Metamath Proof Explorer


Theorem omeiunltfirp

Description: If the outer measure of a countable union is not +oo , then it can be arbitrarily approximated by finite sums of outer measures. (Contributed by Glauco Siliprandi, 17-Aug-2020)

Ref Expression
Hypotheses omeiunltfirp.o φOOutMeas
omeiunltfirp.x X=domO
omeiunltfirp.z Z=N
omeiunltfirp.e φE:Z𝒫X
omeiunltfirp.re φOnZEn
omeiunltfirp.y φY+
Assertion omeiunltfirp φz𝒫ZFinOnZEn<nzOEn+Y

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 omeiunltfirp.o φOOutMeas
2 omeiunltfirp.x X=domO
3 omeiunltfirp.z Z=N
4 omeiunltfirp.e φE:Z𝒫X
5 omeiunltfirp.re φOnZEn
6 omeiunltfirp.y φY+
7 3 fvexi ZV
8 7 a1i φsum^nZOEn=+∞ZV
9 1 adantr φnZOOutMeas
10 4 ffvelcdmda φnZEn𝒫X
11 fvex EnV
12 11 elpw En𝒫XEnX
13 10 12 sylib φnZEnX
14 9 2 13 omecl φnZOEn0+∞
15 eqid nZOEn=nZOEn
16 14 15 fmptd φnZOEn:Z0+∞
17 16 adantr φsum^nZOEn=+∞nZOEn:Z0+∞
18 simpr φsum^nZOEn=+∞sum^nZOEn=+∞
19 5 adantr φsum^nZOEn=+∞OnZEn
20 8 17 18 19 sge0pnffigt φsum^nZOEn=+∞z𝒫ZFinOnZEn<sum^nZOEnz
21 simpl φz𝒫ZFinOnZEn<sum^nZOEnzφz𝒫ZFin
22 simpr z𝒫ZFinOnZEn<sum^nZOEnzOnZEn<sum^nZOEnz
23 elpwinss z𝒫ZFinzZ
24 23 resmptd z𝒫ZFinnZOEnz=nzOEn
25 24 fveq2d z𝒫ZFinsum^nZOEnz=sum^nzOEn
26 25 adantr z𝒫ZFinOnZEn<sum^nZOEnzsum^nZOEnz=sum^nzOEn
27 22 26 breqtrd z𝒫ZFinOnZEn<sum^nZOEnzOnZEn<sum^nzOEn
28 27 adantll φz𝒫ZFinOnZEn<sum^nZOEnzOnZEn<sum^nzOEn
29 5 rexrd φOnZEn*
30 29 ad2antrr φz𝒫ZFinOnZEn<sum^nzOEnOnZEn*
31 simpr φz𝒫ZFinz𝒫ZFin
32 1 ad2antrr φz𝒫ZFinnzOOutMeas
33 4 ad2antrr φz𝒫ZFinnzE:Z𝒫X
34 23 adantr z𝒫ZFinnzzZ
35 simpr z𝒫ZFinnznz
36 34 35 sseldd z𝒫ZFinnznZ
37 36 adantll φz𝒫ZFinnznZ
38 33 37 ffvelcdmd φz𝒫ZFinnzEn𝒫X
39 38 12 sylib φz𝒫ZFinnzEnX
40 32 2 39 omecl φz𝒫ZFinnzOEn0+∞
41 eqid nzOEn=nzOEn
42 40 41 fmptd φz𝒫ZFinnzOEn:z0+∞
43 31 42 sge0xrcl φz𝒫ZFinsum^nzOEn*
44 43 adantr φz𝒫ZFinOnZEn<sum^nzOEnsum^nzOEn*
45 elinel2 z𝒫ZFinzFin
46 45 adantl φz𝒫ZFinzFin
47 rge0ssre 0+∞
48 0xr 0*
49 48 a1i φz𝒫ZFinnz0*
50 pnfxr +∞*
51 50 a1i φz𝒫ZFinnz+∞*
52 32 2 39 omexrcl φz𝒫ZFinnzOEn*
53 iccgelb 0*+∞*OEn0+∞0OEn
54 49 51 40 53 syl3anc φz𝒫ZFinnz0OEn
55 13 ralrimiva φnZEnX
56 iunss nZEnXnZEnX
57 55 56 sylibr φnZEnX
58 57 ad2antrr φz𝒫ZFinnznZEnX
59 32 2 58 omexrcl φz𝒫ZFinnzOnZEn*
60 ssiun2 nZEnnZEn
61 37 60 syl φz𝒫ZFinnzEnnZEn
62 32 2 58 61 omessle φz𝒫ZFinnzOEnOnZEn
63 5 ltpnfd φOnZEn<+∞
64 63 ad2antrr φz𝒫ZFinnzOnZEn<+∞
65 52 59 51 62 64 xrlelttrd φz𝒫ZFinnzOEn<+∞
66 49 51 52 54 65 elicod φz𝒫ZFinnzOEn0+∞
67 47 66 sselid φz𝒫ZFinnzOEn
68 46 67 fsumrecl φz𝒫ZFinnzOEn
69 6 rpred φY
70 69 adantr φz𝒫ZFinY
71 68 70 readdcld φz𝒫ZFinnzOEn+Y
72 71 rexrd φz𝒫ZFinnzOEn+Y*
73 72 adantr φz𝒫ZFinOnZEn<sum^nzOEnnzOEn+Y*
74 simpr φz𝒫ZFinOnZEn<sum^nzOEnOnZEn<sum^nzOEn
75 66 41 fmptd φz𝒫ZFinnzOEn:z0+∞
76 46 75 sge0fsum φz𝒫ZFinsum^nzOEn=kznzOEnk
77 eqidd φz𝒫ZFinkznzOEn=nzOEn
78 2fveq3 n=kOEn=OEk
79 78 adantl φz𝒫ZFinkzn=kOEn=OEk
80 simpr φz𝒫ZFinkzkz
81 fvexd φz𝒫ZFinkzOEkV
82 77 79 80 81 fvmptd φz𝒫ZFinkznzOEnk=OEk
