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Theorem itgiccshift

Description: The integral of a function, F stays the same if its closed interval domain is shifted by T . (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Dec-2019)

Ref Expression
Hypotheses itgiccshift.a ⊢ φ → A ∈ ℝ
itgiccshift.b ⊢ φ → B ∈ ℝ
itgiccshift.aleb ⊢ φ → A ≤ B
itgiccshift.f ⊢ φ → F : A B ⟶cn ℂ
itgiccshift.t ⊢ φ → T ∈ ℝ +
itgiccshift.g ⊢ G = x ∈ A + T B + T ⟼ F ⁡ x − T
Assertion itgiccshift ⊢ φ → ∫ A + T B + T G ⁡ x dx = ∫ A B F ⁡ x dx

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itgiccshift.a ⊢ φ → A ∈ ℝ
2 itgiccshift.b ⊢ φ → B ∈ ℝ
3 itgiccshift.aleb ⊢ φ → A ≤ B
4 itgiccshift.f ⊢ φ → F : A B ⟶cn ℂ
5 itgiccshift.t ⊢ φ → T ∈ ℝ +
6 itgiccshift.g ⊢ G = x ∈ A + T B + T ⟼ F ⁡ x − T
7 5 rpred ⊢ φ → T ∈ ℝ
8 1 2 7 3 leadd1dd ⊢ φ → A + T ≤ B + T
9 8 ditgpos ⊢ φ → ∫ A + T B + T G ⁡ x dx = ∫ A + T B + T G ⁡ x dx
10 1 7 readdcld ⊢ φ → A + T ∈ ℝ
11 2 7 readdcld ⊢ φ → B + T ∈ ℝ
12 cncff ⊢ F : A B ⟶cn ℂ → F : A B ⟶ ℂ
13 4 12 syl ⊢ φ → F : A B ⟶ ℂ
14 13 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → F : A B ⟶ ℂ
15 1 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → A ∈ ℝ
16 2 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → B ∈ ℝ
17 10 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → A + T ∈ ℝ
18 11 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → B + T ∈ ℝ
19 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → x ∈ A + T B + T
20 eliccre ⊢ A + T ∈ ℝ ∧ B + T ∈ ℝ ∧ x ∈ A + T B + T → x ∈ ℝ
21 17 18 19 20 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → x ∈ ℝ
22 7 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → T ∈ ℝ
23 21 22 resubcld ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → x − T ∈ ℝ
24 1 recnd ⊢ φ → A ∈ ℂ
25 7 recnd ⊢ φ → T ∈ ℂ
26 24 25 pncand ⊢ φ → A + T - T = A
27 26 eqcomd ⊢ φ → A = A + T - T
28 27 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → A = A + T - T
29 elicc2 ⊢ A + T ∈ ℝ ∧ B + T ∈ ℝ → x ∈ A + T B + T ↔ x ∈ ℝ ∧ A + T ≤ x ∧ x ≤ B + T
30 17 18 29 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → x ∈ A + T B + T ↔ x ∈ ℝ ∧ A + T ≤ x ∧ x ≤ B + T
31 19 30 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → x ∈ ℝ ∧ A + T ≤ x ∧ x ≤ B + T
32 31 simp2d ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → A + T ≤ x
33 17 21 22 32 lesub1dd ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → A + T - T ≤ x − T
34 28 33 eqbrtrd ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → A ≤ x − T
