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Theorem itg2addlem

Description: Lemma for itg2add . (Contributed by Mario Carneiro, 17-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses itg2add.f1 φ F MblFn
itg2add.f2 φ F : 0 +∞
itg2add.f3 φ 2 F
itg2add.g1 φ G MblFn
itg2add.g2 φ G : 0 +∞
itg2add.g3 φ 2 G
itg2add.p1 φ P : dom 1
itg2add.p2 φ n 0 𝑝 f P n P n f P n + 1
itg2add.p3 φ x n P n x F x
itg2add.q1 φ Q : dom 1
itg2add.q2 φ n 0 𝑝 f Q n Q n f Q n + 1
itg2add.q3 φ x n Q n x G x
Assertion itg2addlem φ 2 F + f G = 2 F + 2 G

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itg2add.f1 φ F MblFn
2 itg2add.f2 φ F : 0 +∞
3 itg2add.f3 φ 2 F
4 itg2add.g1 φ G MblFn
5 itg2add.g2 φ G : 0 +∞
6 itg2add.g3 φ 2 G
7 itg2add.p1 φ P : dom 1
8 itg2add.p2 φ n 0 𝑝 f P n P n f P n + 1
9 itg2add.p3 φ x n P n x F x
10 itg2add.q1 φ Q : dom 1
11 itg2add.q2 φ n 0 𝑝 f Q n Q n f Q n + 1
12 itg2add.q3 φ x n Q n x G x
13 1 4 mbfadd φ F + f G MblFn
14 ge0addcl y 0 +∞ z 0 +∞ y + z 0 +∞
15 14 adantl φ y 0 +∞ z 0 +∞ y + z 0 +∞
16 reex V
17 16 a1i φ V
18 inidm =
19 15 2 5 17 17 18 off φ F + f G : 0 +∞
20 simpl f dom 1 g dom 1 f dom 1
21 simpr f dom 1 g dom 1 g dom 1
22 20 21 i1fadd f dom 1 g dom 1 f + f g dom 1
23 22 adantl φ f dom 1 g dom 1 f + f g dom 1
24 nnex V
25 24 a1i φ V
26 inidm =
27 23 7 10 25 25 26 off φ P f + f Q : dom 1
28 ge0addcl f 0 +∞ g 0 +∞ f + g 0 +∞
29 28 adantl φ m f 0 +∞ g 0 +∞ f + g 0 +∞
30 7 ffvelrnda φ m P m dom 1
31 fveq2 n = m P n = P m
32 31 breq2d n = m 0 𝑝 f P n 0 𝑝 f P m
33 fvoveq1 n = m P n + 1 = P m + 1
34 31 33 breq12d n = m P n f P n + 1 P m f P m + 1
35 32 34 anbi12d n = m 0 𝑝 f P n P n f P n + 1 0 𝑝 f P m P m f P m + 1
36 35 rspccva n 0 𝑝 f P n P n f P n + 1 m 0 𝑝 f P m P m f P m + 1
37 8 36 sylan φ m 0 𝑝 f P m P m f P m + 1
38 37 simpld φ m 0 𝑝 f P m
39 breq2 f = P m 0 𝑝 f f 0 𝑝 f P m
40 feq1 f = P m f : 0 +∞ P m : 0 +∞
41 39 40 imbi12d f = P m 0 𝑝 f f f : 0 +∞ 0 𝑝 f P m P m : 0 +∞
42 i1ff f dom 1 f :
43 42 ffnd f dom 1 f Fn
44 43 adantr f dom 1 0 𝑝 f f f Fn
45 0cn 0
46 fnconstg 0 × 0 Fn
47 45 46 ax-mp × 0 Fn
48 df-0p 0 𝑝 = × 0
49 48 fneq1i 0 𝑝 Fn × 0 Fn
50 47 49 mpbir 0 𝑝 Fn
51 50 a1i f dom 1 0 𝑝 Fn
52 cnex V
53 52 a1i f dom 1 V
54 16 a1i f dom 1 V
55 ax-resscn
56 sseqin2 =
57 55 56 mpbi =
58 0pval x 0 𝑝 x = 0
59 58 adantl f dom 1 x 0 𝑝 x = 0
60 eqidd f dom 1 x f x = f x
61 51 43 53 54 57 59 60 ofrfval f dom 1 0 𝑝 f f x 0 f x
62 61 biimpa f dom 1 0 𝑝 f f x 0 f x
63 42 ffvelrnda f dom 1 x f x
64 elrege0 f x 0 +∞ f x 0 f x
65 64 simplbi2 f x 0 f x f x 0 +∞
66 63 65 syl f dom 1 x 0 f x f x 0 +∞
67 66 ralimdva f dom 1 x 0 f x x f x 0 +∞
68 67 imp f dom 1 x 0 f x x f x 0 +∞
69 62 68 syldan f dom 1 0 𝑝 f f x f x 0 +∞
