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Theorem carsggect

Description: The outer measure is countably superadditive on Caratheodory measurable sets. (Contributed by Thierry Arnoux, 31-May-2020)

Ref Expression
Hypotheses carsgval.1 φOV
carsgval.2 φM:𝒫O0+∞
carsgsiga.1 φM=0
carsgsiga.2 φxωx𝒫OMx*yxMy
carsggect.0 φ¬A
carsggect.1 φAω
carsggect.2 φAtoCaraSigaM
carsggect.3 φDisjyAy
carsggect.4 φxyy𝒫OMxMy
Assertion carsggect φ*zAMzMA

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 carsgval.1 φOV
2 carsgval.2 φM:𝒫O0+∞
3 carsgsiga.1 φM=0
4 carsgsiga.2 φxωx𝒫OMx*yxMy
5 carsggect.0 φ¬A
6 carsggect.1 φAω
7 carsggect.2 φAtoCaraSigaM
8 carsggect.3 φDisjyAy
9 carsggect.4 φxyy𝒫OMxMy
10 0ex V
11 10 a1i φV
12 padct AωV¬Aff:AAranfFunf-1A
13 6 11 5 12 syl3anc φff:AAranfFunf-1A
14 nfv zφf:AAranfFunf-1A
15 simpr1 φf:AAranfFunf-1Af:A
16 15 feqmptd φf:AAranfFunf-1Af=kfk
17 16 rneqd φf:AAranfFunf-1Aranf=rankfk
18 14 17 esumeq1d φf:AAranfFunf-1A*zranfMz=*zrankfkMz
19 fvex toCaraSigaMV
20 19 a1i φf:AAranfFunf-1AtoCaraSigaMV
21 7 adantr φf:AAranfFunf-1AAtoCaraSigaM
22 1 adantr φf:AAranfFunf-1AOV
23 2 adantr φf:AAranfFunf-1AM:𝒫O0+∞
24 3 adantr φf:AAranfFunf-1AM=0
25 22 23 24 0elcarsg φf:AAranfFunf-1AtoCaraSigaM
26 25 snssd φf:AAranfFunf-1AtoCaraSigaM
27 21 26 unssd φf:AAranfFunf-1AAtoCaraSigaM
28 20 27 ssexd φf:AAranfFunf-1AAV
29 23 adantr φf:AAranfFunf-1AzAM:𝒫O0+∞
30 1 2 carsgcl φtoCaraSigaM𝒫O
31 7 30 sstrd φA𝒫O
32 31 adantr φf:AAranfFunf-1AA𝒫O
33 0elpw 𝒫O
34 33 a1i φf:AAranfFunf-1A𝒫O
35 34 snssd φf:AAranfFunf-1A𝒫O
36 32 35 unssd φf:AAranfFunf-1AA𝒫O
37 36 sselda φf:AAranfFunf-1AzAz𝒫O
38 29 37 ffvelcdmd φf:AAranfFunf-1AzAMz0+∞
39 15 frnd φf:AAranfFunf-1AranfA
40 14 28 38 39 esummono φf:AAranfFunf-1A*zranfMz*zAMz
41 ctex AωAV
42 6 41 syl φAV
43 42 adantr φf:AAranfFunf-1AAV
44 20 26 ssexd φf:AAranfFunf-1AV
45 23 adantr φf:AAranfFunf-1AzAM:𝒫O0+∞
46 32 sselda φf:AAranfFunf-1AzAz𝒫O
47 45 46 ffvelcdmd φf:AAranfFunf-1AzAMz0+∞
48 elsni zz=
49 48 adantl φf:AAranfFunf-1Azz=
50 49 fveq2d φf:AAranfFunf-1AzMz=M
51 24 adantr φf:AAranfFunf-1AzM=0
52 50 51 eqtrd φf:AAranfFunf-1AzMz=0
53 43 44 47 52 esumpad φf:AAranfFunf-1A*zAMz=*zAMz
54 40 53 breqtrd φf:AAranfFunf-1A*zranfMz*zAMz
55 39 27 sstrd φf:AAranfFunf-1AranftoCaraSigaM
56 ssexg ranftoCaraSigaMtoCaraSigaMVranfV
