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Theorem ovolshftlem1

Description: Lemma for ovolshft . (Contributed by Mario Carneiro, 22-Mar-2014)

Ref Expression
Hypotheses ovolshft.1 ⊢ φ → A ⊆ ℝ
ovolshft.2 ⊢ φ → C ∈ ℝ
ovolshft.3 ⊢ φ → B = x ∈ ℝ | x − C ∈ A
ovolshft.4 ⊢ M = y ∈ ℝ * | ∃ f ∈ ≤ ∩ ℝ 2 ℕ B ⊆ ⋃ ran ⁡ . ∘ f ∧ y = sup ran ⁡ seq 1 + abs ∘ − ∘ f ℝ * <
ovolshft.5 ⊢ S = seq 1 + abs ∘ − ∘ F
ovolshft.6 ⊢ G = n ∈ ℕ ⟼ 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
ovolshft.7 ⊢ φ → F : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2
ovolshft.8 ⊢ φ → A ⊆ ⋃ ran ⁡ . ∘ F
Assertion ovolshftlem1 ⊢ φ → sup ran ⁡ S ℝ * < ∈ M

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 ovolshft.1 ⊢ φ → A ⊆ ℝ
2 ovolshft.2 ⊢ φ → C ∈ ℝ
3 ovolshft.3 ⊢ φ → B = x ∈ ℝ | x − C ∈ A
4 ovolshft.4 ⊢ M = y ∈ ℝ * | ∃ f ∈ ≤ ∩ ℝ 2 ℕ B ⊆ ⋃ ran ⁡ . ∘ f ∧ y = sup ran ⁡ seq 1 + abs ∘ − ∘ f ℝ * <
5 ovolshft.5 ⊢ S = seq 1 + abs ∘ − ∘ F
6 ovolshft.6 ⊢ G = n ∈ ℕ ⟼ 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
7 ovolshft.7 ⊢ φ → F : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2
8 ovolshft.8 ⊢ φ → A ⊆ ⋃ ran ⁡ . ∘ F
9 ovolfcl ⊢ F : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2 ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n ∈ ℝ ∧ 2 nd ⁡ F ⁡ n ∈ ℝ ∧ 1 st ⁡ F ⁡ n ≤ 2 nd ⁡ F ⁡ n
10 7 9 sylan ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n ∈ ℝ ∧ 2 nd ⁡ F ⁡ n ∈ ℝ ∧ 1 st ⁡ F ⁡ n ≤ 2 nd ⁡ F ⁡ n
11 10 simp1d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n ∈ ℝ
12 10 simp2d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ F ⁡ n ∈ ℝ
13 2 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → C ∈ ℝ
14 10 simp3d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n ≤ 2 nd ⁡ F ⁡ n
15 11 12 13 14 leadd1dd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n + C ≤ 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
16 df-br ⊢ 1 st ⁡ F ⁡ n + C ≤ 2 nd ⁡ F ⁡ n + C ↔ 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C ∈ ≤
17 15 16 sylib ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C ∈ ≤
18 11 13 readdcld ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n + C ∈ ℝ
19 12 13 readdcld ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ F ⁡ n + C ∈ ℝ
20 18 19 opelxpd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C ∈ ℝ 2
21 17 20 elind ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C ∈ ≤ ∩ ℝ 2
22 21 6 fmptd ⊢ φ → G : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2
23 eqid ⊢ abs ∘ − ∘ G = abs ∘ − ∘ G
24 23 ovolfsf ⊢ G : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2 → abs ∘ − ∘ G : ℕ ⟶ 0 +∞
25 ffn ⊢ abs ∘ − ∘ G : ℕ ⟶ 0 +∞ → abs ∘ − ∘ G Fn ℕ
26 22 24 25 3syl ⊢ φ → abs ∘ − ∘ G Fn ℕ
27 eqid ⊢ abs ∘ − ∘ F = abs ∘ − ∘ F
28 27 ovolfsf ⊢ F : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2 → abs ∘ − ∘ F : ℕ ⟶ 0 +∞
29 ffn ⊢ abs ∘ − ∘ F : ℕ ⟶ 0 +∞ → abs ∘ − ∘ F Fn ℕ
30 7 28 29 3syl ⊢ φ → abs ∘ − ∘ F Fn ℕ
31 opex ⊢ 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C ∈ V
32 6 fvmpt2 ⊢ n ∈ ℕ ∧ 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C ∈ V → G ⁡ n = 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
33 31 32 mpan2 ⊢ n ∈ ℕ → G ⁡ n = 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
34 33 fveq2d ⊢ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ G ⁡ n = 2 nd ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
