Metamath Proof Explorer


Theorem issmfgt

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-open 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 (iii) of Fremlin1 p. 35 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses issmfgt.s ⊢ φ → S ∈ SAlg
issmfgt.d ⊢ D = dom ⁡ F
Assertion issmfgt ⊢ 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 issmfgt.s ⊢ φ → S ∈ SAlg
2 issmfgt.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 b φ
8 nfv ⊢ Ⅎ b F ∈ SMblFn ⁡ S
9 7 8 nfan ⊢ Ⅎ b φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S
10 3 5 restuni4 ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → ⋃ S ↾ 𝑡 D = D
11 10 eqcomd ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → D = ⋃ S ↾ 𝑡 D
12 11 rabeqdv ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → y ∈ D | b < F ⁡ y = y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | b < F ⁡ y
13 12 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → y ∈ D | b < F ⁡ y = y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | b < F ⁡ y
14 nfv ⊢ Ⅎ y φ
15 nfv ⊢ Ⅎ y F ∈ SMblFn ⁡ S
16 14 15 nfan ⊢ Ⅎ y φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S
17 nfv ⊢ Ⅎ y b ∈ ℝ
18 16 17 nfan ⊢ Ⅎ y φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ
19 nfv ⊢ Ⅎ c φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ
20 1 uniexd ⊢ φ → ⋃ S ∈ V
21 20 adantr ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S → ⋃ S ∈ V
22 simpr ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S → D ⊆ ⋃ S
23 21 22 ssexd ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S → D ∈ V
24 5 23 syldan ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → D ∈ V
25 eqid ⊢ S ↾ 𝑡 D = S ↾ 𝑡 D
26 3 24 25 subsalsal ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → S ↾ 𝑡 D ∈ SAlg
27 26 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → S ↾ 𝑡 D ∈ SAlg
28 eqid ⊢ ⋃ S ↾ 𝑡 D = ⋃ S ↾ 𝑡 D
29 6 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D → F : D ⟶ ℝ
30 simpr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D → y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D
31 10 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D → ⋃ S ↾ 𝑡 D = D
32 30 31 eleqtrd ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D → y ∈ D
33 29 32 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D → F ⁡ y ∈ ℝ
34 33 rexrd ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D → F ⁡ y ∈ ℝ *
35 34 adantlr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ ∧ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D → F ⁡ y ∈ ℝ *
36 3 2 issmfle ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → F ∈ SMblFn ⁡ S ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ c ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D
37 4 36 mpbid ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ c ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D
38 37 simp3d ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → ∀ c ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D
39 10 rabeqdv ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | F ⁡ y ≤ c = y ∈ D | F ⁡ y ≤ c
40 39 eleq1d ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ y ∈ D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D
41 40 ralbidv ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → ∀ c ∈ ℝ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ ∀ c ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D
42 38 41 mpbird ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → ∀ c ∈ ℝ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D
43 42 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → ∀ c ∈ ℝ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D
44 simpr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → c ∈ ℝ
45 rspa ⊢ ∀ c ∈ ℝ y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D ∧ c ∈ ℝ → y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D
46 43 44 45 syl2anc ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D
47 46 adantlr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ ∧ c ∈ ℝ → y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | F ⁡ y ≤ c ∈ S ↾ 𝑡 D
48 simpr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → b ∈ ℝ
49 18 19 27 28 35 47 48 salpreimalegt ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → y ∈ ⋃ S ↾ 𝑡 D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
50 13 49 eqeltrd ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
51 50 ex ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → b ∈ ℝ → y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
52 9 51 ralrimi ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
53 5 6 52 3jca ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
54 53 ex ⊢ φ → F ∈ SMblFn ⁡ S → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
55 nfv ⊢ Ⅎ y D ⊆ ⋃ S
56 nfv ⊢ Ⅎ y F : D ⟶ ℝ
57 nfcv ⊢ Ⅎ _ y ℝ
58 nfrab1 ⊢ Ⅎ _ y y ∈ D | b < F ⁡ y
59 nfcv ⊢ Ⅎ _ y S ↾ 𝑡 D
60 58 59 nfel ⊢ Ⅎ y y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
61 57 60 nfralw ⊢ Ⅎ y ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
62 55 56 61 nf3an ⊢ Ⅎ y D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
63 14 62 nfan ⊢ Ⅎ y φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
64 nfv ⊢ Ⅎ b D ⊆ ⋃ S
65 nfv ⊢ Ⅎ b F : D ⟶ ℝ
66 nfra1 ⊢ Ⅎ b ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
67 64 65 66 nf3an ⊢ Ⅎ b D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
68 7 67 nfan ⊢ Ⅎ b φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
69 1 adantr ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → S ∈ SAlg
70 simpr1 ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → D ⊆ ⋃ S
71 simpr2 ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → F : D ⟶ ℝ
72 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
73 63 68 69 2 70 71 72 issmfgtlem ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → F ∈ SMblFn ⁡ S
74 73 ex ⊢ φ → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D → F ∈ SMblFn ⁡ S
75 54 74 impbid ⊢ φ → F ∈ SMblFn ⁡ S ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D
76 breq1 ⊢ b = a → b < F ⁡ y ↔ a < F ⁡ y
77 76 rabbidv ⊢ b = a → y ∈ D | b < F ⁡ y = y ∈ D | a < F ⁡ y
78 fveq2 ⊢ y = x → F ⁡ y = F ⁡ x
79 78 breq2d ⊢ y = x → a < F ⁡ y ↔ a < F ⁡ x
80 79 cbvrabv ⊢ y ∈ D | a < F ⁡ y = x ∈ D | a < F ⁡ x
81 80 a1i ⊢ b = a → y ∈ D | a < F ⁡ y = x ∈ D | a < F ⁡ x
82 77 81 eqtrd ⊢ b = a → y ∈ D | b < F ⁡ y = x ∈ D | a < F ⁡ x
83 82 eleq1d ⊢ b = a → y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ x ∈ D | a < F ⁡ x ∈ S ↾ 𝑡 D
84 83 cbvralvw ⊢ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | b < F ⁡ y ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | a < F ⁡ x ∈ S ↾ 𝑡 D
85 84 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
86 85 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
87 75 86 bitrd ⊢ φ → F ∈ SMblFn ⁡ S ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | a < F ⁡ x ∈ S ↾ 𝑡 D