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Theorem ismbfd

Description: Deduction to prove measurability of a real function. The third hypothesis is not necessary, but the proof of this requires countable choice, so we derive this separately as ismbf3d . (Contributed by Mario Carneiro, 18-Jun-2014)

Ref Expression
Hypotheses ismbfd.1 ⊢ φ → F : A ⟶ ℝ
ismbfd.2 ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * → F -1 x +∞ ∈ dom ⁡ vol
ismbfd.3 ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * → F -1 −∞ x ∈ dom ⁡ vol
Assertion ismbfd ⊢ φ → F ∈ MblFn

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ismbfd.1 ⊢ φ → F : A ⟶ ℝ
2 ismbfd.2 ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * → F -1 x +∞ ∈ dom ⁡ vol
3 ismbfd.3 ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * → F -1 −∞ x ∈ dom ⁡ vol
4 ioof ⊢ . : ℝ * × ℝ * ⟶ 𝒫 ℝ
5 ffn ⊢ . : ℝ * × ℝ * ⟶ 𝒫 ℝ → . Fn ℝ * × ℝ *
6 ovelrn ⊢ . Fn ℝ * × ℝ * → z ∈ ran ⁡ . ↔ ∃ x ∈ ℝ * ∃ y ∈ ℝ * z = x y
7 4 5 6 mp2b ⊢ z ∈ ran ⁡ . ↔ ∃ x ∈ ℝ * ∃ y ∈ ℝ * z = x y
8 simprl ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → x ∈ ℝ *
9 pnfxr ⊢ +∞ ∈ ℝ *
10 9 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → +∞ ∈ ℝ *
11 mnfxr ⊢ −∞ ∈ ℝ *
12 11 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → −∞ ∈ ℝ *
13 simprr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → y ∈ ℝ *
14 iooin ⊢ x ∈ ℝ * ∧ +∞ ∈ ℝ * ∧ −∞ ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → x +∞ ∩ −∞ y = if x ≤ −∞ −∞ x if +∞ ≤ y +∞ y
15 8 10 12 13 14 syl22anc ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → x +∞ ∩ −∞ y = if x ≤ −∞ −∞ x if +∞ ≤ y +∞ y
16 ifcl ⊢ −∞ ∈ ℝ * ∧ x ∈ ℝ * → if x ≤ −∞ −∞ x ∈ ℝ *
17 11 8 16 sylancr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → if x ≤ −∞ −∞ x ∈ ℝ *
18 mnfle ⊢ x ∈ ℝ * → −∞ ≤ x
19 xrleid ⊢ x ∈ ℝ * → x ≤ x
20 breq1 ⊢ −∞ = if x ≤ −∞ −∞ x → −∞ ≤ x ↔ if x ≤ −∞ −∞ x ≤ x
21 breq1 ⊢ x = if x ≤ −∞ −∞ x → x ≤ x ↔ if x ≤ −∞ −∞ x ≤ x
22 20 21 ifboth ⊢ −∞ ≤ x ∧ x ≤ x → if x ≤ −∞ −∞ x ≤ x
23 18 19 22 syl2anc ⊢ x ∈ ℝ * → if x ≤ −∞ −∞ x ≤ x
24 23 ad2antrl ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → if x ≤ −∞ −∞ x ≤ x
25 xrmax1 ⊢ x ∈ ℝ * ∧ −∞ ∈ ℝ * → x ≤ if x ≤ −∞ −∞ x
26 8 11 25 sylancl ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → x ≤ if x ≤ −∞ −∞ x
27 17 8 24 26 xrletrid ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → if x ≤ −∞ −∞ x = x
28 ifcl ⊢ +∞ ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → if +∞ ≤ y +∞ y ∈ ℝ *
29 9 13 28 sylancr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → if +∞ ≤ y +∞ y ∈ ℝ *
30 xrmin2 ⊢ +∞ ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → if +∞ ≤ y +∞ y ≤ y