57 55 19 56 sylancl φf:AAranfFunf-1AranfV
58 23 adantr φf:AAranfFunf-1AzranfM:𝒫O0+∞
59 39 36 sstrd φf:AAranfFunf-1Aranf𝒫O
60 59 sselda φf:AAranfFunf-1Azranfz𝒫O
61 58 60 ffvelcdmd φf:AAranfFunf-1AzranfMz0+∞
62 simpr2 φf:AAranfFunf-1AAranf
63 14 57 61 62 esummono φf:AAranfFunf-1A*zAMz*zranfMz
64 54 63 jca φf:AAranfFunf-1A*zranfMz*zAMz*zAMz*zranfMz
65 iccssxr 0+∞*
66 61 ralrimiva φf:AAranfFunf-1AzranfMz0+∞
67 nfcv _zranf
68 67 esumcl ranfVzranfMz0+∞*zranfMz0+∞
69 57 66 68 syl2anc φf:AAranfFunf-1A*zranfMz0+∞
70 65 69 sselid φf:AAranfFunf-1A*zranfMz*
71 47 ralrimiva φf:AAranfFunf-1AzAMz0+∞
72 nfcv _zA
73 72 esumcl AVzAMz0+∞*zAMz0+∞
74 43 71 73 syl2anc φf:AAranfFunf-1A*zAMz0+∞
75 65 74 sselid φf:AAranfFunf-1A*zAMz*
76 xrletri3 *zranfMz**zAMz**zranfMz=*zAMz*zranfMz*zAMz*zAMz*zranfMz
77 70 75 76 syl2anc φf:AAranfFunf-1A*zranfMz=*zAMz*zranfMz*zAMz*zAMz*zranfMz
78 64 77 mpbird φf:AAranfFunf-1A*zranfMz=*zAMz
79 fveq2 z=fkMz=Mfk
80 nnex V
81 80 a1i φf:AAranfFunf-1AV
82 23 adantr φf:AAranfFunf-1AkM:𝒫O0+∞
83 36 adantr φf:AAranfFunf-1AkA𝒫O
84 15 adantr φf:AAranfFunf-1Akf:A
85 simpr φf:AAranfFunf-1Akk
86 84 85 ffvelcdmd φf:AAranfFunf-1AkfkA
87 83 86 sseldd φf:AAranfFunf-1Akfk𝒫O
88 82 87 ffvelcdmd φf:AAranfFunf-1AkMfk0+∞
89 simpr φf:AAranfFunf-1Akfk=fk=
90 89 fveq2d φf:AAranfFunf-1Akfk=Mfk=M
91 24 ad2antrr φf:AAranfFunf-1Akfk=M=0
92 90 91 eqtrd φf:AAranfFunf-1Akfk=Mfk=0
93 cnvimass f-1Adomf
94 93 15 fssdm φf:AAranfFunf-1Af-1A
95 ffun f:AFunf
96 15 95 syl φf:AAranfFunf-1AFunf
97 96 adantr φf:AAranfFunf-1Akf-1AFunf
98 difpreima Funff-1AA=f-1Af-1A
99 15 95 98 3syl φf:AAranfFunf-1Af-1AA=f-1Af-1A
100 fimacnv f:Af-1A=
101 15 100 syl φf:AAranfFunf-1Af-1A=
102 101 difeq1d φf:AAranfFunf-1Af-1Af-1A=f-1A
103 99 102 eqtrd φf:AAranfFunf-1Af-1AA=f-1A
104 uncom A=A
105 104 difeq1i AA=AA
106 difun2 AA=A
107 105 106 eqtr3i AA=A
108 difss A
109 107 108 eqsstri AA
110 109 a1i φf:AAranfFunf-1AAA
111 sspreima FunfAAf-1AAf-1
112 96 110 111 syl2anc φf:AAranfFunf-1Af-1AAf-1
113 103 112 eqsstrrd φf:AAranfFunf-1Af-1Af-1
114 113 sselda φf:AAranfFunf-1Akf-1Akf-1
115 fvimacnvi Funfkf-1fk
116 97 114 115 syl2anc φf:AAranfFunf-1Akf-1Afk
117 elsni fkfk=
118 116 117 syl φf:AAranfFunf-1Akf-1Afk=
119 118 ralrimiva φf:AAranfFunf-1Akf-1Afk=
120 8 adantr φf:AAranfFunf-1ADisjyAy
121 simpr3 φf:AAranfFunf-1AFunf-1A
