Metamath Proof Explorer


Theorem caratheodorylem2

Description: Caratheodory's construction is sigma-additive. Main part of Step (e) in the proof of Theorem 113C of Fremlin1 p. 21. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses caratheodorylem2.o φOOutMeas
caratheodorylem2.x X=domO
caratheodorylem2.s S=CaraGenO
caratheodorylem2.e φE:S
caratheodorylem2.5 φDisjnEn
caratheodorylem2.g G=kn=1kEn
Assertion caratheodorylem2 φOnEn=sum^nOEn

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 caratheodorylem2.o φOOutMeas
2 caratheodorylem2.x X=domO
3 caratheodorylem2.s S=CaraGenO
4 caratheodorylem2.e φE:S
5 caratheodorylem2.5 φDisjnEn
6 caratheodorylem2.g G=kn=1kEn
7 3 caragenss OOutMeasSdomO
8 1 7 syl φSdomO
9 8 adantr φnSdomO
10 4 ffvelcdmda φnEnS
11 9 10 sseldd φnEndomO
12 elssuni EndomOEndomO
13 11 12 syl φnEndomO
14 13 2 sseqtrrdi φnEnX
15 14 ralrimiva φnEnX
16 iunss nEnXnEnX
17 15 16 sylibr φnEnX
18 1 2 17 omexrcl φOnEn*
19 nnex V
20 19 a1i φV
21 1 adantr φnOOutMeas
22 21 2 14 omecl φnOEn0+∞
23 eqid nOEn=nOEn
24 22 23 fmptd φnOEn:0+∞
25 20 24 sge0xrcl φsum^nOEn*
26 nfv nφ
27 nfcv _nE
28 nnuz =1
29 1 2 3 caragensspw φS𝒫X
30 4 29 fssd φE:𝒫X
31 26 27 1 2 28 30 omeiunle φOnEnsum^nOEn
32 elpwinss x𝒫Finx
33 32 resmptd x𝒫FinnOEnx=nxOEn
34 33 fveq2d x𝒫Finsum^nOEnx=sum^nxOEn
35 34 adantl φx𝒫Finsum^nOEnx=sum^nxOEn
36 1zzd φx𝒫Fin1
37 32 adantl φx𝒫Finx
38 elinel2 x𝒫FinxFin
39 38 adantl φx𝒫FinxFin
40 36 28 37 39 uzfissfz φx𝒫Finkx1k
41 vex xV
42 41 a1i φx1kxV
43 1 ad2antrr φx1knxOOutMeas
44 30 ad2antrr φx1knxE:𝒫X
45 fz1ssnn 1k
46 ssel2 x1knxn1k
47 45 46 sselid x1knxn
48 47 adantll φx1knxn
49 44 48 ffvelcdmd φx1knxEn𝒫X
50 elpwi En𝒫XEnX
51 49 50 syl φx1knxEnX
52 43 2 51 omecl φx1knxOEn0+∞
53 eqid nxOEn=nxOEn
54 52 53 fmptd φx1knxOEn:x0+∞
55 42 54 sge0xrcl φx1ksum^nxOEn*
56 55 3adant2 φkx1ksum^nxOEn*
57 ovex 1kV
58 57 a1i φ1kV
59 elfznn n1kn
60 59 22 sylan2 φn1kOEn0+∞
61 eqid n1kOEn=n1kOEn
62 60 61 fmptd φn1kOEn:1k0+∞
63 58 62 sge0xrcl φsum^n1kOEn*
64 63 3ad2ant1 φkx1ksum^n1kOEn*
65 18 3ad2ant1 φkx1kOnEn*
66 57 a1i φkx1k1kV
67 simpl1 φkx1kn1kφ
68 59 adantl φkx1kn1kn
69 67 68 22 syl2anc φkx1kn1kOEn0+∞
70 simp3 φkx1kx1k
71 66 69 70 sge0lessmpt φkx1ksum^nxOEnsum^n1kOEn
72 1 adantr φkOOutMeas
73 4 adantr φkE:S
74 5 adantr φkDisjnEn
75 nfiu1 _nn=1kEn
76 nfcv _km=1nEm
77 fveq2 n=mEn=Em
78 77 cbviunv n=1kEn=m=1kEm
79 78 a1i k=nn=1kEn=m=1kEm
80 oveq2 k=n1k=1n
81 80 iuneq1d k=nm=1kEm=m=1nEm
82 79 81 eqtrd k=nn=1kEn=m=1nEm
83 75 76 82 cbvmpt kn=1kEn=nm=1nEm
84 6 83 eqtri G=nm=1nEm
85 id kk
86 85 28 eleqtrdi kk1
87 86 adantl φkk1
88 72 3 28 73 74 84 87 caratheodorylem1 φkOGk=sum^n1kOEn
89 88 eqcomd φksum^n1kOEn=OGk
90 17 adantr φknEnX
91 fvex EnV
92 57 91 iunex n=1kEnV
93 6 fvmpt2 kn=1kEnVGk=n=1kEn
94 85 92 93 sylancl kGk=n=1kEn
95 45 a1i k1k
96 iunss1 1kn=1kEnnEn
97 95 96 syl kn=1kEnnEn
98 94 97 eqsstrd kGknEn
99 98 adantl φkGknEn
100 72 2 90 99 omessle φkOGkOnEn
101 89 100 eqbrtrd φksum^n1kOEnOnEn
102 101 3adant3 φkx1ksum^n1kOEnOnEn
103 56 64 65 71 102 xrletrd φkx1ksum^nxOEnOnEn
104 103 3exp φkx1ksum^nxOEnOnEn
105 104 adantr φx𝒫Finkx1ksum^nxOEnOnEn
106 105 rexlimdv φx𝒫Finkx1ksum^nxOEnOnEn
107 40 106 mpd φx𝒫Finsum^nxOEnOnEn
108 35 107 eqbrtrd φx𝒫Finsum^nOEnxOnEn
109 108 ralrimiva φx𝒫Finsum^nOEnxOnEn
110 20 24 18 sge0lefi φsum^nOEnOnEnx𝒫Finsum^nOEnxOnEn
111 109 110 mpbird φsum^nOEnOnEn
112 18 25 31 111 xrletrid φOnEn=sum^nOEn