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Theorem hspmbllem1

Description: Any half-space of the n-dimensional Real numbers is Lebesgue measurable. This is Step (a) of Lemma 115F of Fremlin1 p. 31. (Contributed by Glauco Siliprandi, 24-Dec-2020)

Ref Expression
Hypotheses hspmbllem1.x φ X Fin
hspmbllem1.k φ K X
hspmbllem1.y φ Y
hspmbllem1.a φ A : X
hspmbllem1.b φ B : X
hspmbllem1.l L = x Fin a x , b x if x = 0 k x vol a k b k
hspmbllem1.t T = y c X h X if h X K c h if c h y c h y
hspmbllem1.s S = x c X h X if h = K if x c h c h x c h
Assertion hspmbllem1 φ A L X B = A L X T Y B + 𝑒 S Y A L X B

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 hspmbllem1.x φ X Fin
2 hspmbllem1.k φ K X
3 hspmbllem1.y φ Y
4 hspmbllem1.a φ A : X
5 hspmbllem1.b φ B : X
6 hspmbllem1.l L = x Fin a x , b x if x = 0 k x vol a k b k
7 hspmbllem1.t T = y c X h X if h X K c h if c h y c h y
8 hspmbllem1.s S = x c X h X if h = K if x c h c h x c h
9 rge0ssre 0 +∞
10 7 3 1 5 hsphoif φ T Y B : X
11 6 1 4 10 hoidmvcl φ A L X T Y B 0 +∞
12 9 11 sselid φ A L X T Y B
13 8 3 1 4 hoidifhspf φ S Y A : X
14 6 1 13 5 hoidmvcl φ S Y A L X B 0 +∞
15 9 14 sselid φ S Y A L X B
16 12 15 rexaddd φ A L X T Y B + 𝑒 S Y A L X B = A L X T Y B + S Y A L X B
17 2 ne0d φ X
18 6 1 17 4 10 hoidmvn0val φ A L X T Y B = k X vol A k T Y B k
19 6 1 17 13 5 hoidmvn0val φ S Y A L X B = k X vol S Y A k B k
20 18 19 oveq12d φ A L X T Y B + S Y A L X B = k X vol A k T Y B k + k X vol S Y A k B k
21 uncom X K K = K X K
22 21 a1i φ X K K = K X K
23 2 snssd φ K X
24 undif K X K X K = X
25 23 24 sylib φ K X K = X
26 22 25 eqtrd φ X K K = X
27 26 eqcomd φ X = X K K
28 27 prodeq1d φ k X vol A k T Y B k = k X K K vol A k T Y B k
29 nfv k φ
30 nfcv _ k vol A K T Y B K
31 difssd φ X K X
32 1 31 ssfid φ X K Fin
33 neldifsnd φ ¬ K X K
34 4 adantr φ k X K A : X
35 31 sselda φ k X K k X
36 34 35 ffvelrnd φ k X K A k
37 3 adantr φ k X K Y
38 1 adantr φ k X K X Fin
39 5 adantr φ k X K B : X
40 7 37 38 39 hsphoif φ k X K T Y B : X
41 40 35 ffvelrnd φ k X K T Y B k
42 volicore A k T Y B k vol A k T Y B k
43 36 41 42 syl2anc φ k X K vol A k T Y B k
44 43 recnd φ k X K vol A k T Y B k
45 fveq2 k = K A k = A K
46 fveq2 k = K T Y B k = T Y B K
47 45 46 oveq12d k = K A k T Y B k = A K T Y B K
48 47 fveq2d k = K vol A k T Y B k = vol A K T Y B K
49 4 2 ffvelrnd φ A K
50 10 2 ffvelrnd φ T Y B K
51 volicore A K T Y B K vol A K T Y B K
52 49 50 51 syl2anc φ vol A K T Y B K
53 52 recnd φ vol A K T Y B K
54 29 30 32 2 33 44 48 53 fprodsplitsn φ k X K K vol A k T Y B k = k X K vol A k T Y B k vol A K T Y B K
55 7 37 38 39 35 hsphoival φ k X K T Y B k = if k X K B k if B k Y B k Y
56 iftrue k X K if k X K B k if B k Y B k Y = B k
57 56 adantl φ k X K if k X K B k if B k Y B k Y = B k
58 55 57 eqtrd φ k X K T Y B k = B k
59 58 oveq2d φ k X K A k T Y B k = A k B k
60 59 fveq2d φ k X K vol A k T Y B k = vol A k B k
61 60 prodeq2dv φ k X K vol A k T Y B k = k X K vol A k B k
62 61 oveq1d φ k X K vol A k T Y B k vol A K T Y B K = k X K vol A k B k vol A K T Y B K
63 28 54 62 3eqtrd φ k X vol A k T Y B k = k X K vol A k B k vol A K T Y B K
64 27 prodeq1d φ k X vol S Y A k B k = k X K K vol S Y A k B k
65 nfcv _ k vol S Y A K B K
