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Theorem fperdvper

Description: The derivative of a periodic function is periodic. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses fperdvper.f φ F :
fperdvper.t φ T
fperdvper.fper φ x F x + T = F x
fperdvper.g G = D F
Assertion fperdvper φ x dom G x + T dom G G x + T = G x

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 fperdvper.f φ F :
2 fperdvper.t φ T
3 fperdvper.fper φ x F x + T = F x
4 fperdvper.g G = D F
5 dvbsss dom F
6 id x dom G x dom G
7 4 dmeqi dom G = dom F
8 6 7 eleqtrdi x dom G x dom F
9 5 8 sseldi x dom G x
10 9 adantl φ x dom G x
11 2 adantr φ x dom G T
12 10 11 readdcld φ x dom G x + T
13 reopn topGen ran .
14 retop topGen ran . Top
15 ssidd φ x dom G
16 uniretop = topGen ran .
17 16 isopn3 topGen ran . Top topGen ran . int topGen ran . =
18 14 15 17 sylancr φ x dom G topGen ran . int topGen ran . =
19 13 18 mpbii φ x dom G int topGen ran . =
20 19 eqcomd φ x dom G = int topGen ran .
21 12 20 eleqtrd φ x dom G x + T int topGen ran .
22 8 adantl φ x dom G x dom F
23 4 fveq1i G x = F x
24 23 eqcomi F x = G x
25 24 a1i φ x dom G F x = G x
26 dvf F : dom F
27 ffun F : dom F Fun F
28 26 27 ax-mp Fun F
29 28 a1i φ Fun F
30 funbrfv2b Fun F x F G x x dom F F x = G x
31 29 30 syl φ x F G x x dom F F x = G x
32 31 adantr φ x dom G x F G x x dom F F x = G x
33 22 25 32 mpbir2and φ x dom G x F G x
34 tgioo4 topGen ran . = TopOpen fld 𝑡
35 eqid TopOpen fld = TopOpen fld
36 eqid y x F y F x y x = y x F y F x y x
37 ax-resscn
38 37 a1i φ x dom G
39 1 adantr φ x dom G F :
40 34 35 36 38 39 15 eldv φ x dom G x F G x x int topGen ran . G x y x F y F x y x lim x
41 33 40 mpbid φ x dom G x int topGen ran . G x y x F y F x y x lim x
42 41 simprd φ x dom G G x y x F y F x y x lim x
43 eqidd φ x dom G d x + T y x + T F y F x + T y x + T = y x + T F y F x + T y x + T
44 fveq2 y = d F y = F d
45 44 oveq1d y = d F y F x + T = F d F x + T
46 oveq1 y = d y x + T = d x + T
47 45 46 oveq12d y = d F y F x + T y x + T = F d F x + T d x + T
48 eldifi d x + T d
49 48 recnd d x + T d
50 49 adantl φ d x + T d
51 2 recnd φ T
52 51 adantr φ d x + T T
53 50 52 npcand φ d x + T d - T + T = d
54 53 eqcomd φ d x + T d = d - T + T
55 54 fveq2d φ d x + T F d = F d - T + T
56 ovex d T V
57 48 adantl φ d x + T d
58 2 adantr φ d x + T T
59 57 58 resubcld φ d x + T d T
60 59 ex φ d x + T d T
61 60 imdistani φ d x + T φ d T
62 eleq1 x = d T x d T
63 62 anbi2d x = d T φ x φ d T
64 fvoveq1 x = d T F x + T = F d - T + T
65 fveq2 x = d T F x = F d T
66 64 65 eqeq12d x = d T F x + T = F x F d - T + T = F d T
67 63 66 imbi12d x = d T φ x F x + T = F x φ d T F d - T + T = F d T
68 67 3 vtoclg d T V φ d T F d - T + T = F d T
69 56 61 68 mpsyl φ d x + T F d - T + T = F d T
70 55 69 eqtrd φ d x + T F d = F d T
71 70 adantlr φ x dom G d x + T F d = F d T
72 simpll φ x dom G d x + T φ
73 9 ad2antlr φ x dom G d x + T x
74 72 73 3 syl2anc φ x dom G d x + T F x + T = F x
75 71 74 oveq12d φ x dom G d x + T F d F x + T = F d T F x
76 49 adantl φ x dom G d x + T d
77 72 51 syl φ x dom G d x + T T
78 10 recnd φ x dom G x
79 78 adantr φ x dom G d x + T x
80 76 77 79 subsub4d φ x dom G d x + T d - T - x = d T + x
81 77 79 addcomd φ x dom G d x + T T + x = x + T
82 81 oveq2d φ x dom G d x + T d T + x = d x + T
83 80 82 eqtr2d φ x dom G d x + T d x + T = d - T - x
84 75 83 oveq12d φ x dom G d x + T F d F x + T d x + T = F d T F x d - T - x
85 47 84 sylan9eqr φ x dom G d x + T y = d F y F x + T y x + T = F d T F x d - T - x
86 simpr φ x dom G d x + T d x + T
87 1 adantr φ d x + T F :
88 87 59 ffvelrnd φ d x + T F d T
89 88 adantlr φ x dom G d x + T F d T
90 39 10 ffvelrnd φ x dom G F x
91 90 adantr φ x dom G d x + T F x
92 89 91 subcld φ x dom G d x + T F d T F x
93 76 77 subcld φ x dom G d x + T d T
94 93 79 subcld φ x dom G d x + T d - T - x
95 simpr φ x dom G d x + T d T = x d T = x
96 49 ad2antlr φ x dom G d x + T d T = x d
97 77 adantr φ x dom G d x + T d T = x T
98 79 adantr φ x dom G d x + T d T = x x
99 96 97 98 subadd2d φ x dom G d x + T d T = x d T = x x + T = d
100 95 99 mpbid φ x dom G d x + T d T = x x + T = d
