Metamath Proof Explorer


Theorem ovncvrrp

Description: The Lebesgue outer measure of a subset of multidimensional real numbers can always be approximated by the total outer measure of a cover of half-open (multidimensional) intervals. (Contributed by Glauco Siliprandi, 11-Oct-2020)

Ref Expression
Hypotheses ovncvrrp.x φXFin
ovncvrrp.n0 φX
ovncvrrp.a φAX
ovncvrrp.e φE+
ovncvrrp.c C=a𝒫Xl2X|ajkX.ljk
ovncvrrp.l L=h2XkXvol.hk
ovncvrrp.d D=a𝒫Xe+iCa|sum^jLijvoln*Xa+𝑒e
Assertion ovncvrrp φiiDAE

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ovncvrrp.x φXFin
2 ovncvrrp.n0 φX
3 ovncvrrp.a φAX
4 ovncvrrp.e φE+
5 ovncvrrp.c C=a𝒫Xl2X|ajkX.ljk
6 ovncvrrp.l L=h2XkXvol.hk
7 ovncvrrp.d D=a𝒫Xe+iCa|sum^jLijvoln*Xa+𝑒e
8 eqid z*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijk=z*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijk
9 1 2 3 4 8 ovnlerp φzz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkzvoln*XA+𝑒E
10 simp1 φzz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkzvoln*XA+𝑒Eφ
11 simp3 φzz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkzvoln*XA+𝑒Ezvoln*XA+𝑒E
12 rabid zz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkz*i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijk
13 12 biimpi zz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkz*i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijk
14 13 simprd zz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijki2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijk
15 14 adantr zz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijk
16 15 3adant1 φzz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijk
17 nfv iφzvoln*XA+𝑒E
18 nfe1 iiiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
19 simp1l φzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkφ
20 simp2 φzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijki2X
21 simp3l φzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkAjkX.ijk
22 id i2XAjkX.ijki2XAjkX.ijk
23 fveq1 l=ilj=ij
24 23 coeq2d l=i.lj=.ij
25 24 fveq1d l=i.ljk=.ijk
26 25 ixpeq2dv l=ikX.ljk=kX.ijk
27 26 iuneq2d l=ijkX.ljk=jkX.ijk
28 27 sseq2d l=iAjkX.ljkAjkX.ijk
29 28 elrab il2X|AjkX.ljki2XAjkX.ijk
30 22 29 sylibr i2XAjkX.ijkil2X|AjkX.ljk
31 30 3adant1 φi2XAjkX.ijkil2X|AjkX.ljk
32 sseq1 a=AajkX.ljkAjkX.ljk
33 32 rabbidv a=Al2X|ajkX.ljk=l2X|AjkX.ljk
34 ovexd φXV
35 34 3 ssexd φAV
36 elpwg AVA𝒫XAX
37 35 36 syl φA𝒫XAX
38 3 37 mpbird φA𝒫X
39 ovex 2XV
40 39 rabex l2X|AjkX.ljkV
41 40 a1i φl2X|AjkX.ljkV
42 5 33 38 41 fvmptd3 φCA=l2X|AjkX.ljk
43 42 eqcomd φl2X|AjkX.ljk=CA
44 43 3ad2ant1 φi2XAjkX.ijkl2X|AjkX.ljk=CA
45 31 44 eleqtrd φi2XAjkX.ijkiCA
46 19 20 21 45 syl3anc φzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkiCA
47 coeq2 h=ij.h=.ij
48 47 fveq1d h=ij.hk=.ijk
49 48 fveq2d h=ijvol.hk=vol.ijk
50 49 prodeq2ad h=ijkXvol.hk=kXvol.ijk
51 elmapi i2Xi:2X
52 51 adantr i2Xji:2X
53 simpr i2Xjj
54 52 53 ffvelcdmd i2Xjij2X
55 prodex kXvol.ijkV
56 55 a1i i2XjkXvol.ijkV
57 6 50 54 56 fvmptd3 i2XjLij=kXvol.ijk
58 57 mpteq2dva i2XjLij=jkXvol.ijk
59 58 fveq2d i2Xsum^jLij=sum^jkXvol.ijk
60 59 adantr i2Xz=sum^jkXvol.ijksum^jLij=sum^jkXvol.ijk
61 id z=sum^jkXvol.ijkz=sum^jkXvol.ijk
62 61 eqcomd z=sum^jkXvol.ijksum^jkXvol.ijk=z
63 62 adantl i2Xz=sum^jkXvol.ijksum^jkXvol.ijk=z
64 60 63 eqtrd i2Xz=sum^jkXvol.ijksum^jLij=z
65 64 3adant1 zvoln*XA+𝑒Ei2Xz=sum^jkXvol.ijksum^jLij=z
66 simp1 zvoln*XA+𝑒Ei2Xz=sum^jkXvol.ijkzvoln*XA+𝑒E
67 65 66 eqbrtrd zvoln*XA+𝑒Ei2Xz=sum^jkXvol.ijksum^jLijvoln*XA+𝑒E
68 67 3adant1l φzvoln*XA+𝑒Ei2Xz=sum^jkXvol.ijksum^jLijvoln*XA+𝑒E
69 68 3adant3l φzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijksum^jLijvoln*XA+𝑒E
70 46 69 jca φzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
71 70 19.8ad φzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkiiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
72 71 3exp φzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkiiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
