Metamath Proof Explorer


Theorem itgmulc2

Description: Multiply an integral by a constant. (Contributed by Mario Carneiro, 25-Aug-2014)

Ref Expression
Hypotheses itgmulc2.1 ⊢ φ → C ∈ ℂ
itgmulc2.2 ⊢ φ ∧ x ∈ A → B ∈ V
itgmulc2.3 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ∈ 𝐿 1
Assertion itgmulc2 ⊢ φ → C ⁢ ∫ A B dx = ∫ A C ⁢ B dx

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 itgmulc2.1 ⊢ φ → C ∈ ℂ
2 itgmulc2.2 ⊢ φ ∧ x ∈ A → B ∈ V
3 itgmulc2.3 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ∈ 𝐿 1
4 1 recld ⊢ φ → ℜ ⁡ C ∈ ℝ
5 4 recnd ⊢ φ → ℜ ⁡ C ∈ ℂ
6 5 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ C ∈ ℂ
7 iblmbf ⊢ x ∈ A ⟼ B ∈ 𝐿 1 → x ∈ A ⟼ B ∈ MblFn
8 3 7 syl ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ∈ MblFn
9 8 2 mbfmptcl ⊢ φ ∧ x ∈ A → B ∈ ℂ
10 9 recld ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ B ∈ ℝ
11 10 recnd ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ B ∈ ℂ
12 6 11 mulcld ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B ∈ ℂ
13 9 iblcn ⊢ φ → x ∈ A ⟼ B ∈ 𝐿 1 ↔ x ∈ A ⟼ ℜ ⁡ B ∈ 𝐿 1 ∧ x ∈ A ⟼ ℑ ⁡ B ∈ 𝐿 1
14 3 13 mpbid ⊢ φ → x ∈ A ⟼ ℜ ⁡ B ∈ 𝐿 1 ∧ x ∈ A ⟼ ℑ ⁡ B ∈ 𝐿 1
15 14 simpld ⊢ φ → x ∈ A ⟼ ℜ ⁡ B ∈ 𝐿 1
16 5 10 15 iblmulc2 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B ∈ 𝐿 1
17 12 16 itgcl ⊢ φ → ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx ∈ ℂ
18 ax-icn ⊢ i ∈ ℂ
19 9 imcld ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℑ ⁡ B ∈ ℝ
20 19 recnd ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℑ ⁡ B ∈ ℂ
21 6 20 mulcld ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B ∈ ℂ
22 14 simprd ⊢ φ → x ∈ A ⟼ ℑ ⁡ B ∈ 𝐿 1
23 5 19 22 iblmulc2 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B ∈ 𝐿 1
24 21 23 itgcl ⊢ φ → ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx ∈ ℂ
25 mulcl ⊢ i ∈ ℂ ∧ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx ∈ ℂ → i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx ∈ ℂ
26 18 24 25 sylancr ⊢ φ → i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx ∈ ℂ
27 1 imcld ⊢ φ → ℑ ⁡ C ∈ ℝ
28 27 renegcld ⊢ φ → − ℑ ⁡ C ∈ ℝ
29 28 recnd ⊢ φ → − ℑ ⁡ C ∈ ℂ
30 29 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A → − ℑ ⁡ C ∈ ℂ
31 30 20 mulcld ⊢ φ ∧ x ∈ A → − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B ∈ ℂ
32 29 19 22 iblmulc2 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B ∈ 𝐿 1
33 31 32 itgcl ⊢ φ → ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx ∈ ℂ
34 27 recnd ⊢ φ → ℑ ⁡ C ∈ ℂ
35 34 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℑ ⁡ C ∈ ℂ
36 35 11 mulcld ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B ∈ ℂ
37 34 10 15 iblmulc2 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B ∈ 𝐿 1
38 36 37 itgcl ⊢ φ → ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx ∈ ℂ
39 mulcl ⊢ i ∈ ℂ ∧ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx ∈ ℂ → i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx ∈ ℂ
40 18 38 39 sylancr ⊢ φ → i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx ∈ ℂ
41 17 26 33 40 add4d ⊢ φ → ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx + ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
42 2 3 itgcl ⊢ φ → ∫ A B dx ∈ ℂ
43 mulcl ⊢ i ∈ ℂ ∧ ℑ ⁡ C ∈ ℂ → i ⁢ ℑ ⁡ C ∈ ℂ
44 18 34 43 sylancr ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ∈ ℂ
45 2 3 itgcnval ⊢ φ → ∫ A B dx = ∫ A ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
46 45 oveq2d ⊢ φ → ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A B dx = ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
47 10 15 itgcl ⊢ φ → ∫ A ℜ ⁡ B dx ∈ ℂ
48 19 22 itgcl ⊢ φ → ∫ A ℑ ⁡ B dx ∈ ℂ
49 mulcl ⊢ i ∈ ℂ ∧ ∫ A ℑ ⁡ B dx ∈ ℂ → i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx ∈ ℂ
50 18 48 49 sylancr ⊢ φ → i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx ∈ ℂ
51 5 47 50 adddid ⊢ φ → ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx + ℜ ⁡ C ⁢ i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
52 5 10 15 4 10 itgmulc2lem2 ⊢ φ → ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
53 18 a1i ⊢ φ → i ∈ ℂ
54 5 53 48 mul12d ⊢ φ → ℜ ⁡ C ⁢ i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = i ⁢ ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
55 5 19 22 4 19 itgmulc2lem2 ⊢ φ → ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
56 55 oveq2d ⊢ φ → i ⁢ ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
57 54 56 eqtrd ⊢ φ → ℜ ⁡ C ⁢ i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
58 52 57 oveq12d ⊢ φ → ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx + ℜ ⁡ C ⁢ i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
59 46 51 58 3eqtrd ⊢ φ → ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
60 45 oveq2d ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A B dx = i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
61 44 47 50 adddid ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
62 53 34 47 mulassd ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx = i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx
63 34 10 15 27 10 itgmulc2lem2 ⊢ φ → ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx = ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
64 63 oveq2d ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx = i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
65 62 64 eqtrd ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx = i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
66 53 34 53 48 mul4d ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = i ⁢ i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
67 ixi ⊢ i ⁢ i = − 1
68 67 oveq1i ⊢ i ⁢ i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = -1 ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
69 34 48 mulcld ⊢ φ → ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx ∈ ℂ
70 69 mulm1d ⊢ φ → -1 ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = − ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
71 68 70 eqtrid ⊢ φ → i ⁢ i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = − ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
72 34 48 mulneg1d ⊢ φ → − ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = − ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx
73 29 19 22 28 19 itgmulc2lem2 ⊢ φ → − ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
74 72 73 eqtr3d ⊢ φ → − ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
75 66 71 74 3eqtrd ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
76 65 75 oveq12d ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx + ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
77 40 33 76 comraddd ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ B dx = ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
78 60 61 77 3eqtrd ⊢ φ → i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A B dx = ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
79 59 78 oveq12d ⊢ φ → ℜ ⁡ C ⁢ ∫ A B dx + i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
80 5 42 44 79 joinlmuladdmuld ⊢ φ → ℜ ⁡ C + i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
81 35 20 mulcld ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B ∈ ℂ
82 12 81 negsubd ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B + − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B = ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B
83 35 20 mulneg1d ⊢ φ ∧ x ∈ A → − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B = − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B
84 83 oveq2d ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B + − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B = ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B + − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B
85 1 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ A → C ∈ ℂ
86 85 9 remuld ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ C ⁢ B = ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B
87 82 84 86 3eqtr4d ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B + − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B = ℜ ⁡ C ⁢ B
88 87 itgeq2dv ⊢ φ → ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B + − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ B dx
89 12 16 31 32 itgadd ⊢ φ → ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B + − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx + ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
90 88 89 eqtr3d ⊢ φ → ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx + ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx
91 85 9 immuld ⊢ φ ∧ x ∈ A → ℑ ⁡ C ⁢ B = ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B + ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B
92 91 itgeq2dv ⊢ φ → ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B + ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
93 21 23 36 37 itgadd ⊢ φ → ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B + ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
94 92 93 eqtrd ⊢ φ → ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
95 94 oveq2d ⊢ φ → i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ B dx = i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
96 53 24 38 adddid ⊢ φ → i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx = i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
97 95 96 eqtrd ⊢ φ → i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ B dx = i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
98 90 97 oveq12d ⊢ φ → ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx + ∫ A − ℑ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ ℑ ⁡ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ ℜ ⁡ B dx
99 41 80 98 3eqtr4d ⊢ φ → ℜ ⁡ C + i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ B dx
100 1 replimd ⊢ φ → C = ℜ ⁡ C + i ⁢ ℑ ⁡ C
101 100 oveq1d ⊢ φ → C ⁢ ∫ A B dx = ℜ ⁡ C + i ⁢ ℑ ⁡ C ⁢ ∫ A B dx
102 85 9 mulcld ⊢ φ ∧ x ∈ A → C ⁢ B ∈ ℂ
103 1 2 3 iblmulc2 ⊢ φ → x ∈ A ⟼ C ⁢ B ∈ 𝐿 1
104 102 103 itgcnval ⊢ φ → ∫ A C ⁢ B dx = ∫ A ℜ ⁡ C ⁢ B dx + i ⁢ ∫ A ℑ ⁡ C ⁢ B dx
105 99 101 104 3eqtr4d ⊢ φ → C ⁢ ∫ A B dx = ∫ A C ⁢ B dx