70 ffnfv f : 0 +∞ f Fn x f x 0 +∞
71 44 69 70 sylanbrc f dom 1 0 𝑝 f f f : 0 +∞
72 71 ex f dom 1 0 𝑝 f f f : 0 +∞
73 41 72 vtoclga P m dom 1 0 𝑝 f P m P m : 0 +∞
74 30 38 73 sylc φ m P m : 0 +∞
75 10 ffvelrnda φ m Q m dom 1
76 fveq2 n = m Q n = Q m
77 76 breq2d n = m 0 𝑝 f Q n 0 𝑝 f Q m
78 fvoveq1 n = m Q n + 1 = Q m + 1
79 76 78 breq12d n = m Q n f Q n + 1 Q m f Q m + 1
80 77 79 anbi12d n = m 0 𝑝 f Q n Q n f Q n + 1 0 𝑝 f Q m Q m f Q m + 1
81 80 rspccva n 0 𝑝 f Q n Q n f Q n + 1 m 0 𝑝 f Q m Q m f Q m + 1
82 11 81 sylan φ m 0 𝑝 f Q m Q m f Q m + 1
83 82 simpld φ m 0 𝑝 f Q m
84 breq2 f = Q m 0 𝑝 f f 0 𝑝 f Q m
85 feq1 f = Q m f : 0 +∞ Q m : 0 +∞
86 84 85 imbi12d f = Q m 0 𝑝 f f f : 0 +∞ 0 𝑝 f Q m Q m : 0 +∞
87 86 72 vtoclga Q m dom 1 0 𝑝 f Q m Q m : 0 +∞
88 75 83 87 sylc φ m Q m : 0 +∞
89 16 a1i φ m V
90 29 74 88 89 89 18 off φ m P m + f Q m : 0 +∞
91 0plef P m + f Q m : 0 +∞ P m + f Q m : 0 𝑝 f P m + f Q m
92 90 91 sylib φ m P m + f Q m : 0 𝑝 f P m + f Q m
93 92 simprd φ m 0 𝑝 f P m + f Q m
94 7 ffnd φ P Fn
95 10 ffnd φ Q Fn
96 eqidd φ m P m = P m
97 eqidd φ m Q m = Q m
98 94 95 25 25 26 96 97 ofval φ m P f + f Q m = P m + f Q m
99 93 98 breqtrrd φ m 0 𝑝 f P f + f Q m
100 i1ff P m dom 1 P m :
101 30 100 syl φ m P m :
102 101 ffvelrnda φ m y P m y
103 i1ff Q m dom 1 Q m :
104 75 103 syl φ m Q m :
105 104 ffvelrnda φ m y Q m y
106 peano2nn m m + 1
107 ffvelrn P : dom 1 m + 1 P m + 1 dom 1
108 7 106 107 syl2an φ m P m + 1 dom 1
109 i1ff P m + 1 dom 1 P m + 1 :
110 108 109 syl φ m P m + 1 :
111 110 ffvelrnda φ m y P m + 1 y
112 ffvelrn Q : dom 1 m + 1 Q m + 1 dom 1
113 10 106 112 syl2an φ m Q m + 1 dom 1
114 i1ff Q m + 1 dom 1 Q m + 1 :
115 113 114 syl φ m Q m + 1 :
116 115 ffvelrnda φ m y Q m + 1 y
117 37 simprd φ m P m f P m + 1
118 101 ffnd φ m P m Fn
119 110 ffnd φ m P m + 1 Fn
120 eqidd φ m y P m y = P m y
121 eqidd φ m y P m + 1 y = P m + 1 y
122 118 119 89 89 18 120 121 ofrfval φ m P m f P m + 1 y P m y P m + 1 y
123 117 122 mpbid φ m y P m y P m + 1 y
124 123 r19.21bi φ m y P m y P m + 1 y
125 82 simprd φ m Q m f Q m + 1
126 104 ffnd φ m Q m Fn
127 115 ffnd φ m Q m + 1 Fn
128 eqidd φ m y Q m y = Q m y
129 eqidd φ m y Q m + 1 y = Q m + 1 y
130 126 127 89 89 18 128 129 ofrfval φ m Q m f Q m + 1 y Q m y Q m + 1 y
131 125 130 mpbid φ m y Q m y Q m + 1 y
132 131 r19.21bi φ m y Q m y Q m + 1 y
133 102 105 111 116 124 132 le2addd φ m y P m y + Q m y P m + 1 y + Q m + 1 y
134 133 ralrimiva φ m y P m y + Q m y P m + 1 y + Q m + 1 y
135 30 75 i1fadd φ m P m + f Q m dom 1
136 i1ff P m + f Q m dom 1 P m + f Q m :
137 ffn P m + f Q m : P m + f Q m Fn
138 135 136 137 3syl φ m P m + f Q m Fn
139 108 113 i1fadd φ m P m + 1 + f Q m + 1 dom 1
140 i1ff P m + 1 + f Q m + 1 dom 1 P m + 1 + f Q m + 1 :
