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Theorem ditgsplit

Description: This theorem is the raison d'être for the directed integral, because unlike itgspliticc , there is no constraint on the ordering of the points A , B , C in the domain. (Contributed by Mario Carneiro, 13-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses ditgsplit.x ⊢ φ → X ∈ ℝ
ditgsplit.y ⊢ φ → Y ∈ ℝ
ditgsplit.a ⊢ φ → A ∈ X Y
ditgsplit.b ⊢ φ → B ∈ X Y
ditgsplit.c ⊢ φ → C ∈ X Y
ditgsplit.d ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → D ∈ V
ditgsplit.i ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ D ∈ 𝐿 1
Assertion ditgsplit ⊢ φ → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ditgsplit.x ⊢ φ → X ∈ ℝ
2 ditgsplit.y ⊢ φ → Y ∈ ℝ
3 ditgsplit.a ⊢ φ → A ∈ X Y
4 ditgsplit.b ⊢ φ → B ∈ X Y
5 ditgsplit.c ⊢ φ → C ∈ X Y
6 ditgsplit.d ⊢ φ ∧ x ∈ X Y → D ∈ V
7 ditgsplit.i ⊢ φ → x ∈ X Y ⟼ D ∈ 𝐿 1
8 elicc2 ⊢ X ∈ ℝ ∧ Y ∈ ℝ → A ∈ X Y ↔ A ∈ ℝ ∧ X ≤ A ∧ A ≤ Y
9 1 2 8 syl2anc ⊢ φ → A ∈ X Y ↔ A ∈ ℝ ∧ X ≤ A ∧ A ≤ Y
10 3 9 mpbid ⊢ φ → A ∈ ℝ ∧ X ≤ A ∧ A ≤ Y
11 10 simp1d ⊢ φ → A ∈ ℝ
12 elicc2 ⊢ X ∈ ℝ ∧ Y ∈ ℝ → B ∈ X Y ↔ B ∈ ℝ ∧ X ≤ B ∧ B ≤ Y
13 1 2 12 syl2anc ⊢ φ → B ∈ X Y ↔ B ∈ ℝ ∧ X ≤ B ∧ B ≤ Y
14 4 13 mpbid ⊢ φ → B ∈ ℝ ∧ X ≤ B ∧ B ≤ Y
15 14 simp1d ⊢ φ → B ∈ ℝ
16 11 adantr ⊢ φ ∧ A ≤ B → A ∈ ℝ
17 elicc2 ⊢ X ∈ ℝ ∧ Y ∈ ℝ → C ∈ X Y ↔ C ∈ ℝ ∧ X ≤ C ∧ C ≤ Y
18 1 2 17 syl2anc ⊢ φ → C ∈ X Y ↔ C ∈ ℝ ∧ X ≤ C ∧ C ≤ Y
19 5 18 mpbid ⊢ φ → C ∈ ℝ ∧ X ≤ C ∧ C ≤ Y
20 19 simp1d ⊢ φ → C ∈ ℝ
21 20 adantr ⊢ φ ∧ A ≤ B → C ∈ ℝ
22 15 ad2antrr ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ A ≤ C → B ∈ ℝ
23 20 ad2antrr ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ A ≤ C → C ∈ ℝ
24 biid ⊢ A ≤ B ∧ B ≤ C ↔ A ≤ B ∧ B ≤ C
25 1 2 3 4 5 6 7 24 ditgsplitlem ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ B ≤ C → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
26 25 adantlr ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ A ≤ C ∧ B ≤ C → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
27 biid ⊢ A ≤ C ∧ C ≤ B ↔ A ≤ C ∧ C ≤ B
28 1 2 3 5 4 6 7 27 ditgsplitlem ⊢ φ ∧ A ≤ C ∧ C ≤ B → ∫ A B D dx = ∫ A C D dx + ∫ C B D dx
29 28 oveq1d ⊢ φ ∧ A ≤ C ∧ C ≤ B → ∫ A B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A C D dx + ∫ C B D dx + ∫ B C D dx
30 1 2 3 5 6 7 ditgcl ⊢ φ → ∫ A C D dx ∈ ℂ
31 1 2 5 4 6 7 ditgcl ⊢ φ → ∫ C B D dx ∈ ℂ
32 1 2 4 5 6 7 ditgcl ⊢ φ → ∫ B C D dx ∈ ℂ
33 30 31 32 addassd ⊢ φ → ∫ A C D dx + ∫ C B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A C D dx + ∫ C B D dx + ∫ B C D dx
34 1 2 5 4 6 7 ditgswap ⊢ φ → ∫ B C D dx = − ∫ C B D dx
35 34 oveq2d ⊢ φ → ∫ C B D dx + ∫ B C D dx = ∫ C B D dx + − ∫ C B D dx
36 31 negidd ⊢ φ → ∫ C B D dx + − ∫ C B D dx = 0
37 35 36 eqtrd ⊢ φ → ∫ C B D dx + ∫ B C D dx = 0
38 37 oveq2d ⊢ φ → ∫ A C D dx + ∫ C B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A C D dx + 0
39 30 addridd ⊢ φ → ∫ A C D dx + 0 = ∫ A C D dx
40 33 38 39 3eqtrd ⊢ φ → ∫ A C D dx + ∫ C B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A C D dx
41 40 ad2antrr ⊢ φ ∧ A ≤ C ∧ C ≤ B → ∫ A C D dx + ∫ C B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A C D dx
42 29 41 eqtr2d ⊢ φ ∧ A ≤ C ∧ C ≤ B → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
43 42 adantllr ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ A ≤ C ∧ C ≤ B → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
44 22 23 26 43 lecasei ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ A ≤ C → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