31 9 13 30 sylancr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → if +∞ ≤ y +∞ y ≤ y
32 pnfge ⊢ y ∈ ℝ * → y ≤ +∞
33 xrleid ⊢ y ∈ ℝ * → y ≤ y
34 breq2 ⊢ +∞ = if +∞ ≤ y +∞ y → y ≤ +∞ ↔ y ≤ if +∞ ≤ y +∞ y
35 breq2 ⊢ y = if +∞ ≤ y +∞ y → y ≤ y ↔ y ≤ if +∞ ≤ y +∞ y
36 34 35 ifboth ⊢ y ≤ +∞ ∧ y ≤ y → y ≤ if +∞ ≤ y +∞ y
37 32 33 36 syl2anc ⊢ y ∈ ℝ * → y ≤ if +∞ ≤ y +∞ y
38 37 ad2antll ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → y ≤ if +∞ ≤ y +∞ y
39 29 13 31 38 xrletrid ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → if +∞ ≤ y +∞ y = y
40 27 39 oveq12d ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → if x ≤ −∞ −∞ x if +∞ ≤ y +∞ y = x y
41 15 40 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → x +∞ ∩ −∞ y = x y
42 41 imaeq2d ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → F -1 x +∞ ∩ −∞ y = F -1 x y
43 1 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → F : A ⟶ ℝ
44 43 ffund ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → Fun ⁡ F
45 inpreima ⊢ Fun ⁡ F → F -1 x +∞ ∩ −∞ y = F -1 x +∞ ∩ F -1 −∞ y
46 44 45 syl ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → F -1 x +∞ ∩ −∞ y = F -1 x +∞ ∩ F -1 −∞ y
47 42 46 eqtr3d ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → F -1 x y = F -1 x +∞ ∩ F -1 −∞ y
48 2 adantrr ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → F -1 x +∞ ∈ dom ⁡ vol
49 3 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ ℝ * F -1 −∞ x ∈ dom ⁡ vol
50 oveq2 ⊢ x = y → −∞ x = −∞ y
51 50 imaeq2d ⊢ x = y → F -1 −∞ x = F -1 −∞ y
52 51 eleq1d ⊢ x = y → F -1 −∞ x ∈ dom ⁡ vol ↔ F -1 −∞ y ∈ dom ⁡ vol
53 52 rspccva ⊢ ∀ x ∈ ℝ * F -1 −∞ x ∈ dom ⁡ vol ∧ y ∈ ℝ * → F -1 −∞ y ∈ dom ⁡ vol
54 49 53 sylan ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ * → F -1 −∞ y ∈ dom ⁡ vol
55 54 adantrl ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → F -1 −∞ y ∈ dom ⁡ vol
56 inmbl ⊢ F -1 x +∞ ∈ dom ⁡ vol ∧ F -1 −∞ y ∈ dom ⁡ vol → F -1 x +∞ ∩ F -1 −∞ y ∈ dom ⁡ vol
57 48 55 56 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → F -1 x +∞ ∩ F -1 −∞ y ∈ dom ⁡ vol
58 47 57 eqeltrd ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → F -1 x y ∈ dom ⁡ vol
59 imaeq2 ⊢ z = x y → F -1 z = F -1 x y
60 59 eleq1d ⊢ z = x y → F -1 z ∈ dom ⁡ vol ↔ F -1 x y ∈ dom ⁡ vol
61 58 60 syl5ibrcom ⊢ φ ∧ x ∈ ℝ * ∧ y ∈ ℝ * → z = x y → F -1 z ∈ dom ⁡ vol
62 61 rexlimdvva ⊢ φ → ∃ x ∈ ℝ * ∃ y ∈ ℝ * z = x y → F -1 z ∈ dom ⁡ vol
63 7 62 biimtrid ⊢ φ → z ∈ ran ⁡ . → F -1 z ∈ dom ⁡ vol
64 63 ralrimiv ⊢ φ → ∀ z ∈ ran ⁡ . F -1 z ∈ dom ⁡ vol
65 ismbf ⊢ F : A ⟶ ℝ → F ∈ MblFn ↔ ∀ z ∈ ran ⁡ . F -1 z ∈ dom ⁡ vol
66 1 65 syl ⊢ φ → F ∈ MblFn ↔ ∀ z ∈ ran ⁡ . F -1 z ∈ dom ⁡ vol
67 64 66 mpbird ⊢ φ → F ∈ MblFn