83 82 sumeq2dv φz𝒫ZFinkznzOEnk=kzOEk
84 2fveq3 k=nOEk=OEn
85 84 cbvsumv kzOEk=nzOEn
86 85 a1i φz𝒫ZFinkzOEk=nzOEn
87 76 83 86 3eqtrd φz𝒫ZFinsum^nzOEn=nzOEn
88 6 adantr φz𝒫ZFinY+
89 68 88 ltaddrpd φz𝒫ZFinnzOEn<nzOEn+Y
90 87 89 eqbrtrd φz𝒫ZFinsum^nzOEn<nzOEn+Y
91 90 adantr φz𝒫ZFinOnZEn<sum^nzOEnsum^nzOEn<nzOEn+Y
92 30 44 73 74 91 xrlttrd φz𝒫ZFinOnZEn<sum^nzOEnOnZEn<nzOEn+Y
93 21 28 92 syl2anc φz𝒫ZFinOnZEn<sum^nZOEnzOnZEn<nzOEn+Y
94 93 ex φz𝒫ZFinOnZEn<sum^nZOEnzOnZEn<nzOEn+Y
95 94 adantlr φsum^nZOEn=+∞z𝒫ZFinOnZEn<sum^nZOEnzOnZEn<nzOEn+Y
96 95 reximdva φsum^nZOEn=+∞z𝒫ZFinOnZEn<sum^nZOEnzz𝒫ZFinOnZEn<nzOEn+Y
97 20 96 mpd φsum^nZOEn=+∞z𝒫ZFinOnZEn<nzOEn+Y
98 simpl φ¬sum^nZOEn=+∞φ
99 simpr φ¬sum^nZOEn=+∞¬sum^nZOEn=+∞
100 7 a1i φZV
101 100 16 sge0repnf φsum^nZOEn¬sum^nZOEn=+∞
102 101 adantr φ¬sum^nZOEn=+∞sum^nZOEn¬sum^nZOEn=+∞
103 99 102 mpbird φ¬sum^nZOEn=+∞sum^nZOEn
104 nfv nφ
105 nfcv _nsum^
106 nfmpt1 _nnZOEn
107 105 106 nffv _nsum^nZOEn
108 nfcv _n
109 107 108 nfel nsum^nZOEn
110 104 109 nfan nφsum^nZOEn
111 7 a1i φsum^nZOEnZV
112 14 adantlr φsum^nZOEnnZOEn0+∞
113 6 adantr φsum^nZOEnY+
114 simpr φsum^nZOEnsum^nZOEn
115 110 111 112 113 114 sge0ltfirpmpt φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+Y
116 5 ad3antrrr φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+YOnZEn
117 114 ad2antrr φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+Ysum^nZOEn
118 71 ad4ant13 φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+YnzOEn+Y
119 nfcv _nE
120 104 119 1 2 3 4 omeiunle φOnZEnsum^nZOEn
121 120 ad3antrrr φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+YOnZEnsum^nZOEn
122 simpr φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+Ysum^nZOEn<sum^nzOEn+Y
123 simpll φsum^nZOEnz𝒫ZFinφ
124 2fveq3 n=mOEn=OEm
125 124 cbvmptv nZOEn=mZOEm
126 125 fveq2i sum^nZOEn=sum^mZOEm
127 126 eleq1i sum^nZOEnsum^mZOEm
128 127 biimpi sum^nZOEnsum^mZOEm
129 128 ad2antlr φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^mZOEm
130 simpr φsum^nZOEnz𝒫ZFinz𝒫ZFin
131 45 adantl φsum^mZOEmz𝒫ZFinzFin
132 66 adantllr φsum^mZOEmz𝒫ZFinnzOEn0+∞
133 131 132 sge0fsummpt φsum^mZOEmz𝒫ZFinsum^nzOEn=nzOEn
134 123 129 130 133 syl21anc φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nzOEn=nzOEn
135 134 oveq1d φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nzOEn+Y=nzOEn+Y
136 135 adantr φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+Ysum^nzOEn+Y=nzOEn+Y
137 122 136 breqtrd φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+Ysum^nZOEn<nzOEn+Y
138 116 117 118 121 137 lelttrd φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+YOnZEn<nzOEn+Y
139 138 ex φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+YOnZEn<nzOEn+Y
140 139 reximdva φsum^nZOEnz𝒫ZFinsum^nZOEn<sum^nzOEn+Yz𝒫ZFinOnZEn<nzOEn+Y
141 115 140 mpd φsum^nZOEnz𝒫ZFinOnZEn<nzOEn+Y
142 98 103 141 syl2anc φ¬sum^nZOEn=+∞z𝒫ZFinOnZEn<nzOEn+Y
143 97 142 pm2.61dan φz𝒫ZFinOnZEn<nzOEn+Y