35 31 simp3d ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → x ≤ B + T
36 21 18 22 35 lesub1dd ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → x − T ≤ B + T - T
37 2 recnd ⊢ φ → B ∈ ℂ
38 37 25 pncand ⊢ φ → B + T - T = B
39 38 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → B + T - T = B
40 36 39 breqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → x − T ≤ B
41 15 16 23 34 40 eliccd ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → x − T ∈ A B
42 14 41 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → F ⁡ x − T ∈ ℂ
43 42 6 fmptd ⊢ φ → G : A + T B + T ⟶ ℂ
44 43 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ x ∈ A + T B + T → G ⁡ x ∈ ℂ
45 10 11 44 itgioo ⊢ φ → ∫ A + T B + T G ⁡ x dx = ∫ A + T B + T G ⁡ x dx
46 9 45 eqtr2d ⊢ φ → ∫ A + T B + T G ⁡ x dx = ∫ A + T B + T G ⁡ x dx
47 eqid ⊢ y ∈ ℂ ⟼ y + T = y ∈ ℂ ⟼ y + T
48 47 addccncf ⊢ T ∈ ℂ → y ∈ ℂ ⟼ y + T : ℂ ⟶cn ℂ
49 25 48 syl ⊢ φ → y ∈ ℂ ⟼ y + T : ℂ ⟶cn ℂ
50 1 2 iccssred ⊢ φ → A B ⊆ ℝ
51 ax-resscn ⊢ ℝ ⊆ ℂ
52 50 51 sstrdi ⊢ φ → A B ⊆ ℂ
53 10 11 iccssred ⊢ φ → A + T B + T ⊆ ℝ
54 53 51 sstrdi ⊢ φ → A + T B + T ⊆ ℂ
55 10 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A B → A + T ∈ ℝ
56 11 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A B → B + T ∈ ℝ
57 50 sselda ⊢ φ ∧ y ∈ A B → y ∈ ℝ
58 7 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A B → T ∈ ℝ
59 57 58 readdcld ⊢ φ ∧ y ∈ A B → y + T ∈ ℝ
60 1 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A B → A ∈ ℝ
61 simpr ⊢ φ ∧ y ∈ A B → y ∈ A B
62 2 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A B → B ∈ ℝ
63 elicc2 ⊢ A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ → y ∈ A B ↔ y ∈ ℝ ∧ A ≤ y ∧ y ≤ B
64 60 62 63 syl2anc ⊢ φ ∧ y ∈ A B → y ∈ A B ↔ y ∈ ℝ ∧ A ≤ y ∧ y ≤ B
65 61 64 mpbid ⊢ φ ∧ y ∈ A B → y ∈ ℝ ∧ A ≤ y ∧ y ≤ B
66 65 simp2d ⊢ φ ∧ y ∈ A B → A ≤ y
67 60 57 58 66 leadd1dd ⊢ φ ∧ y ∈ A B → A + T ≤ y + T
68 65 simp3d ⊢ φ ∧ y ∈ A B → y ≤ B
69 57 62 58 68 leadd1dd ⊢ φ ∧ y ∈ A B → y + T ≤ B + T
70 55 56 59 67 69 eliccd ⊢ φ ∧ y ∈ A B → y + T ∈ A + T B + T
71 47 49 52 54 70 cncfmptssg ⊢ φ → y ∈ A B ⟼ y + T : A B ⟶cn A + T B + T
72 fvoveq1 ⊢ x = w → F ⁡ x − T = F ⁡ w − T
73 72 cbvmptv ⊢ x ∈ A + T B + T ⟼ F ⁡ x − T = w ∈ A + T B + T ⟼ F ⁡ w − T
74 1 2 7 iccshift ⊢ φ → A + T B + T = x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T
75 74 mpteq1d ⊢ φ → w ∈ A + T B + T ⟼ F ⁡ w − T = w ∈ x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T ⟼ F ⁡ w − T