73 17 18 72 rexlimd φzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkiiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
74 73 imp φzvoln*XA+𝑒Ei2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkiiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
75 10 11 16 74 syl21anc φzz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkzvoln*XA+𝑒EiiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
76 75 3exp φzz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkzvoln*XA+𝑒EiiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
77 76 rexlimdv φzz*|i2XAjkX.ijkz=sum^jkXvol.ijkzvoln*XA+𝑒EiiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
78 9 77 mpd φiiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
79 rabid iiCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒EiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒E
80 79 bicomi iCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EiiCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒E
81 80 biimpi iCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EiiCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒E
82 81 adantl φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EiiCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒E
83 nfcv _be+iCa|sum^jLijvoln*Xa+𝑒e
84 nfcv _a+
85 nfv asum^jLijvoln*Xb+𝑒e
86 nfmpt1 _aa𝒫Xl2X|ajkX.ljk
87 5 86 nfcxfr _aC
88 nfcv _ab
89 87 88 nffv _aCb
90 85 89 nfrabw _aiCb|sum^jLijvoln*Xb+𝑒e
91 84 90 nfmpt _ae+iCb|sum^jLijvoln*Xb+𝑒e
92 fveq2 a=bCa=Cb
93 92 eleq2d a=biCaiCb
94 fveq2 a=bvoln*Xa=voln*Xb
95 94 oveq1d a=bvoln*Xa+𝑒e=voln*Xb+𝑒e
96 95 breq2d a=bsum^jLijvoln*Xa+𝑒esum^jLijvoln*Xb+𝑒e
97 93 96 anbi12d a=biCasum^jLijvoln*Xa+𝑒eiCbsum^jLijvoln*Xb+𝑒e
98 97 rabbidva2 a=biCa|sum^jLijvoln*Xa+𝑒e=iCb|sum^jLijvoln*Xb+𝑒e
99 98 mpteq2dv a=be+iCa|sum^jLijvoln*Xa+𝑒e=e+iCb|sum^jLijvoln*Xb+𝑒e
100 83 91 99 cbvmpt a𝒫Xe+iCa|sum^jLijvoln*Xa+𝑒e=b𝒫Xe+iCb|sum^jLijvoln*Xb+𝑒e
101 7 100 eqtri D=b𝒫Xe+iCb|sum^jLijvoln*Xb+𝑒e
102 fveq2 b=ACb=CA
103 102 eleq2d b=AiCbiCA
104 fveq2 b=Avoln*Xb=voln*XA
105 104 oveq1d b=Avoln*Xb+𝑒e=voln*XA+𝑒e
106 105 breq2d b=Asum^jLijvoln*Xb+𝑒esum^jLijvoln*XA+𝑒e
107 103 106 anbi12d b=AiCbsum^jLijvoln*Xb+𝑒eiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒e
108 107 rabbidva2 b=AiCb|sum^jLijvoln*Xb+𝑒e=iCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒e
109 108 mpteq2dv b=Ae+iCb|sum^jLijvoln*Xb+𝑒e=e+iCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒e
110 38 adantr φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EA𝒫X
111 rpex +V
112 111 mptex e+iCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒eV
113 112 a1i φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒Ee+iCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒eV
114 101 109 110 113 fvmptd3 φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EDA=e+iCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒e
115 oveq2 e=Evoln*XA+𝑒e=voln*XA+𝑒E
116 115 breq2d e=Esum^jLijvoln*XA+𝑒esum^jLijvoln*XA+𝑒E
117 116 rabbidv e=EiCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒e=iCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒E
118 117 adantl φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒Ee=EiCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒e=iCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒E
119 4 adantr φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EE+
120 fvex CAV
121 120 rabex iCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒EV
122 121 a1i φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EiCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒EV
123 114 118 119 122 fvmptd φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EDAE=iCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒E
124 123 eqcomd φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EiCA|sum^jLijvoln*XA+𝑒E=DAE
125 82 124 eleqtrd φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EiDAE
126 125 ex φiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EiDAE
127 126 eximdv φiiCAsum^jLijvoln*XA+𝑒EiiDAE
128 78 127 mpd φiiDAE