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Theorem hoidmvlelem5

Description: The dimensional volume of a multidimensional half-open interval is less than or equal the generalized sum of the dimensional volumes of countable half-open intervals that cover it. Induction step of Lemma 115B of Fremlin1 p. 29. (Contributed by Glauco Siliprandi, 21-Nov-2020)

Ref Expression
Hypotheses hoidmvlelem5.l L = x Fin a x , b x if x = 0 k x vol a k b k
hoidmvlelem5.f φ X Fin
hoidmvlelem5.y φ Y X
hoidmvlelem5.z φ Z X Y
hoidmvlelem5.w W = Y Z
hoidmvlelem5.a φ A : W
hoidmvlelem5.b φ B : W
hoidmvlelem5.c φ C : W
hoidmvlelem5.d φ D : W
hoidmvlelem5.i φ e Y f Y g Y h Y k Y e k f k j k Y g j k h j k e L Y f sum^ j g j L Y h j
hoidmvlelem5.s φ k W A k B k j k W C j k D j k
hoidmvlelem5.n φ Y
Assertion hoidmvlelem5 φ A L W B sum^ j C j L W D j

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hoidmvlelem5.l L = x Fin a x , b x if x = 0 k x vol a k b k
2 hoidmvlelem5.f φ X Fin
3 hoidmvlelem5.y φ Y X
4 hoidmvlelem5.z φ Z X Y
5 hoidmvlelem5.w W = Y Z
6 hoidmvlelem5.a φ A : W
7 hoidmvlelem5.b φ B : W
8 hoidmvlelem5.c φ C : W
9 hoidmvlelem5.d φ D : W
10 hoidmvlelem5.i φ e Y f Y g Y h Y k Y e k f k j k Y g j k h j k e L Y f sum^ j g j L Y h j
11 hoidmvlelem5.s φ k W A k B k j k W C j k D j k
12 hoidmvlelem5.n φ Y
13 nfv s φ
14 nfre1 s s W B s A s
15 13 14 nfan s φ s W B s A s
16 ssfi X Fin Y X Y Fin
17 2 3 16 syl2anc φ Y Fin
18 snfi Z Fin
19 18 a1i φ Z Fin
20 unfi Y Fin Z Fin Y Z Fin
21 17 19 20 syl2anc φ Y Z Fin
22 5 21 eqeltrid φ W Fin
23 22 adantr φ s W B s A s W Fin
24 6 adantr φ s W B s A s A : W
25 7 adantr φ s W B s A s B : W
26 simpr φ s W B s A s s W B s A s
27 15 1 23 24 25 26 hoidmvval0 φ s W B s A s A L W B = 0
28 nnex V
29 28 a1i φ V
30 icossicc 0 +∞ 0 +∞
31 22 adantr φ j W Fin
32 8 ffvelrnda φ j C j W
33 elmapi C j W C j : W
34 32 33 syl φ j C j : W
35 9 ffvelrnda φ j D j W
36 elmapi D j W D j : W
37 35 36 syl φ j D j : W
38 1 31 34 37 hoidmvcl φ j C j L W D j 0 +∞
39 30 38 sselid φ j C j L W D j 0 +∞
40 39 fmpttd φ j C j L W D j : 0 +∞
41 29 40 sge0ge0 φ 0 sum^ j C j L W D j
42 41 adantr φ s W B s A s 0 sum^ j C j L W D j
43 27 42 eqbrtrd φ s W B s A s A L W B sum^ j C j L W D j
44 icossxr 0 +∞ *
45 1 22 6 7 hoidmvcl φ A L W B 0 +∞
46 44 45 sselid φ A L W B *
47 46 adantr φ sum^ j C j L W D j = +∞ A L W B *
48 29 40 sge0xrcl φ sum^ j C j L W D j *
49 48 adantr φ sum^ j C j L W D j = +∞ sum^ j C j L W D j *
50 rge0ssre 0 +∞
51 50 45 sselid φ A L W B
52 ltpnf A L W B A L W B < +∞
53 51 52 syl φ A L W B < +∞
54 53 adantr φ sum^ j C j L W D j = +∞ A L W B < +∞
55 id sum^ j C j L W D j = +∞ sum^ j C j L W D j = +∞
56 55 eqcomd sum^ j C j L W D j = +∞ +∞ = sum^ j C j L W D j
57 56 adantl φ sum^ j C j L W D j = +∞ +∞ = sum^ j C j L W D j
58 54 57 breqtrd φ sum^ j C j L W D j = +∞ A L W B < sum^ j C j L W D j
59 47 49 58 xrltled φ sum^ j C j L W D j = +∞ A L W B sum^ j C j L W D j
60 59 adantlr φ ¬ s W B s A s sum^ j C j L W D j = +∞ A L W B sum^ j C j L W D j
61 simpll φ ¬ s W B s A s ¬ sum^ j C j L W D j = +∞ φ
62 simpr φ ¬ s W B s A s ¬ s W B s A s
63 6 ffvelrnda φ s W A s
64 7 ffvelrnda φ s W B s
65 63 64 ltnled φ s W A s < B s ¬ B s A s
66 65 ralbidva φ s W A s < B s s W ¬ B s A s
67 ralnex s W ¬ B s A s ¬ s W B s A s
68 67 a1i φ s W ¬ B s A s ¬ s W B s A s
69 66 68 bitrd φ s W A s < B s ¬ s W B s A s
70 69 adantr φ ¬ s W B s A s s W A s < B s ¬ s W B s A s
71 62 70 mpbird φ ¬ s W B s A s s W A s < B s
72 71 adantr φ ¬ s W B s A s ¬ sum^ j C j L W D j = +∞ s W A s < B s
73 simpr φ ¬ sum^ j C j L W D j = +∞ ¬ sum^ j C j L W D j = +∞
74 28 a1i φ ¬ sum^ j C j L W D j = +∞ V
75 40 adantr φ ¬ sum^ j C j L W D j = +∞ j C j L W D j : 0 +∞
76 74 75 sge0repnf φ ¬ sum^ j C j L W D j = +∞ sum^ j C j L W D j ¬ sum^ j C j L W D j = +∞