76 73 75 eqtrid ⊢ φ → x ∈ A + T B + T ⟼ F ⁡ x − T = w ∈ x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T ⟼ F ⁡ w − T
77 6 76 eqtrid ⊢ φ → G = w ∈ x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T ⟼ F ⁡ w − T
78 eqeq1 ⊢ w = x → w = z + T ↔ x = z + T
79 78 rexbidv ⊢ w = x → ∃ z ∈ A B w = z + T ↔ ∃ z ∈ A B x = z + T
80 oveq1 ⊢ z = y → z + T = y + T
81 80 eqeq2d ⊢ z = y → x = z + T ↔ x = y + T
82 81 cbvrexvw ⊢ ∃ z ∈ A B x = z + T ↔ ∃ y ∈ A B x = y + T
83 79 82 bitrdi ⊢ w = x → ∃ z ∈ A B w = z + T ↔ ∃ y ∈ A B x = y + T
84 83 cbvrabv ⊢ w ∈ ℂ | ∃ z ∈ A B w = z + T = x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T
85 84 eqcomi ⊢ x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T = w ∈ ℂ | ∃ z ∈ A B w = z + T
86 eqid ⊢ w ∈ x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T ⟼ F ⁡ w − T = w ∈ x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T ⟼ F ⁡ w − T
87 52 25 85 4 86 cncfshift ⊢ φ → w ∈ x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T ⟼ F ⁡ w − T : x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T ⟶cn ℂ
88 77 87 eqeltrd ⊢ φ → G : x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T ⟶cn ℂ
89 43 feqmptd ⊢ φ → G = x ∈ A + T B + T ⟼ G ⁡ x
90 74 eqcomd ⊢ φ → x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T = A + T B + T
91 90 oveq1d ⊢ φ → x ∈ ℂ | ∃ y ∈ A B x = y + T ⟶cn ℂ = A + T B + T ⟶cn ℂ
92 88 89 91 3eltr3d ⊢ φ → x ∈ A + T B + T ⟼ G ⁡ x : A + T B + T ⟶cn ℂ
93 ioosscn ⊢ A B ⊆ ℂ
94 93 a1i ⊢ φ → A B ⊆ ℂ
95 1cnd ⊢ φ → 1 ∈ ℂ
96 ssid ⊢ ℂ ⊆ ℂ
97 96 a1i ⊢ φ → ℂ ⊆ ℂ
98 94 95 97 constcncfg ⊢ φ → y ∈ A B ⟼ 1 : A B ⟶cn ℂ
99 fconstmpt ⊢ A B × 1 = y ∈ A B ⟼ 1
100 ioombl ⊢ A B ∈ dom ⁡ vol
101 100 a1i ⊢ φ → A B ∈ dom ⁡ vol
102 ioovolcl ⊢ A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ → vol ⁡ A B ∈ ℝ
103 1 2 102 syl2anc ⊢ φ → vol ⁡ A B ∈ ℝ
104 iblconst ⊢ A B ∈ dom ⁡ vol ∧ vol ⁡ A B ∈ ℝ ∧ 1 ∈ ℂ → A B × 1 ∈ 𝐿 1
105 101 103 95 104 syl3anc ⊢ φ → A B × 1 ∈ 𝐿 1
106 99 105 eqeltrrid ⊢ φ → y ∈ A B ⟼ 1 ∈ 𝐿 1
107 98 106 elind ⊢ φ → y ∈ A B ⟼ 1 ∈ A B ⟶cn ℂ ∩ 𝐿 1
108 50 resmptd ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ y + T ↾ A B = y ∈ A B ⟼ y + T
109 108 eqcomd ⊢ φ → y ∈ A B ⟼ y + T = y ∈ ℝ ⟼ y + T ↾ A B
110 109 oveq2d ⊢ φ → dy ∈ A B y + T d ℝ y = ℝ D y ∈ ℝ ⟼ y + T ↾ A B
111 51 a1i ⊢ φ → ℝ ⊆ ℂ
112 111 sselda ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → y ∈ ℂ
113 25 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → T ∈ ℂ