141 139 140 syl φ m P m + 1 + f Q m + 1 :
142 141 ffnd φ m P m + 1 + f Q m + 1 Fn
143 118 126 89 89 18 120 128 ofval φ m y P m + f Q m y = P m y + Q m y
144 119 127 89 89 18 121 129 ofval φ m y P m + 1 + f Q m + 1 y = P m + 1 y + Q m + 1 y
145 138 142 89 89 18 143 144 ofrfval φ m P m + f Q m f P m + 1 + f Q m + 1 y P m y + Q m y P m + 1 y + Q m + 1 y
146 134 145 mpbird φ m P m + f Q m f P m + 1 + f Q m + 1
147 eqidd φ m + 1 P m + 1 = P m + 1
148 eqidd φ m + 1 Q m + 1 = Q m + 1
149 94 95 25 25 26 147 148 ofval φ m + 1 P f + f Q m + 1 = P m + 1 + f Q m + 1
150 106 149 sylan2 φ m P f + f Q m + 1 = P m + 1 + f Q m + 1
151 146 98 150 3brtr4d φ m P f + f Q m f P f + f Q m + 1
152 99 151 jca φ m 0 𝑝 f P f + f Q m P f + f Q m f P f + f Q m + 1
153 152 ralrimiva φ m 0 𝑝 f P f + f Q m P f + f Q m f P f + f Q m + 1
154 fveq2 n = m P f + f Q n = P f + f Q m
155 154 fveq1d n = m P f + f Q n y = P f + f Q m y
156 155 cbvmptv n P f + f Q n y = m P f + f Q m y
157 nnuz = 1
158 1zzd φ y 1
159 fveq2 x = y P n x = P n y
160 159 mpteq2dv x = y n P n x = n P n y
161 fveq2 x = y F x = F y
162 160 161 breq12d x = y n P n x F x n P n y F y
163 162 rspccva x n P n x F x y n P n y F y
164 9 163 sylan φ y n P n y F y
165 24 mptex n P f + f Q n y V
166 165 a1i φ y n P f + f Q n y V
167 fveq2 x = y Q n x = Q n y
168 167 mpteq2dv x = y n Q n x = n Q n y
169 fveq2 x = y G x = G y
170 168 169 breq12d x = y n Q n x G x n Q n y G y
171 170 rspccva x n Q n x G x y n Q n y G y
172 12 171 sylan φ y n Q n y G y
173 31 fveq1d n = m P n y = P m y
174 eqid n P n y = n P n y
175 fvex P m y V
176 173 174 175 fvmpt m n P n y m = P m y
177 176 adantl φ y m n P n y m = P m y
178 102 an32s φ y m P m y
179 177 178 eqeltrd φ y m n P n y m
180 179 recnd φ y m n P n y m
181 76 fveq1d n = m Q n y = Q m y
182 eqid n Q n y = n Q n y
183 fvex Q m y V
184 181 182 183 fvmpt m n Q n y m = Q m y
185 184 adantl φ y m n Q n y m = Q m y
186 105 an32s φ y m Q m y
187 185 186 eqeltrd φ y m n Q n y m
188 187 recnd φ y m n Q n y m
189 98 fveq1d φ m P f + f Q m y = P m + f Q m y
190 189 adantr φ m y P f + f Q m y = P m + f Q m y
191 190 143 eqtrd φ m y P f + f Q m y = P m y + Q m y
192 191 an32s φ y m P f + f Q m y = P m y + Q m y
193 eqid n P f + f Q n y = n P f + f Q n y
194 fvex P f + f Q m y V
195 155 193 194 fvmpt m n P f + f Q n y m = P f + f Q m y
196 195 adantl φ y m n P f + f Q n y m = P f + f Q m y
197 177 185 oveq12d φ y m n P n y m + n Q n y m = P m y + Q m y
198 192 196 197 3eqtr4d φ y m n P f + f Q n y m = n P n y m + n Q n y m
199 157 158 164 166 172 180 188 198 climadd φ y n P f + f Q n y F y + G y
200 156 199 eqbrtrrid φ y m P f + f Q m y F y + G y
201 2 ffnd φ F Fn
202 5 ffnd φ G Fn
