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Theorem smfaddlem1

Description: Given the sum of two functions, the preimage of an unbounded below, open interval, expressed as the countable union of intersections of preimages of both functions. Proposition 121E (b) of Fremlin1 p. 37 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 26-Jun-2021)

Ref Expression
Hypotheses smfaddlem1.x xφ
smfaddlem1.b φxAB
smfaddlem1.d φxCD
smfaddlem1.r φR
smfaddlem1.k K=pq|p+q<R
Assertion smfaddlem1 φxAC|B+D<R=pqKpxAC|B<pD<q

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 smfaddlem1.x xφ
2 smfaddlem1.b φxAB
3 smfaddlem1.d φxCD
4 smfaddlem1.r φR
5 smfaddlem1.k K=pq|p+q<R
6 simpl φxxAC|B+D<Rφ
7 inss1 ACA
8 rabid xxAC|B+D<RxACB+D<R
9 8 simplbi xxAC|B+D<RxAC
10 7 9 sselid xxAC|B+D<RxA
11 10 adantl φxxAC|B+D<RxA
12 6 11 2 syl2anc φxxAC|B+D<RB
13 12 rexrd φxxAC|B+D<RB*
14 4 adantr φxxAC|B+D<RR
15 elinel2 xACxC
16 15 adantl φxACxC
17 16 3 syldan φxACD
18 9 17 sylan2 φxxAC|B+D<RD
19 14 18 resubcld φxxAC|B+D<RRD
20 19 rexrd φxxAC|B+D<RRD*
21 8 simprbi xxAC|B+D<RB+D<R
22 21 adantl φxxAC|B+D<RB+D<R
23 12 18 14 ltaddsubd φxxAC|B+D<RB+D<RB<RD
24 22 23 mpbid φxxAC|B+D<RB<RD
25 13 20 24 qelioo φxxAC|B+D<RppBRD
26 18 rexrd φxxAC|B+D<RD*
27 26 ad2antrr φxxAC|B+D<RppBRDD*
28 4 ad2antrr φxxAC|B+D<RpR
29 qre pp
30 29 adantl φxxAC|B+D<Rpp
31 28 30 resubcld φxxAC|B+D<RpRp
32 31 rexrd φxxAC|B+D<RpRp*
33 32 adantr φxxAC|B+D<RppBRDRp*
34 elioore pBRDp
35 34 adantl φxxAC|B+D<RpBRDp
36 14 adantr φxxAC|B+D<RpBRDR
37 18 adantr φxxAC|B+D<RpBRDD
38 13 adantr φxxAC|B+D<RpBRDB*
39 20 adantr φxxAC|B+D<RpBRDRD*
40 simpr φxxAC|B+D<RpBRDpBRD
41 iooltub B*RD*pBRDp<RD
42 38 39 40 41 syl3anc φxxAC|B+D<RpBRDp<RD
43 35 36 37 42 ltsub13d φxxAC|B+D<RpBRDD<Rp
44 43 adantlr φxxAC|B+D<RppBRDD<Rp
45 27 33 44 qelioo φxxAC|B+D<RppBRDqqDRp
46 nfv qφxxAC|B+D<RppBRD
47 nfre1 qqKpxxAC|B<pD<q
48 simplr φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpq
49 elioore qDRpq
50 49 3ad2ant3 φxxAC|B+D<RpBRDqDRpq
51 36 3adant3 φxxAC|B+D<RpBRDqDRpR
52 34 3ad2ant2 φxxAC|B+D<RpBRDqDRpp
53 51 52 resubcld φxxAC|B+D<RpBRDqDRpRp
54 26 3ad2ant1 φxxAC|B+D<RpBRDqDRpD*
55 53 rexrd φxxAC|B+D<RpBRDqDRpRp*
56 simp3 φxxAC|B+D<RpBRDqDRpqDRp
57 iooltub D*Rp*qDRpq<Rp
58 54 55 56 57 syl3anc φxxAC|B+D<RpBRDqDRpq<Rp
59 50 53 52 58 ltadd2dd φxxAC|B+D<RpBRDqDRpp+q<p+R-p
60 52 recnd φxxAC|B+D<RpBRDqDRpp
61 51 recnd φxxAC|B+D<RpBRDqDRpR
62 60 61 pncan3d φxxAC|B+D<RpBRDqDRpp+R-p=R
63 59 62 breqtrd φxxAC|B+D<RpBRDqDRpp+q<R
64 63 ad5ant135 φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpp+q<R
65 48 64 jca φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpqp+q<R
66 rabid qq|p+q<Rqp+q<R
67 65 66 sylibr φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpqq|p+q<R
68 id pp
69 qex V
70 69 rabex q|p+q<RV
71 70 a1i pq|p+q<RV
72 5 fvmpt2 pq|p+q<RVKp=q|p+q<R
73 68 71 72 syl2anc pKp=q|p+q<R
74 73 ad4antlr φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpKp=q|p+q<R
75 67 74 eleqtrrd φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpqKp
76 simp-5r φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpxxAC|B+D<R
77 76 9 syl φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpxAC
78 ioogtlb B*RD*pBRDB<p
79 38 39 40 78 syl3anc φxxAC|B+D<RpBRDB<p
80 79 ad5ant13 φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpB<p
81 26 ad2antrr φxxAC|B+D<RpqDRpD*
82 32 adantr φxxAC|B+D<RpqDRpRp*
83 simpr φxxAC|B+D<RpqDRpqDRp
84 ioogtlb D*Rp*qDRpD<q
85 81 82 83 84 syl3anc φxxAC|B+D<RpqDRpD<q
86 85 ad4ant14 φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpD<q
87 77 80 86 jca32 φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpxACB<pD<q
88 rabid xxAC|B<pD<qxACB<pD<q
89 87 88 sylibr φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpxxAC|B<pD<q
90 rspe qKpxxAC|B<pD<qqKpxxAC|B<pD<q
91 75 89 90 syl2anc φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpqKpxxAC|B<pD<q
92 91 ex φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpqKpxxAC|B<pD<q
93 92 ex φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpqKpxxAC|B<pD<q
94 46 47 93 rexlimd φxxAC|B+D<RppBRDqqDRpqKpxxAC|B<pD<q
95 45 94 mpd φxxAC|B+D<RppBRDqKpxxAC|B<pD<q
96 eliun xqKpxAC|B<pD<qqKpxxAC|B<pD<q
97 95 96 sylibr φxxAC|B+D<RppBRDxqKpxAC|B<pD<q
98 97 ex φxxAC|B+D<RppBRDxqKpxAC|B<pD<q
99 98 reximdva φxxAC|B+D<RppBRDpxqKpxAC|B<pD<q
100 25 99 mpd φxxAC|B+D<RpxqKpxAC|B<pD<q
101 eliun xpqKpxAC|B<pD<qpxqKpxAC|B<pD<q
102 100 101 sylibr φxxAC|B+D<RxpqKpxAC|B<pD<q
103 102 ex φxxAC|B+D<RxpqKpxAC|B<pD<q
104 96 rexbii pxqKpxAC|B<pD<qpqKpxxAC|B<pD<q
105 101 104 bitri xpqKpxAC|B<pD<qpqKpxxAC|B<pD<q
106 105 biimpi xpqKpxAC|B<pD<qpqKpxxAC|B<pD<q
107 106 adantl φxpqKpxAC|B<pD<qpqKpxxAC|B<pD<q
108 88 biimpi xxAC|B<pD<qxACB<pD<q
109 108 simpld xxAC|B<pD<qxAC
110 109 3ad2ant3 φpqKpxxAC|B<pD<qxAC
111 elinel1 xACxA
112 111 adantl φxACxA
113 112 2 syldan φxACB
114 109 113 sylan2 φxxAC|B<pD<qB
115 114 3adant2 φpqKpxxAC|B<pD<qB
116 109 17 sylan2 φxxAC|B<pD<qD
117 116 3adant2 φpqKpxxAC|B<pD<qD
118 115 117 readdcld φpqKpxxAC|B<pD<qB+D
119 simp2l φpqKpxxAC|B<pD<qp
120 119 29 syl φpqKpxxAC|B<pD<qp
121 ssrab2 q|p+q<R
122 simpr pqKpqKp
123 73 adantr pqKpKp=q|p+q<R
124 122 123 eleqtrd pqKpqq|p+q<R
125 121 124 sselid pqKpq
126 125 3ad2ant2 φpqKpxxAC|B<pD<qq
127 29 ssriv
128 127 sseli qq
129 126 128 syl φpqKpxxAC|B<pD<qq
130 120 129 readdcld φpqKpxxAC|B<pD<qp+q
131 4 3ad2ant1 φpqKpxxAC|B<pD<qR
132 108 simprld xxAC|B<pD<qB<p
133 132 3ad2ant3 φpqKpxxAC|B<pD<qB<p
134 108 simprrd xxAC|B<pD<qD<q
135 134 3ad2ant3 φpqKpxxAC|B<pD<qD<q
136 115 117 120 129 133 135 ltadd12dd φpqKpxxAC|B<pD<qB+D<p+q
137 rabidim2 qq|p+q<Rp+q<R
138 124 137 syl pqKpp+q<R
139 138 3ad2ant2 φpqKpxxAC|B<pD<qp+q<R
140 118 130 131 136 139 lttrd φpqKpxxAC|B<pD<qB+D<R
141 110 140 jca φpqKpxxAC|B<pD<qxACB+D<R
142 141 8 sylibr φpqKpxxAC|B<pD<qxxAC|B+D<R
143 142 3exp φpqKpxxAC|B<pD<qxxAC|B+D<R
144 143 rexlimdvv φpqKpxxAC|B<pD<qxxAC|B+D<R
145 144 adantr φxpqKpxAC|B<pD<qpqKpxxAC|B<pD<qxxAC|B+D<R
146 107 145 mpd φxpqKpxAC|B<pD<qxxAC|B+D<R
147 146 ex φxpqKpxAC|B<pD<qxxAC|B+D<R
148 103 147 impbid φxxAC|B+D<RxpqKpxAC|B<pD<q
149 1 148 alrimi φxxxAC|B+D<RxpqKpxAC|B<pD<q
150 nfrab1 _xxAC|B+D<R
151 nfcv _x
152 nfcv _xKp
153 nfrab1 _xxAC|B<pD<q
154 152 153 nfiun _xqKpxAC|B<pD<q
155 151 154 nfiun _xpqKpxAC|B<pD<q
156 150 155 cleqf xAC|B+D<R=pqKpxAC|B<pD<qxxxAC|B+D<RxpqKpxAC|B<pD<q
157 149 156 sylibr φxAC|B+D<R=pqKpxAC|B<pD<q