114 112 113 addcld ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → y + T ∈ ℂ
115 114 fmpttd ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ y + T : ℝ ⟶ ℂ
116 ssid ⊢ ℝ ⊆ ℝ
117 116 a1i ⊢ φ → ℝ ⊆ ℝ
118 eqid ⊢ TopOpen ⁡ ℂ fld = TopOpen ⁡ ℂ fld
119 tgioo4 ⊢ topGen ⁡ ran ⁡ . = TopOpen ⁡ ℂ fld ↾ 𝑡 ℝ
120 118 119 dvres ⊢ ℝ ⊆ ℂ ∧ y ∈ ℝ ⟼ y + T : ℝ ⟶ ℂ ∧ ℝ ⊆ ℝ ∧ A B ⊆ ℝ → ℝ D y ∈ ℝ ⟼ y + T ↾ A B = dy ∈ ℝ y + T d ℝ y ↾ int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ A B
121 111 115 117 50 120 syl22anc ⊢ φ → ℝ D y ∈ ℝ ⟼ y + T ↾ A B = dy ∈ ℝ y + T d ℝ y ↾ int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ A B
122 110 121 eqtrd ⊢ φ → dy ∈ A B y + T d ℝ y = dy ∈ ℝ y + T d ℝ y ↾ int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ A B
123 iccntr ⊢ A ∈ ℝ ∧ B ∈ ℝ → int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ A B = A B
124 1 2 123 syl2anc ⊢ φ → int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ A B = A B
125 124 reseq2d ⊢ φ → dy ∈ ℝ y + T d ℝ y ↾ int ⁡ topGen ⁡ ran ⁡ . ⁡ A B = dy ∈ ℝ y + T d ℝ y ↾ A B
126 reelprrecn ⊢ ℝ ∈ ℝ ℂ
127 126 a1i ⊢ φ → ℝ ∈ ℝ ℂ
128 1cnd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → 1 ∈ ℂ
129 127 dvmptid ⊢ φ → dy ∈ ℝ y d ℝ y = y ∈ ℝ ⟼ 1
130 0cnd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ → 0 ∈ ℂ
131 127 25 dvmptc ⊢ φ → dy ∈ ℝ T d ℝ y = y ∈ ℝ ⟼ 0
132 127 112 128 129 113 130 131 dvmptadd ⊢ φ → dy ∈ ℝ y + T d ℝ y = y ∈ ℝ ⟼ 1 + 0
133 132 reseq1d ⊢ φ → dy ∈ ℝ y + T d ℝ y ↾ A B = y ∈ ℝ ⟼ 1 + 0 ↾ A B
134 ioossre ⊢ A B ⊆ ℝ
135 134 a1i ⊢ φ → A B ⊆ ℝ
136 135 resmptd ⊢ φ → y ∈ ℝ ⟼ 1 + 0 ↾ A B = y ∈ A B ⟼ 1 + 0
137 1p0e1 ⊢ 1 + 0 = 1
138 137 mpteq2i ⊢ y ∈ A B ⟼ 1 + 0 = y ∈ A B ⟼ 1
139 138 a1i ⊢ φ → y ∈ A B ⟼ 1 + 0 = y ∈ A B ⟼ 1
140 133 136 139 3eqtrd ⊢ φ → dy ∈ ℝ y + T d ℝ y ↾ A B = y ∈ A B ⟼ 1
141 122 125 140 3eqtrd ⊢ φ → dy ∈ A B y + T d ℝ y = y ∈ A B ⟼ 1
142 fveq2 ⊢ x = y + T → G ⁡ x = G ⁡ y + T
143 oveq1 ⊢ y = A → y + T = A + T
144 oveq1 ⊢ y = B → y + T = B + T
145 1 2 3 71 92 107 141 142 143 144 10 11 itgsubsticc ⊢ φ → ∫ A + T B + T G ⁡ x dx = ∫ A B G ⁡ y + T ⋅ 1 dy
146 3 ditgpos ⊢ φ → ∫ A B G ⁡ y + T ⋅ 1 dy = ∫ A B G ⁡ y + T ⋅ 1 dy
147 43 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ A B → G : A + T B + T ⟶ ℂ
148 147 70 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ y ∈ A B → G ⁡ y + T ∈ ℂ
149 1cnd ⊢ φ ∧ y ∈ A B → 1 ∈ ℂ
150 148 149 mulcld ⊢ φ ∧ y ∈ A B → G ⁡ y + T ⋅ 1 ∈ ℂ
151 1 2 150 itgioo ⊢ φ → ∫ A B G ⁡ y + T ⋅ 1 dy = ∫ A B G ⁡ y + T ⋅ 1 dy