45 40 ad2antrr ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ C ≤ A → ∫ A C D dx + ∫ C B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A C D dx
46 ancom ⊢ A ≤ B ∧ C ≤ A ↔ C ≤ A ∧ A ≤ B
47 1 2 5 3 4 6 7 46 ditgsplitlem ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ C ≤ A → ∫ C B D dx = ∫ C A D dx + ∫ A B D dx
48 47 oveq2d ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ C ≤ A → ∫ A C D dx + ∫ C B D dx = ∫ A C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A B D dx
49 1 2 3 5 6 7 ditgswap ⊢ φ → ∫ C A D dx = − ∫ A C D dx
50 49 oveq2d ⊢ φ → ∫ A C D dx + ∫ C A D dx = ∫ A C D dx + − ∫ A C D dx
51 30 negidd ⊢ φ → ∫ A C D dx + − ∫ A C D dx = 0
52 50 51 eqtrd ⊢ φ → ∫ A C D dx + ∫ C A D dx = 0
53 52 oveq1d ⊢ φ → ∫ A C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A B D dx = 0 + ∫ A B D dx
54 1 2 5 3 6 7 ditgcl ⊢ φ → ∫ C A D dx ∈ ℂ
55 1 2 3 4 6 7 ditgcl ⊢ φ → ∫ A B D dx ∈ ℂ
56 30 54 55 addassd ⊢ φ → ∫ A C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A B D dx = ∫ A C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A B D dx
57 55 addlidd ⊢ φ → 0 + ∫ A B D dx = ∫ A B D dx
58 53 56 57 3eqtr3d ⊢ φ → ∫ A C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A B D dx = ∫ A B D dx
59 58 ad2antrr ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ C ≤ A → ∫ A C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A B D dx = ∫ A B D dx
60 48 59 eqtrd ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ C ≤ A → ∫ A C D dx + ∫ C B D dx = ∫ A B D dx
61 60 oveq1d ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ C ≤ A → ∫ A C D dx + ∫ C B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
62 45 61 eqtr3d ⊢ φ ∧ A ≤ B ∧ C ≤ A → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
63 16 21 44 62 lecasei ⊢ φ ∧ A ≤ B → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
64 11 adantr ⊢ φ ∧ B ≤ A → A ∈ ℝ
65 20 adantr ⊢ φ ∧ B ≤ A → C ∈ ℝ
66 biid ⊢ B ≤ A ∧ A ≤ C ↔ B ≤ A ∧ A ≤ C
67 1 2 4 3 5 6 7 66 ditgsplitlem ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ A ≤ C → ∫ B C D dx = ∫ B A D dx + ∫ A C D dx
68 67 oveq2d ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ A ≤ C → ∫ A B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A C D dx
69 1 2 3 4 6 7 ditgswap ⊢ φ → ∫ B A D dx = − ∫ A B D dx
70 69 oveq2d ⊢ φ → ∫ A B D dx + ∫ B A D dx = ∫ A B D dx + − ∫ A B D dx
71 55 negidd ⊢ φ → ∫ A B D dx + − ∫ A B D dx = 0
72 70 71 eqtrd ⊢ φ → ∫ A B D dx + ∫ B A D dx = 0
73 72 oveq1d ⊢ φ → ∫ A B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A C D dx = 0 + ∫ A C D dx
74 1 2 4 3 6 7 ditgcl ⊢ φ → ∫ B A D dx ∈ ℂ
75 55 74 30 addassd ⊢ φ → ∫ A B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A C D dx
76 30 addlidd ⊢ φ → 0 + ∫ A C D dx = ∫ A C D dx
77 73 75 76 3eqtr3d ⊢ φ → ∫ A B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A C D dx = ∫ A C D dx
78 77 ad2antrr ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ A ≤ C → ∫ A B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A C D dx = ∫ A C D dx
79 68 78 eqtr2d ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ A ≤ C → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
80 15 ad2antrr ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ A → B ∈ ℝ
81 20 ad2antrr ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ A → C ∈ ℝ
82 ancom ⊢ C ≤ A ∧ B ≤ C ↔ B ≤ C ∧ C ≤ A
83 1 2 4 5 3 6 7 82 ditgsplitlem ⊢ φ ∧ C ≤ A ∧ B ≤ C → ∫ B A D dx = ∫ B C D dx + ∫ C A D dx
84 83 oveq1d ⊢ φ ∧ C ≤ A ∧ B ≤ C → ∫ B A D dx + ∫ A C D dx = ∫ B C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A C D dx
