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Theorem issmfge

Description: The predicate " F is a real-valued measurable function w.r.t. to the sigma-algebra S ". A function is measurable iff the preimages of all left-closed intervals unbounded above are in the subspace sigma-algebra induced by its domain. The domain of F is required to be b subset of the underlying set of S . Definition 121C of Fremlin1 p. 36, and Proposition 121B (iv) of Fremlin1 p. 36 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses issmfge.s ⊢ φ → S ∈ SAlg
issmfge.d ⊢ D = dom ⁡ F
Assertion issmfge ⊢ φ → F ∈ SMblFn ⁡ S ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | a ≤ F ⁡ x ∈ S ↾ 𝑡 D

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 issmfge.s ⊢ φ → S ∈ SAlg
2 issmfge.d ⊢ D = dom ⁡ F
3 1 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → S ∈ SAlg
4 simpr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → F ∈ SMblFn ⁡ S
5 3 4 2 smfdmss ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → D ⊆ ⋃ S
6 3 4 2 smff ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → F : D ⟶ ℝ
7 nfv ⊢ Ⅎ y φ
8 nfv ⊢ Ⅎ y F ∈ SMblFn ⁡ S
9 7 8 nfan ⊢ Ⅎ y φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S
10 nfv ⊢ Ⅎ y b ∈ ℝ
11 9 10 nfan ⊢ Ⅎ y φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ
12 nfv ⊢ Ⅎ c φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ
13 1 uniexd ⊢ φ → ⋃ S ∈ V
14 13 adantr ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S → ⋃ S ∈ V
15 simpr ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S → D ⊆ ⋃ S
16 14 15 ssexd ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S → D ∈ V
17 5 16 syldan ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → D ∈ V
18 eqid ⊢ S ↾ 𝑡 D = S ↾ 𝑡 D
19 3 17 18 subsalsal ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → S ↾ 𝑡 D ∈ SAlg
20 19 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → S ↾ 𝑡 D ∈ SAlg
21 6 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ y ∈ D → F ⁡ y ∈ ℝ
22 21 rexrd ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ y ∈ D → F ⁡ y ∈ ℝ *
23 22 adantlr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ ∧ y ∈ D → F ⁡ y ∈ ℝ *
24 3 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → S ∈ SAlg
25 4 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → F ∈ SMblFn ⁡ S
26 simpr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → c ∈ ℝ
27 24 25 2 26 smfpreimagt ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → y ∈ D | c < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
28 27 adantlr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ ∧ c ∈ ℝ → y ∈ D | c < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
29 simpr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → b ∈ ℝ
30 11 12 20 23 28 29 salpreimagtge ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
31 30 ralrimiva ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
32 5 6 31 3jca ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
33 32 ex ⊢ φ → F ∈ SMblFn ⁡ S → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
34 nfv ⊢ Ⅎ y D ⊆ ⋃ S
35 nfv ⊢ Ⅎ y F : D ⟶ ℝ
36 nfcv ⊢ Ⅎ _ y ℝ
37 nfrab1 ⊢ Ⅎ _ y y ∈ D | b ≤ F ⁡ y
38 nfcv ⊢ Ⅎ _ y S ↾ 𝑡 D
39 37 38 nfel ⊢ Ⅎ y y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
40 36 39 nfralw ⊢ Ⅎ y ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
41 34 35 40 nf3an ⊢ Ⅎ y D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
42 7 41 nfan ⊢ Ⅎ y φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
43 nfv ⊢ Ⅎ b φ
44 nfv ⊢ Ⅎ b D ⊆ ⋃ S
45 nfv ⊢ Ⅎ b F : D ⟶ ℝ
46 nfra1 ⊢ Ⅎ b ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
47 44 45 46 nf3an ⊢ Ⅎ b D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
48 43 47 nfan ⊢ Ⅎ b φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
49 1 adantr ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → S ∈ SAlg
50 simpr1 ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → D ⊆ ⋃ S
51 simpr2 ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → F : D ⟶ ℝ
52 simpr3 ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
53 42 48 49 2 50 51 52 issmfgelem ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → F ∈ SMblFn ⁡ S
54 53 ex ⊢ φ → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → F ∈ SMblFn ⁡ S
55 33 54 impbid ⊢ φ → F ∈ SMblFn ⁡ S ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
56 breq1 ⊢ b = a → b ≤ F ⁡ y ↔ a ≤ F ⁡ y
57 56 rabbidv ⊢ b = a → y ∈ D | b ≤ F ⁡ y = y ∈ D | a ≤ F ⁡ y
58 fveq2 ⊢ y = x → F ⁡ y = F ⁡ x
59 58 breq2d ⊢ y = x → a ≤ F ⁡ y ↔ a ≤ F ⁡ x
60 59 cbvrabv ⊢ y ∈ D | a ≤ F ⁡ y = x ∈ D | a ≤ F ⁡ x
61 60 a1i ⊢ b = a → y ∈ D | a ≤ F ⁡ y = x ∈ D | a ≤ F ⁡ x
62 57 61 eqtrd ⊢ b = a → y ∈ D | b ≤ F ⁡ y = x ∈ D | a ≤ F ⁡ x
63 62 eleq1d ⊢ b = a → y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ x ∈ D | a ≤ F ⁡ x ∈ S ↾ 𝑡 D
64 63 cbvralvw ⊢ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | a ≤ F ⁡ x ∈ S ↾ 𝑡 D
65 64 3anbi3i ⊢ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | a ≤ F ⁡ x ∈ S ↾ 𝑡 D
66 65 a1i ⊢ φ → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b ≤ F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | a ≤ F ⁡ x ∈ S ↾ 𝑡 D
67 55 66 bitrd ⊢ φ → F ∈ SMblFn ⁡ S ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | a ≤ F ⁡ x ∈ S ↾ 𝑡 D