101 100 eqcomd φ x dom G d x + T d T = x d = x + T
102 eldifsni d x + T d x + T
103 102 ad2antlr φ x dom G d x + T d T = x d x + T
104 103 neneqd φ x dom G d x + T d T = x ¬ d = x + T
105 101 104 pm2.65da φ x dom G d x + T ¬ d T = x
106 105 neqned φ x dom G d x + T d T x
107 93 79 106 subne0d φ x dom G d x + T d - T - x 0
108 92 94 107 divcld φ x dom G d x + T F d T F x d - T - x
109 43 85 86 108 fvmptd φ x dom G d x + T y x + T F y F x + T y x + T d = F d T F x d - T - x
110 109 fvoveq1d φ x dom G d x + T y x + T F y F x + T y x + T d w = F d T F x d - T - x w
111 110 ad4ant13 φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w = F d T F x d - T - x w
112 neeq1 c = d T c x d T x
113 fvoveq1 c = d T c x = d - T - x
114 113 breq1d c = d T c x < b d - T - x < b
115 112 114 anbi12d c = d T c x c x < b d T x d - T - x < b
116 115 imbrov2fvoveq c = d T c x c x < b y x F y F x y x c w < a d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a
117 simpllr φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T < b c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a
118 48 ad2antlr φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T < b d
119 2 ad4antr φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T < b T
120 118 119 resubcld φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T < b d T
121 elsni d T x d T = x
122 105 121 nsyl φ x dom G d x + T ¬ d T x
123 122 ad4ant13 φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T < b ¬ d T x
124 120 123 eldifd φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T < b d T x
125 116 117 124 rspcdva φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T < b d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a
126 eqidd φ x dom G d x + T y x F y F x y x = y x F y F x y x
127 simpr φ x dom G d x + T y = d T y = d T
128 127 fveq2d φ x dom G d x + T y = d T F y = F d T
129 128 oveq1d φ x dom G d x + T y = d T F y F x = F d T F x
130 127 oveq1d φ x dom G d x + T y = d T y x = d - T - x
131 129 130 oveq12d φ x dom G d x + T y = d T F y F x y x = F d T F x d - T - x
132 48 adantl φ x dom G d x + T d
133 72 2 syl φ x dom G d x + T T
134 132 133 resubcld φ x dom G d x + T d T
135 134 122 eldifd φ x dom G d x + T d T x
136 126 131 135 108 fvmptd φ x dom G d x + T y x F y F x y x d T = F d T F x d - T - x
137 136 eqcomd φ x dom G d x + T F d T F x d - T - x = y x F y F x y x d T
138 137 ad2antrr φ x dom G d x + T d x + T < b d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a F d T F x d - T - x = y x F y F x y x d T
139 138 fvoveq1d φ x dom G d x + T d x + T < b d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a F d T F x d - T - x w = y x F y F x y x d T w
140 106 adantr φ x dom G d x + T d x + T < b d T x
141 83 eqcomd φ x dom G d x + T d - T - x = d x + T
142 141 adantr φ x dom G d x + T d x + T < b d - T - x = d x + T
143 142 fveq2d φ x dom G d x + T d x + T < b d - T - x = d x + T
144 simpr φ x dom G d x + T d x + T < b d x + T < b
145 143 144 eqbrtrd φ x dom G d x + T d x + T < b d - T - x < b
146 140 145 jca φ x dom G d x + T d x + T < b d T x d - T - x < b
147 146 adantr φ x dom G d x + T d x + T < b d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a d T x d - T - x < b
148 simpr φ x dom G d x + T d x + T < b d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a
149 147 148 mpd φ x dom G d x + T d x + T < b d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a y x F y F x y x d T w < a
150 139 149 eqbrtrd φ x dom G d x + T d x + T < b d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a F d T F x d - T - x w < a
151 150 ex φ x dom G d x + T d x + T < b d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a F d T F x d - T - x w < a
152 151 adantllr φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T < b d T x d - T - x < b y x F y F x y x d T w < a F d T F x d - T - x w < a
153 125 152 mpd φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T < b F d T F x d - T - x w < a
154 153 adantrl φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T d x + T < b F d T F x d - T - x w < a
155 111 154 eqbrtrd φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a