122 fresf1o FunfAranfFunf-1Aff-1A:f-1A1-1 ontoA
123 96 62 121 122 syl3anc φf:AAranfFunf-1Aff-1A:f-1A1-1 ontoA
124 simpr φf:AAranfFunf-1Ay=ff-1Aky=ff-1Ak
125 123 124 disjrdx φf:AAranfFunf-1ADisjkf-1Aff-1AkDisjyAy
126 fvres kf-1Aff-1Ak=fk
127 126 adantl φf:AAranfFunf-1Akf-1Aff-1Ak=fk
128 127 disjeq2dv φf:AAranfFunf-1ADisjkf-1Aff-1AkDisjkf-1Afk
129 125 128 bitr3d φf:AAranfFunf-1ADisjyAyDisjkf-1Afk
130 120 129 mpbid φf:AAranfFunf-1ADisjkf-1Afk
131 disjss3 f-1Akf-1Afk=Disjkf-1AfkDisjkfk
132 131 biimpa f-1Akf-1Afk=Disjkf-1AfkDisjkfk
133 94 119 130 132 syl21anc φf:AAranfFunf-1ADisjkfk
134 79 81 88 87 92 133 esumrnmpt2 φf:AAranfFunf-1A*zrankfkMz=*kMfk
135 18 78 134 3eqtr3rd φf:AAranfFunf-1A*kMfk=*zAMz
136 uniiun A=xAx
137 31 sselda φxAx𝒫O
138 42 137 elpwiuncl φxAx𝒫O
139 136 138 eqeltrid φA𝒫O
140 139 adantr φf:AAranfFunf-1AA𝒫O
141 23 140 ffvelcdmd φf:AAranfFunf-1AMA0+∞
142 4 3adant1r φf:AAranfFunf-1Axωx𝒫OMx*yxMy
143 fveq2 y=zMy=Mz
144 nfcv _zx
145 nfcv _yx
146 nfcv _zMy
147 nfcv _yMz
148 143 144 145 146 147 cbvesum *yxMy=*zxMz
149 142 148 breqtrdi φf:AAranfFunf-1Axωx𝒫OMx*zxMz
150 ffn f:AfFn
151 fz1ssnn 1n
152 fnssres fFn1nf1nFn1n
153 151 152 mpan2 fFnf1nFn1n
154 15 150 153 3syl φf:AAranfFunf-1Af1nFn1n
155 fzfi 1nFin
156 fnfi f1nFn1n1nFinf1nFin
157 155 156 mpan2 f1nFn1nf1nFin
158 rnfi f1nFinranf1nFin
159 154 157 158 3syl φf:AAranfFunf-1Aranf1nFin
160 resss f1nf
161 rnss f1nfranf1nranf
162 160 161 ax-mp ranf1nranf
163 162 a1i φf:AAranfFunf-1Aranf1nranf
164 163 55 sstrd φf:AAranfFunf-1Aranf1ntoCaraSigaM
165 163 39 sstrd φf:AAranfFunf-1Aranf1nA
166 nfcv _zy
167 nfcv _yz
168 id y=zy=z
169 166 167 168 cbvdisj DisjyAyDisjzAz
170 disjun0 DisjzAzDisjzAz
171 169 170 sylbi DisjyAyDisjzAz
172 8 171 syl φDisjzAz
173 172 adantr φf:AAranfFunf-1ADisjzAz
174 disjss1 ranf1nADisjzAzDisjzranf1nz
175 165 173 174 sylc φf:AAranfFunf-1ADisjzranf1nz
176 pwidg OVO𝒫O
177 22 176 syl φf:AAranfFunf-1AO𝒫O
178 22 23 24 149 159 164 175 177 carsgclctunlem1 φf:AAranfFunf-1AMOranf1n=*zranf1nMOz
179 178 adantr φf:AAranfFunf-1AnMOranf1n=*zranf1nMOz
180 165 unissd φf:AAranfFunf-1Aranf1nA
181 uniun A=A
182 10 unisn =
183 182 uneq2i A=A
184 un0 A=A
185 181 183 184 3eqtri A=A
186 180 185 sseqtrdi φf:AAranfFunf-1Aranf1nA
187 186 adantr φf:AAranfFunf-1Anranf1nA
188 uniss A𝒫OA𝒫O
