Metamath Proof Explorer


Theorem itgabs

Description: The triangle inequality for integrals. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses itgabs.1 ⊢ φ ∧ x ∈ A → B ∈ V
itgabs.2 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ∈ 𝐿 1
Assertion itgabs ⊢ φ → ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itgabs.1 ⊢ φ ∧ x ∈ A → B ∈ V
2 itgabs.2 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ∈ 𝐿 1
3 1 2 itgcl ⊢ φ → ∫ A B dx ∈ ℂ
4 3 cjcld ⊢ φ → ∫ A B dx ‾ ∈ ℂ
5 iblmbf ⊢ x ∈ A ⟼ B ∈ 𝐿 1 → x ∈ A ⟼ B ∈ MblFn
6 2 5 syl ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ∈ MblFn
7 6 1 mbfmptcl ⊢ φ ∧ x ∈ A → B ∈ ℂ
8 7 ralrimiva ⊢ φ → ∀ x ∈ A B ∈ ℂ
9 nfv ⊢ Ⅎ y B ∈ ℂ
10 nfcsb1v ⊢ Ⅎ _ x ⦋ y / x⦌ B
11 10 nfel1 ⊢ Ⅎ x ⦋ y / x⦌ B ∈ ℂ
12 csbeq1a ⊢ x = y → B = ⦋ y / x⦌ B
13 12 eleq1d ⊢ x = y → B ∈ ℂ ↔ ⦋ y / x⦌ B ∈ ℂ
14 9 11 13 cbvralw ⊢ ∀ x ∈ A B ∈ ℂ ↔ ∀ y ∈ A ⦋ y / x⦌ B ∈ ℂ
15 8 14 sylib ⊢ φ → ∀ y ∈ A ⦋ y / x⦌ B ∈ ℂ
16 15 r19.21bi ⊢ φ ∧ y ∈ A → ⦋ y / x⦌ B ∈ ℂ
17 nfcv ⊢ Ⅎ _ y B
18 17 10 12 cbvmpt ⊢ x ∈ A ⟼ B = y ∈ A ⟼ ⦋ y / x⦌ B
19 18 2 eqeltrrid ⊢ φ → y ∈ A ⟼ ⦋ y / x⦌ B ∈ 𝐿 1
20 4 16 19 iblmulc2 ⊢ φ → y ∈ A ⟼ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ 𝐿 1
21 4 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A → ∫ A B dx ‾ ∈ ℂ
22 21 16 mulcld ⊢ φ ∧ y ∈ A → ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ ℂ
23 22 iblcn ⊢ φ → y ∈ A ⟼ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ 𝐿 1 ↔ y ∈ A ⟼ ℜ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ 𝐿 1 ∧ y ∈ A ⟼ ℑ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ 𝐿 1
24 20 23 mpbid ⊢ φ → y ∈ A ⟼ ℜ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ 𝐿 1 ∧ y ∈ A ⟼ ℑ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ 𝐿 1
25 24 simpld ⊢ φ → y ∈ A ⟼ ℜ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ 𝐿 1
26 ovexd ⊢ φ ∧ y ∈ A → ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ V
27 26 20 iblabs ⊢ φ → y ∈ A ⟼ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ 𝐿 1
28 22 recld ⊢ φ ∧ y ∈ A → ℜ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ ℝ
29 22 abscld ⊢ φ ∧ y ∈ A → ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ∈ ℝ
30 22 releabsd ⊢ φ ∧ y ∈ A → ℜ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B ≤ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B
31 25 27 28 29 30 itgle ⊢ φ → ∫ A ℜ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy ≤ ∫ A ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
32 3 abscld ⊢ φ → ∫ A B dx ∈ ℝ
33 32 recnd ⊢ φ → ∫ A B dx ∈ ℂ
34 33 sqvald ⊢ φ → ∫ A B dx 2 = ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx
35 3 absvalsqd ⊢ φ → ∫ A B dx 2 = ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx ‾
36 3 4 mulcomd ⊢ φ → ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx ‾ = ∫ A B dx ‾ ⁢ ∫ A B dx
37 12 17 10 cbvitg ⊢ ∫ A B dx = ∫ A ⦋ y / x⦌ B dy
38 37 oveq2i ⊢ ∫ A B dx ‾ ⁢ ∫ A B dx = ∫ A B dx ‾ ⁢ ∫ A ⦋ y / x⦌ B dy
39 4 16 19 itgmulc2 ⊢ φ → ∫ A B dx ‾ ⁢ ∫ A ⦋ y / x⦌ B dy = ∫ A ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
40 38 39 eqtrid ⊢ φ → ∫ A B dx ‾ ⁢ ∫ A B dx = ∫ A ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
41 35 36 40 3eqtrd ⊢ φ → ∫ A B dx 2 = ∫ A ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
42 41 fveq2d ⊢ φ → ℜ ⁡ ∫ A B dx 2 = ℜ ⁡ ∫ A ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