156 155 ex φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a
157 156 ralrimiva φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a
158 eqidd c x y x F y F x y x = y x F y F x y x
159 fveq2 y = c F y = F c
160 159 oveq1d y = c F y F x = F c F x
161 oveq1 y = c y x = c x
162 160 161 oveq12d y = c F y F x y x = F c F x c x
163 162 adantl c x y = c F y F x y x = F c F x c x
164 id c x c x
165 ovexd c x F c F x c x V
166 158 163 164 165 fvmptd c x y x F y F x y x c = F c F x c x
167 166 fvoveq1d c x y x F y F x y x c w = F c F x c x w
168 167 ad2antlr φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x c x < b y x F y F x y x c w = F c F x c x w
169 simpll φ x dom G c x φ
170 eldifi c x c
171 170 adantl φ x dom G c x c
172 eleq1 x = c x c
173 172 anbi2d x = c φ x φ c
174 fvoveq1 x = c F x + T = F c + T
175 fveq2 x = c F x = F c
176 174 175 eqeq12d x = c F x + T = F x F c + T = F c
177 173 176 imbi12d x = c φ x F x + T = F x φ c F c + T = F c
178 177 3 chvarvv φ c F c + T = F c
179 178 eqcomd φ c F c = F c + T
180 169 171 179 syl2anc φ x dom G c x F c = F c + T
181 9 ad2antlr φ x dom G c x x
182 169 181 3 syl2anc φ x dom G c x F x + T = F x
183 182 eqcomd φ x dom G c x F x = F x + T
184 180 183 oveq12d φ x dom G c x F c F x = F c + T F x + T
185 171 recnd φ x dom G c x c
186 78 adantr φ x dom G c x x
187 169 51 syl φ x dom G c x T
188 185 186 187 pnpcan2d φ x dom G c x c + T - x + T = c x
189 188 eqcomd φ x dom G c x c x = c + T - x + T
190 184 189 oveq12d φ x dom G c x F c F x c x = F c + T F x + T c + T - x + T
191 190 fvoveq1d φ x dom G c x F c F x c x w = F c + T F x + T c + T - x + T w
192 191 ad4ant13 φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b F c F x c x w = F c + T F x + T c + T - x + T w
193 neeq1 d = c + T d x + T c + T x + T
194 fvoveq1 d = c + T d x + T = c + T - x + T
195 194 breq1d d = c + T d x + T < b c + T - x + T < b
196 193 195 anbi12d d = c + T d x + T d x + T < b c + T x + T c + T - x + T < b
197 196 imbrov2fvoveq d = c + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a
198 simpllr φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a
199 170 ad2antlr φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b c
200 2 ad4antr φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b T
201 199 200 readdcld φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b c + T
202 eldifsni c x c x
203 202 adantl φ x dom G c x c x
204 185 186 187 203 addneintr2d φ x dom G c x c + T x + T
205 204 ad4ant13 φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b c + T x + T
206 nelsn c + T x + T ¬ c + T x + T
207 205 206 syl φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b ¬ c + T x + T
208 201 207 eldifd φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b c + T x + T
209 197 198 208 rspcdva φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a
210 eqidd φ x dom G c x y x + T F y F x + T y x + T = y x + T F y F x + T y x + T
211 fveq2 y = c + T F y = F c + T
212 211 oveq1d y = c + T F y F x + T = F c + T F x + T
213 oveq1 y = c + T y x + T = c + T - x + T
214 212 213 oveq12d y = c + T F y F x + T y x + T = F c + T F x + T c + T - x + T
215 214 adantl φ x dom G c x y = c + T F y F x + T y x + T = F c + T F x + T c + T - x + T
216 169 2 syl φ x dom G c x T
217 171 216 readdcld φ x dom G c x c + T
218 204 206 syl φ x dom G c x ¬ c + T x + T
219 217 218 eldifd φ x dom G c x c + T x + T
220 ovexd φ x dom G c x F c + T F x + T c + T - x + T V
221 210 215 219 220 fvmptd φ x dom G c x y x + T F y F x + T y x + T c + T = F c + T F x + T c + T - x + T
222 221 eqcomd φ x dom G c x F c + T F x + T c + T - x + T = y x + T F y F x + T y x + T c + T
223 222 ad2antrr φ x dom G c x c x < b c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a F c + T F x + T c + T - x + T = y x + T F y F x + T y x + T c + T
224 223 fvoveq1d φ x dom G c x c x < b c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a F c + T F x + T c + T - x + T w = y x + T F y F x + T y x + T c + T w
225 204 adantr φ x dom G c x c x < b c + T x + T
226 170 recnd c x c
227 226 ad2antlr φ x dom G c x c x < b c
228 186 adantr φ x dom G c x c x < b x