66 13 adantr φ k X K S Y A : X
67 66 35 ffvelrnd φ k X K S Y A k
68 58 41 eqeltrrd φ k X K B k
69 volicore S Y A k B k vol S Y A k B k
70 67 68 69 syl2anc φ k X K vol S Y A k B k
71 70 recnd φ k X K vol S Y A k B k
72 fveq2 k = K S Y A k = S Y A K
73 fveq2 k = K B k = B K
74 72 73 oveq12d k = K S Y A k B k = S Y A K B K
75 74 fveq2d k = K vol S Y A k B k = vol S Y A K B K
76 13 2 ffvelrnd φ S Y A K
77 5 2 ffvelrnd φ B K
78 volicore S Y A K B K vol S Y A K B K
79 76 77 78 syl2anc φ vol S Y A K B K
80 79 recnd φ vol S Y A K B K
81 29 65 32 2 33 71 75 80 fprodsplitsn φ k X K K vol S Y A k B k = k X K vol S Y A k B k vol S Y A K B K
82 8 37 38 34 35 hoidifhspval3 φ k X K S Y A k = if k = K if Y A k A k Y A k
83 eldifsni k X K k K
84 neneq k K ¬ k = K
85 83 84 syl k X K ¬ k = K
86 85 iffalsed k X K if k = K if Y A k A k Y A k = A k
87 86 adantl φ k X K if k = K if Y A k A k Y A k = A k
88 82 87 eqtrd φ k X K S Y A k = A k
89 88 fvoveq1d φ k X K vol S Y A k B k = vol A k B k
90 89 prodeq2dv φ k X K vol S Y A k B k = k X K vol A k B k
91 90 oveq1d φ k X K vol S Y A k B k vol S Y A K B K = k X K vol A k B k vol S Y A K B K
92 64 81 91 3eqtrd φ k X vol S Y A k B k = k X K vol A k B k vol S Y A K B K
93 63 92 oveq12d φ k X vol A k T Y B k + k X vol S Y A k B k = k X K vol A k B k vol A K T Y B K + k X K vol A k B k vol S Y A K B K
94 27 prodeq1d φ k X vol A k B k = k X K K vol A k B k
95 nfcv _ k vol A K B K
96 60 44 eqeltrrd φ k X K vol A k B k
97 45 73 oveq12d k = K A k B k = A K B K
98 97 fveq2d k = K vol A k B k = vol A K B K
99 volicore A K B K vol A K B K
100 49 77 99 syl2anc φ vol A K B K
101 100 recnd φ vol A K B K
102 29 95 32 2 33 96 98 101 fprodsplitsn φ k X K K vol A k B k = k X K vol A k B k vol A K B K
103 94 102 eqtrd φ k X vol A k B k = k X K vol A k B k vol A K B K
104 7 3 1 5 2 hsphoival φ T Y B K = if K X K B K if B K Y B K Y
105 33 iffalsed φ if K X K B K if B K Y B K Y = if B K Y B K Y
106 104 105 eqtrd φ T Y B K = if B K Y B K Y
107 106 oveq2d φ A K T Y B K = A K if B K Y B K Y
108 107 fveq2d φ vol A K T Y B K = vol A K if B K Y B K Y
109 8 3 1 4 2 hoidifhspval3 φ S Y A K = if K = K if Y A K A K Y A K
110 eqid K = K
111 110 iftruei if K = K if Y A K A K Y A K = if Y A K A K Y
112 111 a1i φ if K = K if Y A K A K Y A K = if Y A K A K Y
113 109 112 eqtrd φ S Y A K = if Y A K A K Y
114 113 fvoveq1d φ vol S Y A K B K = vol if Y A K A K Y B K
115 108 114 oveq12d φ vol A K T Y B K + vol S Y A K B K = vol A K if B K Y B K Y + vol if Y A K A K Y B K
116 iftrue B K Y if B K Y B K Y = B K
117 116 oveq2d B K Y A K if B K Y B K Y = A K B K
118 117 fveq2d B K Y vol A K if B K Y B K Y = vol A K B K
119 118 oveq1d B K Y vol A K if B K Y B K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K + vol if Y A K A K Y B K
120 119 adantl φ B K Y vol A K if B K Y B K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K + vol if Y A K A K Y B K
121 iftrue Y A K if Y A K A K Y = A K
122 121 oveq1d Y A K if Y A K A K Y B K = A K B K
123 122 adantl φ B K Y Y A K if Y A K A K Y B K = A K B K
124 77 ad2antrr φ B K Y Y A K B K
125 3 ad2antrr φ B K Y Y A K Y
126 49 ad2antrr φ B K Y Y A K A K
127 simplr φ B K Y Y A K B K Y
