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Theorem itg2i1fseq

Description: Subject to the conditions coming from mbfi1fseq , the integral of the sequence of simple functions converges to the integral of the target function. (Contributed by Mario Carneiro, 17-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses itg2i1fseq.1 φ F MblFn
itg2i1fseq.2 φ F : 0 +∞
itg2i1fseq.3 φ P : dom 1
itg2i1fseq.4 φ n 0 𝑝 f P n P n f P n + 1
itg2i1fseq.5 φ x n P n x F x
itg2i1fseq.6 S = m 1 P m
Assertion itg2i1fseq φ 2 F = sup ran S * <

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itg2i1fseq.1 φ F MblFn
2 itg2i1fseq.2 φ F : 0 +∞
3 itg2i1fseq.3 φ P : dom 1
4 itg2i1fseq.4 φ n 0 𝑝 f P n P n f P n + 1
5 itg2i1fseq.5 φ x n P n x F x
6 itg2i1fseq.6 S = m 1 P m
7 fveq2 n = m P n = P m
8 7 fveq1d n = m P n x = P m x
9 8 cbvmptv n P n x = m P m x
10 fveq2 x = y P m x = P m y
11 10 mpteq2dv x = y m P m x = m P m y
12 9 11 syl5eq x = y n P n x = m P m y
13 12 rneqd x = y ran n P n x = ran m P m y
14 13 supeq1d x = y sup ran n P n x < = sup ran m P m y <
15 14 cbvmptv x sup ran n P n x < = y sup ran m P m y <
16 3 ffvelrnda φ m P m dom 1
17 i1fmbf P m dom 1 P m MblFn
18 16 17 syl φ m P m MblFn
19 i1ff P m dom 1 P m :
20 16 19 syl φ m P m :
21 7 breq2d n = m 0 𝑝 f P n 0 𝑝 f P m
22 fvoveq1 n = m P n + 1 = P m + 1
23 7 22 breq12d n = m P n f P n + 1 P m f P m + 1
24 21 23 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
25 24 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
26 4 25 sylan φ m 0 𝑝 f P m P m f P m + 1
27 26 simpld φ m 0 𝑝 f P m
28 0plef P m : 0 +∞ P m : 0 𝑝 f P m
29 20 27 28 sylanbrc φ m P m : 0 +∞
30 26 simprd φ m P m f P m + 1
31 rge0ssre 0 +∞
32 2 ffvelrnda φ y F y 0 +∞
33 31 32 sseldi φ y F y
34 1 2 3 4 5 itg2i1fseqle φ m P m f F
35 20 ffnd φ m P m Fn
36 2 ffnd φ F Fn
37 36 adantr φ m F Fn
38 reex V
39 38 a1i φ m V
40 inidm =
41 eqidd φ m y P m y = P m y
42 eqidd φ m y F y = F y
43 35 37 39 39 40 41 42 ofrfval φ m P m f F y P m y F y
44 34 43 mpbid φ m y P m y F y
45 44 r19.21bi φ m y P m y F y
46 45 an32s φ y m P m y F y
47 46 ralrimiva φ y m P m y F y
48 brralrspcev F y m P m y F y z m P m y z
49 33 47 48 syl2anc φ y z m P m y z
50 7 fveq2d n = m 2 P n = 2 P m
51 50 cbvmptv n 2 P n = m 2 P m
52 51 rneqi ran n 2 P n = ran m 2 P m
53 52 supeq1i sup ran n 2 P n * < = sup ran m 2 P m * <
54 15 18 29 30 49 53 itg2mono φ 2 x sup ran n P n x < = sup ran n 2 P n * <
55 2 feqmptd φ F = y F y
56 7 fveq1d n = m P n y = P m y
57 56 cbvmptv n P n y = m P m y
58 57 rneqi ran n P n y = ran m P m y
59 58 supeq1i sup ran n P n y < = sup ran m P m y <
60 nnuz = 1
61 1zzd φ y 1
62 20 ffvelrnda φ m y P m y
63 62 an32s φ y m P m y
64 63 57 fmptd φ y n P n y :
65 peano2nn m m + 1
66 ffvelrn P : dom 1 m + 1 P m + 1 dom 1
67 3 65 66 syl2an φ m P m + 1 dom 1
68 i1ff P m + 1 dom 1 P m + 1 :
69 67 68 syl φ m P m + 1 :
70 69 ffnd φ m P m + 1 Fn
71 eqidd φ m y P m + 1 y = P m + 1 y
72 35 70 39 39 40 41 71 ofrfval φ m P m f P m + 1 y P m y P m + 1 y
73 30 72 mpbid φ m y P m y P m + 1 y
74 73 r19.21bi φ m y P m y P m + 1 y
75 74 an32s φ y m P m y P m + 1 y
76 eqid n P n y = n P n y
77 fvex P m y V
78 56 76 77 fvmpt m n P n y m = P m y
79 78 adantl φ y m n P n y m = P m y
80 fveq2 n = m + 1 P n = P m + 1
81 80 fveq1d n = m + 1 P n y = P m + 1 y
82 fvex P m + 1 y V
83 81 76 82 fvmpt m + 1 n P n y m + 1 = P m + 1 y
84 65 83 syl m n P n y m + 1 = P m + 1 y
85 84 adantl φ y m n P n y m + 1 = P m + 1 y
86 75 79 85 3brtr4d φ y m n P n y m n P n y m + 1
87 78 breq1d m n P n y m z P m y z
88 87 ralbiia m n P n y m z m P m y z
89 88 rexbii z m n P n y m z z m P m y z
90 49 89 sylibr φ y z m n P n y m z
91 60 61 64 86 90 climsup φ y n P n y sup ran n P n y <
92 fveq2 x = y P n x = P n y
93 92 mpteq2dv x = y n P n x = n P n y
94 fveq2 x = y F x = F y
95 93 94 breq12d x = y n P n x F x n P n y F y
96 95 rspccva x n P n x F x y n P n y F y
97 5 96 sylan φ y n P n y F y
98 climuni n P n y sup ran n P n y < n P n y F y sup ran n P n y < = F y
99 91 97 98 syl2anc φ y sup ran n P n y < = F y
100 59 99 syl5eqr φ y sup ran m P m y < = F y
101 100 mpteq2dva φ y sup ran m P m y < = y F y
102 55 101 eqtr4d φ F = y sup ran m P m y <
103 102 15 eqtr4di φ F = x sup ran n P n x <
104 103 fveq2d φ 2 F = 2 x sup ran n P n x <
105 itg2itg1 P m dom 1 0 𝑝 f P m 2 P m = 1 P m
106 16 27 105 syl2anc φ m 2 P m = 1 P m
107 106 mpteq2dva φ m 2 P m = m 1 P m
108 6 107 eqtr4id φ S = m 2 P m
109 108 51 eqtr4di φ S = n 2 P n
110 109 rneqd φ ran S = ran n 2 P n
111 110 supeq1d φ sup ran S * < = sup ran n 2 P n * <
112 54 104 111 3eqtr4d φ 2 F = sup ran S * <