85 32 54 30 addassd ⊢ φ → ∫ B C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A C D dx = ∫ B C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A C D dx
86 1 2 5 3 6 7 ditgswap ⊢ φ → ∫ A C D dx = − ∫ C A D dx
87 86 oveq2d ⊢ φ → ∫ C A D dx + ∫ A C D dx = ∫ C A D dx + − ∫ C A D dx
88 54 negidd ⊢ φ → ∫ C A D dx + − ∫ C A D dx = 0
89 87 88 eqtrd ⊢ φ → ∫ C A D dx + ∫ A C D dx = 0
90 89 oveq2d ⊢ φ → ∫ B C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A C D dx = ∫ B C D dx + 0
91 32 addridd ⊢ φ → ∫ B C D dx + 0 = ∫ B C D dx
92 85 90 91 3eqtrd ⊢ φ → ∫ B C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A C D dx = ∫ B C D dx
93 92 ad2antrr ⊢ φ ∧ C ≤ A ∧ B ≤ C → ∫ B C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A C D dx = ∫ B C D dx
94 84 93 eqtr2d ⊢ φ ∧ C ≤ A ∧ B ≤ C → ∫ B C D dx = ∫ B A D dx + ∫ A C D dx
95 94 oveq2d ⊢ φ ∧ C ≤ A ∧ B ≤ C → ∫ A B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A C D dx
96 77 ad2antrr ⊢ φ ∧ C ≤ A ∧ B ≤ C → ∫ A B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A C D dx = ∫ A C D dx
97 95 96 eqtr2d ⊢ φ ∧ C ≤ A ∧ B ≤ C → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
98 97 adantllr ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ A ∧ B ≤ C → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
99 ancom ⊢ B ≤ A ∧ C ≤ B ↔ C ≤ B ∧ B ≤ A
100 1 2 5 4 3 6 7 99 ditgsplitlem ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ C A D dx = ∫ C B D dx + ∫ B A D dx
101 100 oveq1d ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ C A D dx + ∫ A B D dx = ∫ C B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A B D dx
102 31 74 55 addassd ⊢ φ → ∫ C B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A B D dx = ∫ C B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A B D dx
103 1 2 4 3 6 7 ditgswap ⊢ φ → ∫ A B D dx = − ∫ B A D dx
104 103 oveq2d ⊢ φ → ∫ B A D dx + ∫ A B D dx = ∫ B A D dx + − ∫ B A D dx
105 74 negidd ⊢ φ → ∫ B A D dx + − ∫ B A D dx = 0
106 104 105 eqtrd ⊢ φ → ∫ B A D dx + ∫ A B D dx = 0
107 106 oveq2d ⊢ φ → ∫ C B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A B D dx = ∫ C B D dx + 0
108 31 addridd ⊢ φ → ∫ C B D dx + 0 = ∫ C B D dx
109 102 107 108 3eqtrd ⊢ φ → ∫ C B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A B D dx = ∫ C B D dx
110 109 ad2antrr ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ C B D dx + ∫ B A D dx + ∫ A B D dx = ∫ C B D dx
111 101 110 eqtr2d ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ C B D dx = ∫ C A D dx + ∫ A B D dx
112 111 oveq2d ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ A C D dx + ∫ C B D dx = ∫ A C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A B D dx
113 58 ad2antrr ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ A C D dx + ∫ C A D dx + ∫ A B D dx = ∫ A B D dx
114 112 113 eqtr2d ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ A B D dx = ∫ A C D dx + ∫ C B D dx
115 114 oveq1d ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ A B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A C D dx + ∫ C B D dx + ∫ B C D dx
116 40 ad2antrr ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ A C D dx + ∫ C B D dx + ∫ B C D dx = ∫ A C D dx
117 115 116 eqtr2d ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
118 117 adantlr ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ A ∧ C ≤ B → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
119 80 81 98 118 lecasei ⊢ φ ∧ B ≤ A ∧ C ≤ A → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
120 64 65 79 119 lecasei ⊢ φ ∧ B ≤ A → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx
121 11 15 63 120 lecasei ⊢ φ → ∫ A C D dx = ∫ A B D dx + ∫ B C D dx