35 ovex ⊢ 1 st ⁡ F ⁡ n + C ∈ V
36 ovex ⊢ 2 nd ⁡ F ⁡ n + C ∈ V
37 35 36 op2nd ⊢ 2 nd ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C = 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
38 34 37 eqtrdi ⊢ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ G ⁡ n = 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
39 33 fveq2d ⊢ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ G ⁡ n = 1 st ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
40 35 36 op1st ⊢ 1 st ⁡ 1 st ⁡ F ⁡ n + C 2 nd ⁡ F ⁡ n + C = 1 st ⁡ F ⁡ n + C
41 39 40 eqtrdi ⊢ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ G ⁡ n = 1 st ⁡ F ⁡ n + C
42 38 41 oveq12d ⊢ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ G ⁡ n − 1 st ⁡ G ⁡ n = 2 nd ⁡ F ⁡ n + C - 1 st ⁡ F ⁡ n + C
43 42 adantl ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ G ⁡ n − 1 st ⁡ G ⁡ n = 2 nd ⁡ F ⁡ n + C - 1 st ⁡ F ⁡ n + C
44 12 recnd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ F ⁡ n ∈ ℂ
45 11 recnd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n ∈ ℂ
46 13 recnd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → C ∈ ℂ
47 44 45 46 pnpcan2d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ F ⁡ n + C - 1 st ⁡ F ⁡ n + C = 2 nd ⁡ F ⁡ n − 1 st ⁡ F ⁡ n
48 43 47 eqtrd ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ G ⁡ n − 1 st ⁡ G ⁡ n = 2 nd ⁡ F ⁡ n − 1 st ⁡ F ⁡ n
49 23 ovolfsval ⊢ G : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2 ∧ n ∈ ℕ → abs ∘ − ∘ G ⁡ n = 2 nd ⁡ G ⁡ n − 1 st ⁡ G ⁡ n
50 22 49 sylan ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → abs ∘ − ∘ G ⁡ n = 2 nd ⁡ G ⁡ n − 1 st ⁡ G ⁡ n
51 27 ovolfsval ⊢ F : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2 ∧ n ∈ ℕ → abs ∘ − ∘ F ⁡ n = 2 nd ⁡ F ⁡ n − 1 st ⁡ F ⁡ n
52 7 51 sylan ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → abs ∘ − ∘ F ⁡ n = 2 nd ⁡ F ⁡ n − 1 st ⁡ F ⁡ n
53 48 50 52 3eqtr4d ⊢ φ ∧ n ∈ ℕ → abs ∘ − ∘ G ⁡ n = abs ∘ − ∘ F ⁡ n
54 26 30 53 eqfnfvd ⊢ φ → abs ∘ − ∘ G = abs ∘ − ∘ F
55 54 seqeq3d ⊢ φ → seq 1 + abs ∘ − ∘ G = seq 1 + abs ∘ − ∘ F
56 55 5 eqtr4di ⊢ φ → seq 1 + abs ∘ − ∘ G = S
57 56 rneqd ⊢ φ → ran ⁡ seq 1 + abs ∘ − ∘ G = ran ⁡ S
58 57 supeq1d ⊢ φ → sup ran ⁡ seq 1 + abs ∘ − ∘ G ℝ * < = sup ran ⁡ S ℝ * <
59 3 eleq2d ⊢ φ → y ∈ B ↔ y ∈ x ∈ ℝ | x − C ∈ A
60 oveq1 ⊢ x = y → x − C = y − C
61 60 eleq1d ⊢ x = y → x − C ∈ A ↔ y − C ∈ A
62 61 elrab ⊢ y ∈ x ∈ ℝ | x − C ∈ A ↔ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A
63 59 62 bitrdi ⊢ φ → y ∈ B ↔ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A
64 63 biimpa ⊢ φ ∧ y ∈ B → y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A
65 breq2 ⊢ x = y − C → 1 st ⁡ F ⁡ n < x ↔ 1 st ⁡ F ⁡ n < y − C
66 breq1 ⊢ x = y − C → x < 2 nd ⁡ F ⁡ n ↔ y − C < 2 nd ⁡ F ⁡ n
67 65 66 anbi12d ⊢ x = y − C → 1 st ⁡ F ⁡ n < x ∧ x < 2 nd ⁡ F ⁡ n ↔ 1 st ⁡ F ⁡ n < y − C ∧ y − C < 2 nd ⁡ F ⁡ n
68 67 rexbidv ⊢ x = y − C → ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ F ⁡ n < x ∧ x < 2 nd ⁡ F ⁡ n ↔ ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ F ⁡ n < y − C ∧ y − C < 2 nd ⁡ F ⁡ n
69 ovolfioo ⊢ A ⊆ ℝ ∧ F : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2 → A ⊆ ⋃ ran ⁡ . ∘ F ↔ ∀ x ∈ A ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ F ⁡ n < x ∧ x < 2 nd ⁡ F ⁡ n