189 unipw 𝒫O=O
190 188 189 sseqtrdi A𝒫OAO
191 31 190 syl φAO
192 191 ad2antrr φf:AAranfFunf-1AnAO
193 187 192 sstrd φf:AAranfFunf-1Anranf1nO
194 sseqin2 ranf1nOOranf1n=ranf1n
195 193 194 sylib φf:AAranfFunf-1AnOranf1n=ranf1n
196 195 fveq2d φf:AAranfFunf-1AnMOranf1n=Mranf1n
197 nfv zφf:AAranfFunf-1An
198 165 adantr φf:AAranfFunf-1Anranf1nA
199 31 ad2antrr φf:AAranfFunf-1AnA𝒫O
200 33 a1i φf:AAranfFunf-1An𝒫O
201 200 snssd φf:AAranfFunf-1An𝒫O
202 199 201 unssd φf:AAranfFunf-1AnA𝒫O
203 198 202 sstrd φf:AAranfFunf-1Anranf1n𝒫O
204 203 sselda φf:AAranfFunf-1Anzranf1nz𝒫O
205 204 elpwid φf:AAranfFunf-1Anzranf1nzO
206 sseqin2 zOOz=z
207 205 206 sylib φf:AAranfFunf-1Anzranf1nOz=z
208 207 fveq2d φf:AAranfFunf-1Anzranf1nMOz=Mz
209 208 ralrimiva φf:AAranfFunf-1Anzranf1nMOz=Mz
210 197 209 esumeq2d φf:AAranfFunf-1An*zranf1nMOz=*zranf1nMz
211 16 reseq1d φf:AAranfFunf-1Af1n=kfk1n
212 211 adantr φf:AAranfFunf-1Anf1n=kfk1n
213 resmpt 1nkfk1n=k1nfk
214 151 213 ax-mp kfk1n=k1nfk
215 212 214 eqtrdi φf:AAranfFunf-1Anf1n=k1nfk
216 215 eqcomd φf:AAranfFunf-1Ank1nfk=f1n
217 216 rneqd φf:AAranfFunf-1Anrank1nfk=ranf1n
218 197 217 esumeq1d φf:AAranfFunf-1An*zrank1nfkMz=*zranf1nMz
219 155 a1i φf:AAranfFunf-1An1nFin
220 23 ad2antrr φf:AAranfFunf-1Ank1nM:𝒫O0+∞
221 151 a1i φf:AAranfFunf-1An1n
222 221 sselda φf:AAranfFunf-1Ank1nk
223 87 adantlr φf:AAranfFunf-1Ankfk𝒫O
224 222 223 syldan φf:AAranfFunf-1Ank1nfk𝒫O
225 220 224 ffvelcdmd φf:AAranfFunf-1Ank1nMfk0+∞
226 simpr φf:AAranfFunf-1Ank1nfk=fk=
227 226 fveq2d φf:AAranfFunf-1Ank1nfk=Mfk=M
228 24 ad3antrrr φf:AAranfFunf-1Ank1nfk=M=0
229 227 228 eqtrd φf:AAranfFunf-1Ank1nfk=Mfk=0
230 disjss1 1nDisjkfkDisjk=1nfk
231 151 230 ax-mp DisjkfkDisjk=1nfk
232 133 231 syl φf:AAranfFunf-1ADisjk=1nfk
233 232 adantr φf:AAranfFunf-1AnDisjk=1nfk
234 79 219 225 224 229 233 esumrnmpt2 φf:AAranfFunf-1An*zrank1nfkMz=*k=1nMfk
235 210 218 234 3eqtr2d φf:AAranfFunf-1An*zranf1nMOz=*k=1nMfk
236 179 196 235 3eqtr3d φf:AAranfFunf-1AnMranf1n=*k=1nMfk
237 9 3adant1r φf:AAranfFunf-1Axyy𝒫OMxMy
238 22 23 186 140 237 carsgmon φf:AAranfFunf-1AMranf1nMA
239 238 adantr φf:AAranfFunf-1AnMranf1nMA
240 236 239 eqbrtrrd φf:AAranfFunf-1An*k=1nMfkMA
241 141 88 240 esumgect φf:AAranfFunf-1A*kMfkMA
242 135 241 eqbrtrrd φf:AAranfFunf-1A*zAMzMA
243 13 242 exlimddv φ*zAMzMA