152 fvoveq1 ⊢ y = x → G ⁡ y + T = G ⁡ x + T
153 152 oveq1d ⊢ y = x → G ⁡ y + T ⋅ 1 = G ⁡ x + T ⋅ 1
154 153 cbvitgv ⊢ ∫ A B G ⁡ y + T ⋅ 1 dy = ∫ A B G ⁡ x + T ⋅ 1 dx
155 43 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A B → G : A + T B + T ⟶ ℂ
156 10 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A B → A + T ∈ ℝ
157 11 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A B → B + T ∈ ℝ
158 50 sselda ⊢ φ ∧ x ∈ A B → x ∈ ℝ
159 7 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A B → T ∈ ℝ
160 158 159 readdcld ⊢ φ ∧ x ∈ A B → x + T ∈ ℝ
161 1 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A B → A ∈ ℝ
162 1 rexrd ⊢ φ → A ∈ ℝ *
163 162 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A B → A ∈ ℝ *
164 2 rexrd ⊢ φ → B ∈ ℝ *
165 164 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A B → B ∈ ℝ *
166 simpr ⊢ φ ∧ x ∈ A B → x ∈ A B
167 iccgelb ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ x ∈ A B → A ≤ x
168 163 165 166 167 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ A B → A ≤ x
169 161 158 159 168 leadd1dd ⊢ φ ∧ x ∈ A B → A + T ≤ x + T
170 2 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A B → B ∈ ℝ
171 iccleub ⊢ A ∈ ℝ * ∧ B ∈ ℝ * ∧ x ∈ A B → x ≤ B
172 163 165 166 171 syl3anc ⊢ φ ∧ x ∈ A B → x ≤ B
173 158 170 159 172 leadd1dd ⊢ φ ∧ x ∈ A B → x + T ≤ B + T
174 156 157 160 169 173 eliccd ⊢ φ ∧ x ∈ A B → x + T ∈ A + T B + T
175 155 174 ffvelcdmd ⊢ φ ∧ x ∈ A B → G ⁡ x + T ∈ ℂ
176 175 mulridd ⊢ φ ∧ x ∈ A B → G ⁡ x + T ⋅ 1 = G ⁡ x + T
177 6 73 eqtri ⊢ G = w ∈ A + T B + T ⟼ F ⁡ w − T
178 177 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ A B → G = w ∈ A + T B + T ⟼ F ⁡ w − T
179 fvoveq1 ⊢ w = x + T → F ⁡ w − T = F ⁡ x + T - T
180 158 recnd ⊢ φ ∧ x ∈ A B → x ∈ ℂ
181 25 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A B → T ∈ ℂ
182 180 181 pncand ⊢ φ ∧ x ∈ A B → x + T - T = x
183 182 fveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ A B → F ⁡ x + T - T = F ⁡ x
184 179 183 sylan9eqr ⊢ φ ∧ x ∈ A B ∧ w = x + T → F ⁡ w − T = F ⁡ x
185 13 ffvelcdmda ⊢ φ ∧ x ∈ A B → F ⁡ x ∈ ℂ
186 178 184 174 185 fvmptd ⊢ φ ∧ x ∈ A B → G ⁡ x + T = F ⁡ x
187 176 186 eqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ A B → G ⁡ x + T ⋅ 1 = F ⁡ x
188 187 itgeq2dv ⊢ φ → ∫ A B G ⁡ x + T ⋅ 1 dx = ∫ A B F ⁡ x dx
189 154 188 eqtrid ⊢ φ → ∫ A B G ⁡ y + T ⋅ 1 dy = ∫ A B F ⁡ x dx
190 146 151 189 3eqtrd ⊢ φ → ∫ A B G ⁡ y + T ⋅ 1 dy = ∫ A B F ⁡ x dx
191 46 145 190 3eqtrd ⊢ φ → ∫ A + T B + T G ⁡ x dx = ∫ A B F ⁡ x dx