203 eqidd φ y F y = F y
204 eqidd φ y G y = G y
205 201 202 17 17 18 203 204 ofval φ y F + f G y = F y + G y
206 200 205 breqtrrd φ y m P f + f Q m y F + f G y
207 206 ralrimiva φ y m P f + f Q m y F + f G y
208 2fveq3 n = j 1 P f + f Q n = 1 P f + f Q j
209 208 cbvmptv n 1 P f + f Q n = j 1 P f + f Q j
210 3 6 readdcld φ 2 F + 2 G
211 98 fveq2d φ m 1 P f + f Q m = 1 P m + f Q m
212 30 75 itg1add φ m 1 P m + f Q m = 1 P m + 1 Q m
213 211 212 eqtrd φ m 1 P f + f Q m = 1 P m + 1 Q m
214 itg1cl P m dom 1 1 P m
215 30 214 syl φ m 1 P m
216 itg1cl Q m dom 1 1 Q m
217 75 216 syl φ m 1 Q m
218 3 adantr φ m 2 F
219 6 adantr φ m 2 G
220 2 adantr φ m F : 0 +∞
221 icossicc 0 +∞ 0 +∞
222 fss F : 0 +∞ 0 +∞ 0 +∞ F : 0 +∞
223 220 221 222 sylancl φ m F : 0 +∞
224 1 2 7 8 9 itg2i1fseqle φ m P m f F
225 itg2ub F : 0 +∞ P m dom 1 P m f F 1 P m 2 F
226 223 30 224 225 syl3anc φ m 1 P m 2 F
227 5 adantr φ m G : 0 +∞
228 fss G : 0 +∞ 0 +∞ 0 +∞ G : 0 +∞
229 227 221 228 sylancl φ m G : 0 +∞
230 4 5 10 11 12 itg2i1fseqle φ m Q m f G
231 itg2ub G : 0 +∞ Q m dom 1 Q m f G 1 Q m 2 G
232 229 75 230 231 syl3anc φ m 1 Q m 2 G
233 215 217 218 219 226 232 le2addd φ m 1 P m + 1 Q m 2 F + 2 G
234 213 233 eqbrtrd φ m 1 P f + f Q m 2 F + 2 G
235 234 ralrimiva φ m 1 P f + f Q m 2 F + 2 G
236 2fveq3 m = k 1 P f + f Q m = 1 P f + f Q k
237 236 breq1d m = k 1 P f + f Q m 2 F + 2 G 1 P f + f Q k 2 F + 2 G
238 237 rspccva m 1 P f + f Q m 2 F + 2 G k 1 P f + f Q k 2 F + 2 G
239 235 238 sylan φ k 1 P f + f Q k 2 F + 2 G
240 13 19 27 153 207 209 210 239 itg2i1fseq2 φ n 1 P f + f Q n 2 F + f G
241 1zzd φ 1
242 eqid k 1 P k = k 1 P k
243 1 2 7 8 9 242 3 itg2i1fseq3 φ k 1 P k 2 F
244 24 mptex n 1 P f + f Q n V
245 244 a1i φ n 1 P f + f Q n V
246 eqid k 1 Q k = k 1 Q k
247 4 5 10 11 12 246 6 itg2i1fseq3 φ k 1 Q k 2 G
248 2fveq3 k = m 1 P k = 1 P m
249 fvex 1 P m V
250 248 242 249 fvmpt m k 1 P k m = 1 P m
251 250 adantl φ m k 1 P k m = 1 P m
252 215 recnd φ m 1 P m
253 251 252 eqeltrd φ m k 1 P k m
254 2fveq3 k = m 1 Q k = 1 Q m
255 fvex 1 Q m V
256 254 246 255 fvmpt m k 1 Q k m = 1 Q m
257 256 adantl φ m k 1 Q k m = 1 Q m
258 217 recnd φ m 1 Q m
259 257 258 eqeltrd φ m k 1 Q k m
260 2fveq3 j = m 1 P f + f Q j = 1 P f + f Q m
261 fvex 1 P f + f Q m V
262 260 209 261 fvmpt m n 1 P f + f Q n m = 1 P f + f Q m
263 262 adantl φ m n 1 P f + f Q n m = 1 P f + f Q m
264 251 257 oveq12d φ m k 1 P k m + k 1 Q k m = 1 P m + 1 Q m
265 213 263 264 3eqtr4d φ m n 1 P f + f Q n m = k 1 P k m + k 1 Q k m
266 157 241 243 245 247 253 259 265 climadd φ n 1 P f + f Q n 2 F + 2 G
267 climuni n 1 P f + f Q n 2 F + f G n 1 P f + f Q n 2 F + 2 G 2 F + f G = 2 F + 2 G
268 240 266 267 syl2anc φ 2 F + f G = 2 F + 2 G