128 simpr φ B K Y Y A K Y A K
129 124 125 126 127 128 letrd φ B K Y Y A K B K A K
130 126 rexrd φ B K Y Y A K A K *
131 124 rexrd φ B K Y Y A K B K *
132 ico0 A K * B K * A K B K = B K A K
133 130 131 132 syl2anc φ B K Y Y A K A K B K = B K A K
134 129 133 mpbird φ B K Y Y A K A K B K =
135 123 134 eqtrd φ B K Y Y A K if Y A K A K Y B K =
136 iffalse ¬ Y A K if Y A K A K Y = Y
137 136 oveq1d ¬ Y A K if Y A K A K Y B K = Y B K
138 137 adantl φ B K Y ¬ Y A K if Y A K A K Y B K = Y B K
139 simpr φ B K Y B K Y
140 3 rexrd φ Y *
141 140 adantr φ B K Y Y *
142 77 rexrd φ B K *
143 142 adantr φ B K Y B K *
144 ico0 Y * B K * Y B K = B K Y
145 141 143 144 syl2anc φ B K Y Y B K = B K Y
146 139 145 mpbird φ B K Y Y B K =
147 146 adantr φ B K Y ¬ Y A K Y B K =
148 138 147 eqtrd φ B K Y ¬ Y A K if Y A K A K Y B K =
149 135 148 pm2.61dan φ B K Y if Y A K A K Y B K =
150 149 fveq2d φ B K Y vol if Y A K A K Y B K = vol
151 vol0 vol = 0
152 151 a1i φ B K Y vol = 0
153 150 152 eqtrd φ B K Y vol if Y A K A K Y B K = 0
154 153 oveq2d φ B K Y vol A K B K + vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K + 0
155 101 addid1d φ vol A K B K + 0 = vol A K B K
156 155 adantr φ B K Y vol A K B K + 0 = vol A K B K
157 120 154 156 3eqtrd φ B K Y vol A K if B K Y B K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K
158 iffalse ¬ B K Y if B K Y B K Y = Y
159 158 oveq2d ¬ B K Y A K if B K Y B K Y = A K Y
160 159 fveq2d ¬ B K Y vol A K if B K Y B K Y = vol A K Y
161 160 adantl φ ¬ B K Y vol A K if B K Y B K Y = vol A K Y
162 161 oveq1d φ ¬ B K Y vol A K if B K Y B K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K Y + vol if Y A K A K Y B K
163 simpl φ ¬ B K Y φ
164 simpr φ ¬ B K Y ¬ B K Y
165 163 3 syl φ ¬ B K Y Y
166 163 77 syl φ ¬ B K Y B K
167 165 166 ltnled φ ¬ B K Y Y < B K ¬ B K Y
168 164 167 mpbird φ ¬ B K Y Y < B K
169 121 fvoveq1d Y A K vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K
170 169 oveq2d Y A K vol A K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K Y + vol A K B K
171 170 adantl φ Y < B K Y A K vol A K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K Y + vol A K B K
172 simpr φ Y A K Y A K
173 49 rexrd φ A K *
174 173 adantr φ Y A K A K *
175 140 adantr φ Y A K Y *
176 ico0 A K * Y * A K Y = Y A K
177 174 175 176 syl2anc φ Y A K A K Y = Y A K
178 172 177 mpbird φ Y A K A K Y =
179 178 fveq2d φ Y A K vol A K Y = vol
180 151 a1i φ Y A K vol = 0
181 179 180 eqtrd φ Y A K vol A K Y = 0
182 181 oveq1d φ Y A K vol A K Y + vol A K B K = 0 + vol A K B K
183 182 adantlr φ Y < B K Y A K vol A K Y + vol A K B K = 0 + vol A K B K
184 101 addid2d φ 0 + vol A K B K = vol A K B K
185 184 ad2antrr φ Y < B K Y A K 0 + vol A K B K = vol A K B K
186 171 183 185 3eqtrd φ Y < B K Y A K vol A K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K
187 136 fvoveq1d ¬ Y A K vol if Y A K A K Y B K = vol Y B K
188 187 oveq2d ¬ Y A K vol A K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K Y + vol Y B K
189 188 adantl φ Y < B K ¬ Y A K vol A K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K Y + vol Y B K
190 simpl φ Y < B K ¬ Y A K φ Y < B K
191 simpr φ ¬ Y A K ¬ Y A K
192 49 adantr φ ¬ Y A K A K
193 3 adantr φ ¬ Y A K Y