77 73 76 mpbird φ ¬ sum^ j C j L W D j = +∞ sum^ j C j L W D j
78 77 adantlr φ ¬ s W B s A s ¬ sum^ j C j L W D j = +∞ sum^ j C j L W D j
79 simpll φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j r + φ s W A s < B s
80 fveq2 j = i C j = C i
81 fveq2 j = i D j = D i
82 80 81 oveq12d j = i C j L W D j = C i L W D i
83 82 cbvmptv j C j L W D j = i C i L W D i
84 83 fveq2i sum^ j C j L W D j = sum^ i C i L W D i
85 84 eleq1i sum^ j C j L W D j sum^ i C i L W D i
86 85 biimpi sum^ j C j L W D j sum^ i C i L W D i
87 86 ad2antlr φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j r + sum^ i C i L W D i
88 simpr φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j r + r +
89 2 ad3antrrr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + X Fin
90 3 ad3antrrr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + Y X
91 12 ad3antrrr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + Y
92 4 ad3antrrr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + Z X Y
93 6 ad3antrrr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + A : W
94 7 ad3antrrr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + B : W
95 fveq2 s = k A s = A k
96 fveq2 s = k B s = B k
97 95 96 breq12d s = k A s < B s A k < B k
98 97 cbvralvw s W A s < B s k W A k < B k
99 98 biimpi s W A s < B s k W A k < B k
100 99 adantr s W A s < B s k W k W A k < B k
101 simpr s W A s < B s k W k W
102 rspa k W A k < B k k W A k < B k
103 100 101 102 syl2anc s W A s < B s k W A k < B k
104 103 ad5ant25 φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + k W A k < B k
105 8 ad3antrrr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + C : W
106 9 ad3antrrr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + D : W
107 85 biimpri sum^ i C i L W D i sum^ j C j L W D j
108 107 ad2antlr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + sum^ j C j L W D j
109 fveq1 d = c d i = c i
110 109 breq1d d = c d i x c i x
111 110 109 ifbieq1d d = c if d i x d i x = if c i x c i x
112 109 111 ifeq12d d = c if i Y d i if d i x d i x = if i Y c i if c i x c i x
113 112 mpteq2dv d = c i W if i Y d i if d i x d i x = i W if i Y c i if c i x c i x
114 eleq1w i = j i Y j Y
115 fveq2 i = j c i = c j
116 115 breq1d i = j c i x c j x
117 116 115 ifbieq1d i = j if c i x c i x = if c j x c j x
118 114 115 117 ifbieq12d i = j if i Y c i if c i x c i x = if j Y c j if c j x c j x
119 118 cbvmptv i W if i Y c i if c i x c i x = j W if j Y c j if c j x c j x
120 119 a1i d = c i W if i Y c i if c i x c i x = j W if j Y c j if c j x c j x
121 113 120 eqtrd d = c i W if i Y d i if d i x d i x = j W if j Y c j if c j x c j x
122 121 cbvmptv d W i W if i Y d i if d i x d i x = c W j W if j Y c j if c j x c j x
123 122 mpteq2i x d W i W if i Y d i if d i x d i x = x c W j W if j Y c j if c j x c j x
124 eqid A Y L Y B Y = A Y L Y B Y
125 simpr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + r +
126 oveq1 w = z w A Z = z A Z
127 126 oveq2d w = z A Y L Y B Y w A Z = A Y L Y B Y z A Z
128 breq2 w = x d i w d i x
129 eqidd w = x d i = d i
130 id w = x w = x
131 128 129 130 ifbieq12d w = x if d i w d i w = if d i x d i x
132 131 ifeq2d w = x if i Y d i if d i w d i w = if i Y d i if d i x d i x
133 132 mpteq2dv w = x i W if i Y d i if d i w d i w = i W if i Y d i if d i x d i x
134 133 mpteq2dv w = x d W i W if i Y d i if d i w d i w = d W i W if i Y d i if d i x d i x
135 134 cbvmptv w d W i W if i Y d i if d i w d i w = x d W i W if i Y d i if d i x d i x
136 135 a1i w = z w d W i W if i Y d i if d i w d i w = x d W i W if i Y d i if d i x d i x
137 id w = z w = z
138 136 137 fveq12d w = z w d W i W if i Y d i if d i w d i w w = x d W i W if i Y d i if d i x d i x z
139 138 fveq1d w = z w d W i W if i Y d i if d i w d i w w D l = x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D l
