=1jen
33 26 4 2 27 29 32 caratheodorylem2 φe:SDisjmemOnen=sum^nOen
34 20 21 25 33 syl3anc φe:SDisjnenOnen=sum^nOen
35 3 adantr φe:SSSAlg
36 nnenom ω
37 endom ωω
38 36 37 ax-mp ω
39 38 a1i φe:Sω
40 ffvelcdm e:SnenS
41 40 adantll φe:SnenS
42 35 39 41 saliuncl φe:SnenS
43 fvres nenSOSnen=Onen
44 42 43 syl φe:SOSnen=Onen
45 44 3adant3 φe:SDisjnenOSnen=Onen
46 fvres enSOSen=Oen
47 41 46 syl φe:SnOSen=Oen
48 47 mpteq2dva φe:SnOSen=nOen
49 48 fveq2d φe:Ssum^nOSen=sum^nOen
50 49 3adant3 φe:SDisjnensum^nOSen=sum^nOen
51 34 45 50 3eqtr4d φe:SDisjnenOSnen=sum^nOSen
52 3 14 19 51 ismeannd φOSMeas