194 192 193 ltnled φ ¬ Y A K A K < Y ¬ Y A K
195 191 194 mpbird φ ¬ Y A K A K < Y
196 195 adantlr φ Y < B K ¬ Y A K A K < Y
197 49 adantr φ A K < Y A K
198 3 adantr φ A K < Y Y
199 volico A K Y vol A K Y = if A K < Y Y A K 0
200 197 198 199 syl2anc φ A K < Y vol A K Y = if A K < Y Y A K 0
201 iftrue A K < Y if A K < Y Y A K 0 = Y A K
202 201 adantl φ A K < Y if A K < Y Y A K 0 = Y A K
203 200 202 eqtrd φ A K < Y vol A K Y = Y A K
204 203 adantlr φ Y < B K A K < Y vol A K Y = Y A K
205 3 adantr φ Y < B K Y
206 77 adantr φ Y < B K B K
207 volico Y B K vol Y B K = if Y < B K B K Y 0
208 205 206 207 syl2anc φ Y < B K vol Y B K = if Y < B K B K Y 0
209 iftrue Y < B K if Y < B K B K Y 0 = B K Y
210 209 adantl φ Y < B K if Y < B K B K Y 0 = B K Y
211 208 210 eqtrd φ Y < B K vol Y B K = B K Y
212 211 adantr φ Y < B K A K < Y vol Y B K = B K Y
213 204 212 oveq12d φ Y < B K A K < Y vol A K Y + vol Y B K = Y A K + B K - Y
214 190 196 213 syl2anc φ Y < B K ¬ Y A K vol A K Y + vol Y B K = Y A K + B K - Y
215 197 adantlr φ Y < B K A K < Y A K
216 205 adantr φ Y < B K A K < Y Y
217 206 adantr φ Y < B K A K < Y B K
218 simpr φ Y < B K A K < Y A K < Y
219 simplr φ Y < B K A K < Y Y < B K
220 215 216 217 218 219 lttrd φ Y < B K A K < Y A K < B K
221 220 iftrued φ Y < B K A K < Y if A K < B K B K A K 0 = B K A K
222 221 eqcomd φ Y < B K A K < Y B K A K = if A K < B K B K A K 0
223 3 49 resubcld φ Y A K
224 223 recnd φ Y A K
225 77 3 resubcld φ B K Y
226 225 recnd φ B K Y
227 224 226 addcomd φ Y A K + B K - Y = B K Y + Y - A K
228 77 recnd φ B K
229 3 recnd φ Y
230 49 recnd φ A K
231 228 229 230 npncand φ B K Y + Y - A K = B K A K
232 227 231 eqtrd φ Y A K + B K - Y = B K A K
233 232 ad2antrr φ Y < B K A K < Y Y A K + B K - Y = B K A K
234 volico A K B K vol A K B K = if A K < B K B K A K 0
235 215 217 234 syl2anc φ Y < B K A K < Y vol A K B K = if A K < B K B K A K 0
236 222 233 235 3eqtr4d φ Y < B K A K < Y Y A K + B K - Y = vol A K B K
237 190 196 236 syl2anc φ Y < B K ¬ Y A K Y A K + B K - Y = vol A K B K
238 189 214 237 3eqtrd φ Y < B K ¬ Y A K vol A K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K
239 186 238 pm2.61dan φ Y < B K vol A K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K
240 163 168 239 syl2anc φ ¬ B K Y vol A K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K
241 162 240 eqtrd φ ¬ B K Y vol A K if B K Y B K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K
242 157 241 pm2.61dan φ vol A K if B K Y B K Y + vol if Y A K A K Y B K = vol A K B K
243 115 242 eqtr2d φ vol A K B K = vol A K T Y B K + vol S Y A K B K
244 243 oveq2d φ k X K vol A k B k vol A K B K = k X K vol A k B k vol A K T Y B K + vol S Y A K B K
245 32 96 fprodcl φ k X K vol A k B k
246 245 53 80 adddid φ k X K vol A k B k vol A K T Y B K + vol S Y A K B K = k X K vol A k B k vol A K T Y B K + k X K vol A k B k vol S Y A K B K
247 103 244 246 3eqtrrd φ k X K vol A k B k vol A K T Y B K + k X K vol A k B k vol S Y A K B K = k X vol A k B k
248 20 93 247 3eqtrd φ A L X T Y B + S Y A L X B = k X vol A k B k
249 6 1 17 4 5 hoidmvn0val φ A L X B = k X vol A k B k
250 249 eqcomd φ k X vol A k B k = A L X B
251 16 248 250 3eqtrrd φ A L X B = A L X T Y B + 𝑒 S Y A L X B