140 139 oveq2d w = z C l L W w d W i W if i Y d i if d i w d i w w D l = C l L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D l
141 140 mpteq2dv w = z l C l L W w d W i W if i Y d i if d i w d i w w D l = l C l L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D l
142 fveq2 l = j C l = C j
143 2fveq3 l = j x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D l = x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D j
144 142 143 oveq12d l = j C l L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D l = C j L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D j
145 144 cbvmptv l C l L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D l = j C j L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D j
146 145 a1i w = z l C l L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D l = j C j L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D j
147 141 146 eqtrd w = z l C l L W w d W i W if i Y d i if d i w d i w w D l = j C j L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D j
148 147 fveq2d w = z sum^ l C l L W w d W i W if i Y d i if d i w d i w w D l = sum^ j C j L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D j
149 148 oveq2d w = z 1 + r sum^ l C l L W w d W i W if i Y d i if d i w d i w w D l = 1 + r sum^ j C j L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D j
150 127 149 breq12d w = z A Y L Y B Y w A Z 1 + r sum^ l C l L W w d W i W if i Y d i if d i w d i w w D l A Y L Y B Y z A Z 1 + r sum^ j C j L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D j
151 150 cbvrabv w A Z B Z | A Y L Y B Y w A Z 1 + r sum^ l C l L W w d W i W if i Y d i if d i w d i w w D l = z A Z B Z | A Y L Y B Y z A Z 1 + r sum^ j C j L W x d W i W if i Y d i if d i x d i x z D j
152 eqid sup w A Z B Z | A Y L Y B Y w A Z 1 + r sum^ l C l L W w d W i W if i Y d i if d i w d i w w D l < = sup w A Z B Z | A Y L Y B Y w A Z 1 + r sum^ l C l L W w d W i W if i Y d i if d i w d i w w D l <
153 10 ad3antrrr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + e Y f Y g Y h Y k Y e k f k j k Y g j k h j k e L Y f sum^ j g j L Y h j
154 11 ad3antrrr φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + k W A k B k j k W C j k D j k
155 1 89 90 91 92 5 93 94 104 105 106 108 123 124 125 151 152 153 154 hoidmvlelem4 φ s W A s < B s sum^ i C i L W D i r + A L W B 1 + r sum^ j C j L W D j
156 79 87 88 155 syl21anc φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j r + A L W B 1 + r sum^ j C j L W D j
157 156 ralrimiva φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j r + A L W B 1 + r sum^ j C j L W D j
158 nfv r φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j
159 46 ad2antrr φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j A L W B *
160 0xr 0 *
161 160 a1i φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j 0 *
162 pnfxr +∞ *
163 162 a1i φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j +∞ *
164 48 ad2antrr φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j sum^ j C j L W D j *
165 41 ad2antrr φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j 0 sum^ j C j L W D j
166 ltpnf sum^ j C j L W D j sum^ j C j L W D j < +∞
167 166 adantl φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j sum^ j C j L W D j < +∞
168 161 163 164 165 167 elicod φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j sum^ j C j L W D j 0 +∞
169 158 159 168 xralrple2 φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j A L W B sum^ j C j L W D j r + A L W B 1 + r sum^ j C j L W D j
170 157 169 mpbird φ s W A s < B s sum^ j C j L W D j A L W B sum^ j C j L W D j
171 61 72 78 170 syl21anc φ ¬ s W B s A s ¬ sum^ j C j L W D j = +∞ A L W B sum^ j C j L W D j
172 60 171 pm2.61dan φ ¬ s W B s A s A L W B sum^ j C j L W D j
173 43 172 pm2.61dan φ A L W B sum^ j C j L W D j