70 1 7 69 syl2anc ⊢ φ → A ⊆ ⋃ ran ⁡ . ∘ F ↔ ∀ x ∈ A ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ F ⁡ n < x ∧ x < 2 nd ⁡ F ⁡ n
71 8 70 mpbid ⊢ φ → ∀ x ∈ A ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ F ⁡ n < x ∧ x < 2 nd ⁡ F ⁡ n
72 71 adantr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A → ∀ x ∈ A ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ F ⁡ n < x ∧ x < 2 nd ⁡ F ⁡ n
73 simprr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A → y − C ∈ A
74 68 72 73 rspcdva ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A → ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ F ⁡ n < y − C ∧ y − C < 2 nd ⁡ F ⁡ n
75 41 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ G ⁡ n = 1 st ⁡ F ⁡ n + C
76 75 breq1d ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ G ⁡ n < y ↔ 1 st ⁡ F ⁡ n + C < y
77 11 adantlr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n ∈ ℝ
78 2 ad2antrr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → C ∈ ℝ
79 simplrl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → y ∈ ℝ
80 77 78 79 ltaddsubd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ F ⁡ n + C < y ↔ 1 st ⁡ F ⁡ n < y − C
81 76 80 bitrd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ G ⁡ n < y ↔ 1 st ⁡ F ⁡ n < y − C
82 38 adantl ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ G ⁡ n = 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
83 82 breq2d ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → y < 2 nd ⁡ G ⁡ n ↔ y < 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
84 12 adantlr ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → 2 nd ⁡ F ⁡ n ∈ ℝ
85 79 78 84 ltsubaddd ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → y − C < 2 nd ⁡ F ⁡ n ↔ y < 2 nd ⁡ F ⁡ n + C
86 83 85 bitr4d ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → y < 2 nd ⁡ G ⁡ n ↔ y − C < 2 nd ⁡ F ⁡ n
87 81 86 anbi12d ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A ∧ n ∈ ℕ → 1 st ⁡ G ⁡ n < y ∧ y < 2 nd ⁡ G ⁡ n ↔ 1 st ⁡ F ⁡ n < y − C ∧ y − C < 2 nd ⁡ F ⁡ n
88 87 rexbidva ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A → ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ G ⁡ n < y ∧ y < 2 nd ⁡ G ⁡ n ↔ ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ F ⁡ n < y − C ∧ y − C < 2 nd ⁡ F ⁡ n
89 74 88 mpbird ⊢ φ ∧ y ∈ ℝ ∧ y − C ∈ A → ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ G ⁡ n < y ∧ y < 2 nd ⁡ G ⁡ n
90 64 89 syldan ⊢ φ ∧ y ∈ B → ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ G ⁡ n < y ∧ y < 2 nd ⁡ G ⁡ n
91 90 ralrimiva ⊢ φ → ∀ y ∈ B ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ G ⁡ n < y ∧ y < 2 nd ⁡ G ⁡ n
92 ssrab2 ⊢ x ∈ ℝ | x − C ∈ A ⊆ ℝ
93 3 92 eqsstrdi ⊢ φ → B ⊆ ℝ
94 ovolfioo ⊢ B ⊆ ℝ ∧ G : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2 → B ⊆ ⋃ ran ⁡ . ∘ G ↔ ∀ y ∈ B ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ G ⁡ n < y ∧ y < 2 nd ⁡ G ⁡ n
95 93 22 94 syl2anc ⊢ φ → B ⊆ ⋃ ran ⁡ . ∘ G ↔ ∀ y ∈ B ∃ n ∈ ℕ 1 st ⁡ G ⁡ n < y ∧ y < 2 nd ⁡ G ⁡ n
96 91 95 mpbird ⊢ φ → B ⊆ ⋃ ran ⁡ . ∘ G
97 eqid ⊢ seq 1 + abs ∘ − ∘ G = seq 1 + abs ∘ − ∘ G
98 4 97 elovolmr ⊢ G : ℕ ⟶ ≤ ∩ ℝ 2 ∧ B ⊆ ⋃ ran ⁡ . ∘ G → sup ran ⁡ seq 1 + abs ∘ − ∘ G ℝ * < ∈ M
99 22 96 98 syl2anc ⊢ φ → sup ran ⁡ seq 1 + abs ∘ − ∘ G ℝ * < ∈ M
100 58 99 eqeltrrd ⊢ φ → sup ran ⁡ S ℝ * < ∈ M