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Theorem issmfle

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 right-closed intervals unbounded below 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 (ii) of Fremlin1 p. 35 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

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

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 issmfle.s ⊢ φ → S ∈ SAlg
2 issmfle.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 nfv ⊢ Ⅎ y φ
11 nfv ⊢ Ⅎ y F ∈ SMblFn ⁡ S
12 10 11 nfan ⊢ Ⅎ y φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S
13 nfv ⊢ Ⅎ y b ∈ ℝ
14 12 13 nfan ⊢ Ⅎ y φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ
15 nfv ⊢ Ⅎ c φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ
16 1 uniexd ⊢ φ → ⋃ S ∈ V
17 16 adantr ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S → ⋃ S ∈ V
18 simpr ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S → D ⊆ ⋃ S
19 17 18 ssexd ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S → D ∈ V
20 5 19 syldan ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → D ∈ V
21 eqid ⊢ S ↾ 𝑡 D = S ↾ 𝑡 D
22 3 20 21 subsalsal ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → S ↾ 𝑡 D ∈ SAlg
23 22 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → S ↾ 𝑡 D ∈ SAlg
24 6 frexr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → F : D ⟶ ℝ *
25 24 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → F : D ⟶ ℝ *
26 25 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ ∧ y ∈ D → F ⁡ y ∈ ℝ *
27 3 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → S ∈ SAlg
28 4 adantr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → F ∈ SMblFn ⁡ S
29 simpr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → c ∈ ℝ
30 27 28 2 29 smfpreimalt ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ c ∈ ℝ → y ∈ D | F ⁡ y < c ∈ S ↾ 𝑡 D
31 30 adantlr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ ∧ c ∈ ℝ → y ∈ D | F ⁡ y < c ∈ S ↾ 𝑡 D
32 simpr ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → b ∈ ℝ
33 14 15 23 26 31 32 salpreimaltle ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S ∧ b ∈ ℝ → y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
34 33 ex ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → b ∈ ℝ → y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
35 9 34 ralrimi ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
36 5 6 35 3jca ⊢ φ ∧ F ∈ SMblFn ⁡ S → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
37 36 ex ⊢ φ → F ∈ SMblFn ⁡ S → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
38 nfv ⊢ Ⅎ y D ⊆ ⋃ S
39 nfv ⊢ Ⅎ y F : D ⟶ ℝ
40 nfcv ⊢ Ⅎ _ y ℝ
41 nfrab1 ⊢ Ⅎ _ y y ∈ D | F ⁡ y ≤ b
42 nfcv ⊢ Ⅎ _ y S ↾ 𝑡 D
43 41 42 nfel ⊢ Ⅎ y y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
44 40 43 nfralw ⊢ Ⅎ y ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
45 38 39 44 nf3an ⊢ Ⅎ y D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
46 10 45 nfan ⊢ Ⅎ y φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
47 nfv ⊢ Ⅎ b D ⊆ ⋃ S
48 nfv ⊢ Ⅎ b F : D ⟶ ℝ
49 nfra1 ⊢ Ⅎ b ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
50 47 48 49 nf3an ⊢ Ⅎ b D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
51 7 50 nfan ⊢ Ⅎ b φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
52 1 adantr ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D → S ∈ SAlg
53 simpr1 ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D → D ⊆ ⋃ S
54 simpr2 ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D → F : D ⟶ ℝ
55 rspa ⊢ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D ∧ b ∈ ℝ → y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
56 55 3ad2antl3 ⊢ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D ∧ b ∈ ℝ → y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
57 56 adantll ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D ∧ b ∈ ℝ → y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
58 46 51 52 2 53 54 57 issmflelem ⊢ φ ∧ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D → F ∈ SMblFn ⁡ S
59 58 ex ⊢ φ → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D → F ∈ SMblFn ⁡ S
60 37 59 impbid ⊢ φ → F ∈ SMblFn ⁡ S ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D
61 breq2 ⊢ b = a → F ⁡ y ≤ b ↔ F ⁡ y ≤ a
62 61 rabbidv ⊢ b = a → y ∈ D | F ⁡ y ≤ b = y ∈ D | F ⁡ y ≤ a
63 fveq2 ⊢ y = x → F ⁡ y = F ⁡ x
64 63 breq1d ⊢ y = x → F ⁡ y ≤ a ↔ F ⁡ x ≤ a
65 64 cbvrabv ⊢ y ∈ D | F ⁡ y ≤ a = x ∈ D | F ⁡ x ≤ a
66 65 a1i ⊢ b = a → y ∈ D | F ⁡ y ≤ a = x ∈ D | F ⁡ x ≤ a
67 62 66 eqtrd ⊢ b = a → y ∈ D | F ⁡ y ≤ b = x ∈ D | F ⁡ x ≤ a
68 67 eleq1d ⊢ b = a → y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ x ∈ D | F ⁡ x ≤ a ∈ S ↾ 𝑡 D
69 68 cbvralvw ⊢ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | F ⁡ x ≤ a ∈ S ↾ 𝑡 D
70 69 3anbi3i ⊢ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | F ⁡ x ≤ a ∈ S ↾ 𝑡 D
71 70 a1i ⊢ φ → D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ b ∈ ℝ y ∈ D | F ⁡ y ≤ b ∈ S ↾ 𝑡 D ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | F ⁡ x ≤ a ∈ S ↾ 𝑡 D
72 60 71 bitrd ⊢ φ → F ∈ SMblFn ⁡ S ↔ D ⊆ ⋃ S ∧ F : D ⟶ ℝ ∧ ∀ a ∈ ℝ x ∈ D | F ⁡ x ≤ a ∈ S ↾ 𝑡 D