229 187 adantr φ x dom G c x c x < b T
230 227 228 229 pnpcan2d φ x dom G c x c x < b c + T - x + T = c x
231 230 fveq2d φ x dom G c x c x < b c + T - x + T = c x
232 simpr φ x dom G c x c x < b c x < b
233 231 232 eqbrtrd φ x dom G c x c x < b c + T - x + T < b
234 225 233 jca φ x dom G c x c x < b c + T x + T c + T - x + T < b
235 234 adantr φ x dom G c x c x < b c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a c + T x + T c + T - x + T < b
236 simpr φ x dom G c x c x < b c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a
237 235 236 mpd φ x dom G c x c x < b c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a
238 224 237 eqbrtrd φ x dom G c x c x < b c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a F c + T F x + T c + T - x + T w < a
239 238 ex φ x dom G c x c x < b c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a F c + T F x + T c + T - x + T w < a
240 239 adantllr φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b c + T x + T c + T - x + T < b y x + T F y F x + T y x + T c + T w < a F c + T F x + T c + T - x + T w < a
241 209 240 mpd φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b F c + T F x + T c + T - x + T w < a
242 192 241 eqbrtrd φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x < b F c F x c x w < a
243 242 adantrl φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x c x < b F c F x c x w < a
244 168 243 eqbrtrd φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a
245 244 ex φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a
246 245 ralrimiva φ x dom G d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a
247 157 246 impbida φ x dom G c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a
248 247 rexbidv φ x dom G b + c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a b + d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a
249 248 ralbidv φ x dom G a + b + c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a a + b + d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a
250 249 anbi2d φ x dom G w a + b + c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a w a + b + d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a
251 39 38 10 dvlem φ x dom G y x F y F x y x
252 251 fmpttd φ x dom G y x F y F x y x : x
253 38 ssdifssd φ x dom G x
254 252 253 78 ellimc3 φ x dom G w y x F y F x y x lim x w a + b + c x c x c x < b y x F y F x y x c w < a
255 39 38 12 dvlem φ x dom G y x + T F y F x + T y x + T
256 255 fmpttd φ x dom G y x + T F y F x + T y x + T : x + T
257 38 ssdifssd φ x dom G x + T
258 12 recnd φ x dom G x + T
259 256 257 258 ellimc3 φ x dom G w y x + T F y F x + T y x + T lim x + T w a + b + d x + T d x + T d x + T < b y x + T F y F x + T y x + T d w < a
260 250 254 259 3bitr4d φ x dom G w y x F y F x y x lim x w y x + T F y F x + T y x + T lim x + T
261 260 eqrdv φ x dom G y x F y F x y x lim x = y x + T F y F x + T y x + T lim x + T
262 fveq2 y = z F y = F z
263 262 oveq1d y = z F y F x + T = F z F x + T
264 oveq1 y = z y x + T = z x + T
265 263 264 oveq12d y = z F y F x + T y x + T = F z F x + T z x + T
266 265 cbvmptv y x + T F y F x + T y x + T = z x + T F z F x + T z x + T
267 266 oveq1i y x + T F y F x + T y x + T lim x + T = z x + T F z F x + T z x + T lim x + T
268 261 267 syl6eq φ x dom G y x F y F x y x lim x = z x + T F z F x + T z x + T lim x + T
269 42 268 eleqtrd φ x dom G G x z x + T F z F x + T z x + T lim x + T
270 eqid z x + T F z F x + T z x + T = z x + T F z F x + T z x + T
271 37 a1i φ
272 ssidd φ
273 34 35 270 271 1 272 eldv φ x + T F G x x + T int topGen ran . G x z x + T F z F x + T z x + T lim x + T
274 273 adantr φ x dom G x + T F G x x + T int topGen ran . G x z x + T F z F x + T z x + T lim x + T
275 21 269 274 mpbir2and φ x dom G x + T F G x
276 4 a1i φ x dom G G = D F
277 276 breqd φ x dom G x + T G G x x + T F G x
278 275 277 mpbird φ x dom G x + T G G x
279 4 a1i φ G = D F
280 279 funeqd φ Fun G Fun F
281 29 280 mpbird φ Fun G
282 281 adantr φ x dom G Fun G
283 funbrfv2b Fun G x + T G G x x + T dom G G x + T = G x
284 282 283 syl φ x dom G x + T G G x x + T dom G G x + T = G x
285 278 284 mpbid φ x dom G x + T dom G G x + T = G x