43 32 resqcld ⊢ φ → ∫ A B dx 2 ∈ ℝ
44 43 rered ⊢ φ → ℜ ⁡ ∫ A B dx 2 = ∫ A B dx 2
45 26 20 itgre ⊢ φ → ℜ ⁡ ∫ A ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy = ∫ A ℜ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
46 42 44 45 3eqtr3d ⊢ φ → ∫ A B dx 2 = ∫ A ℜ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
47 34 46 eqtr3d ⊢ φ → ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx = ∫ A ℜ ⁡ ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
48 12 fveq2d ⊢ x = y → B = ⦋ y / x⦌ B
49 nfcv ⊢ Ⅎ _ y B
50 nfcv ⊢ Ⅎ _ x abs
51 50 10 nffv ⊢ Ⅎ _ x ⦋ y / x⦌ B
52 48 49 51 cbvitg ⊢ ∫ A B dx = ∫ A ⦋ y / x⦌ B dy
53 52 oveq2i ⊢ ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx = ∫ A B dx ⁢ ∫ A ⦋ y / x⦌ B dy
54 16 abscld ⊢ φ ∧ y ∈ A → ⦋ y / x⦌ B ∈ ℝ
55 16 19 iblabs ⊢ φ → y ∈ A ⟼ ⦋ y / x⦌ B ∈ 𝐿 1
56 33 54 55 itgmulc2 ⊢ φ → ∫ A B dx ⁢ ∫ A ⦋ y / x⦌ B dy = ∫ A ∫ A B dx ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
57 21 16 absmuld ⊢ φ ∧ y ∈ A → ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B = ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B
58 3 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A → ∫ A B dx ∈ ℂ
59 58 abscjd ⊢ φ ∧ y ∈ A → ∫ A B dx ‾ = ∫ A B dx
60 59 oveq1d ⊢ φ ∧ y ∈ A → ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B = ∫ A B dx ⁢ ⦋ y / x⦌ B
61 57 60 eqtrd ⊢ φ ∧ y ∈ A → ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B = ∫ A B dx ⁢ ⦋ y / x⦌ B
62 61 itgeq2dv ⊢ φ → ∫ A ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy = ∫ A ∫ A B dx ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
63 56 62 eqtr4d ⊢ φ → ∫ A B dx ⁢ ∫ A ⦋ y / x⦌ B dy = ∫ A ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
64 53 63 eqtrid ⊢ φ → ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx = ∫ A ∫ A B dx ‾ ⁢ ⦋ y / x⦌ B dy
65 31 47 64 3brtr4d ⊢ φ → ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx
66 65 adantr ⊢ φ ∧ 0 < ∫ A B dx → ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx
67 32 adantr ⊢ φ ∧ 0 < ∫ A B dx → ∫ A B dx ∈ ℝ
68 7 abscld ⊢ φ ∧ x ∈ A → B ∈ ℝ
69 1 2 iblabs ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ∈ 𝐿 1
70 68 69 itgrecl ⊢ φ → ∫ A B dx ∈ ℝ
71 70 adantr ⊢ φ ∧ 0 < ∫ A B dx → ∫ A B dx ∈ ℝ
72 simpr ⊢ φ ∧ 0 < ∫ A B dx → 0 < ∫ A B dx
73 lemul2 ⊢ ∫ A B dx ∈ ℝ ∧ ∫ A B dx ∈ ℝ ∧ ∫ A B dx ∈ ℝ ∧ 0 < ∫ A B dx → ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx ↔ ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx
74 67 71 67 72 73 syl112anc ⊢ φ ∧ 0 < ∫ A B dx → ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx ↔ ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx ⁢ ∫ A B dx
75 66 74 mpbird ⊢ φ ∧ 0 < ∫ A B dx → ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx
76 75 ex ⊢ φ → 0 < ∫ A B dx → ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx
77 7 absge0d ⊢ φ ∧ x ∈ A → 0 ≤ B
78 69 68 77 itgge0 ⊢ φ → 0 ≤ ∫ A B dx
79 breq1 ⊢ 0 = ∫ A B dx → 0 ≤ ∫ A B dx ↔ ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx
80 78 79 syl5ibcom ⊢ φ → 0 = ∫ A B dx → ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx
81 3 absge0d ⊢ φ → 0 ≤ ∫ A B dx
82 0re ⊢ 0 ∈ ℝ
83 leloe ⊢ 0 ∈ ℝ ∧ ∫ A B dx ∈ ℝ → 0 ≤ ∫ A B dx ↔ 0 < ∫ A B dx ∨ 0 = ∫ A B dx
84 82 32 83 sylancr ⊢ φ → 0 ≤ ∫ A B dx ↔ 0 < ∫ A B dx ∨ 0 = ∫ A B dx
85 81 84 mpbid ⊢ φ → 0 < ∫ A B dx ∨ 0 = ∫ A B dx
86 76 80 85 mpjaod ⊢ φ → ∫ A B dx ≤ ∫ A B dx