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Theorem smfliminflem

Description: The inferior limit of a countable set of sigma-measurable functions is sigma-measurable. Proposition 121F (e) of Fremlin1 p. 39 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 2-Jan-2022)

Ref Expression
Hypotheses smfliminflem.m φM
smfliminflem.z Z=M
smfliminflem.s φSSAlg
smfliminflem.f φF:ZSMblFnS
smfliminflem.d D=xnZmndomFm|lim infmZFmx
smfliminflem.g G=xDlim infmZFmx
Assertion smfliminflem φGSMblFnS

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 smfliminflem.m φM
2 smfliminflem.z Z=M
3 smfliminflem.s φSSAlg
4 smfliminflem.f φF:ZSMblFnS
5 smfliminflem.d D=xnZmndomFm|lim infmZFmx
6 smfliminflem.g G=xDlim infmZFmx
7 6 a1i φG=xDlim infmZFmx
8 ssrab2 xnZmndomFm|lim infmZFmxnZmndomFm
9 5 8 eqsstri DnZmndomFm
10 id xDxD
11 9 10 sselid xDxnZmndomFm
12 eqid nZmndomFm=nZmndomFm
13 2 12 allbutfi xnZmndomFmnZmnxdomFm
14 11 13 sylib xDnZmnxdomFm
15 14 adantl φxDnZmnxdomFm
16 nfv mφnZ
17 nfra1 mmnxdomFm
18 16 17 nfan mφnZmnxdomFm
19 2 fvexi ZV
20 19 a1i φnZmnxdomFmZV
21 2 eluzelz2 nZn
22 21 zred nZn
23 22 ad2antlr φnZmnxdomFmn
24 simpll φnZmnxdomFmφ
25 elinel1 mZn+∞mZ
26 3 adantr φmZSSAlg
27 4 ffvelcdmda φmZFmSMblFnS
28 eqid domFm=domFm
29 26 27 28 smff φmZFm:domFm
30 24 25 29 syl2an φnZmnxdomFmmZn+∞Fm:domFm
31 simplr nZmnxdomFmmZn+∞mnxdomFm
32 eqid n=n
33 21 adantr nZmZn+∞n
34 2 25 eluzelz2d mZn+∞m
35 34 adantl nZmZn+∞m
36 22 rexrd nZn*
37 36 adantr nZmZn+∞n*
38 pnfxr +∞*
39 38 a1i nZmZn+∞+∞*
40 elinel2 mZn+∞mn+∞
41 40 adantl nZmZn+∞mn+∞
42 37 39 41 icogelbd nZmZn+∞nm
43 32 33 35 42 eluzd nZmZn+∞mn
44 43 adantlr nZmnxdomFmmZn+∞mn
45 rspa mnxdomFmmnxdomFm
46 31 44 45 syl2anc nZmnxdomFmmZn+∞xdomFm
47 46 adantlll φnZmnxdomFmmZn+∞xdomFm
48 30 47 ffvelcdmd φnZmnxdomFmmZn+∞Fmx
49 18 20 23 48 liminfval4 φnZmnxdomFmlim infmZFmx=lim supmZFmx
50 49 rexlimdva2 φnZmnxdomFmlim infmZFmx=lim supmZFmx
51 50 adantr φxDnZmnxdomFmlim infmZFmx=lim supmZFmx
52 15 51 mpd φxDlim infmZFmx=lim supmZFmx
53 52 xnegeqd φxDlim infmZFmx=lim supmZFmx
54 19 mptex mZFmxV
55 54 limsupcli lim supmZFmx*
56 55 xnegnegi lim supmZFmx=lim supmZFmx
57 56 a1i φxDlim supmZFmx=lim supmZFmx
58 53 57 eqtr2d φxDlim supmZFmx=lim infmZFmx
59 5 reqabi xDxnZmndomFmlim infmZFmx
60 59 simprbi xDlim infmZFmx
61 60 adantl φxDlim infmZFmx
62 61 rexnegd φxDlim infmZFmx=lim infmZFmx
63 58 62 eqtr2d φxDlim infmZFmx=lim supmZFmx
64 61 renegcld φxDlim infmZFmx
65 63 64 eqeltrrd φxDlim supmZFmx
66 65 rexnegd φxDlim supmZFmx=lim supmZFmx
67 52 66 eqtrd φxDlim infmZFmx=lim supmZFmx
68 67 mpteq2dva φxDlim infmZFmx=xDlim supmZFmx
69 7 68 eqtrd φG=xDlim supmZFmx
70 nfv xφ
71 21 32 uzn0d nZn
72 fvex FmV
73 72 dmex domFmV
74 73 rgenw mndomFmV
75 74 a1i nZmndomFmV
76 iinexg nmndomFmVmndomFmV
77 71 75 76 syl2anc nZmndomFmV
78 77 rgen nZmndomFmV
79 iunexg ZVnZmndomFmVnZmndomFmV
80 19 78 79 mp2an nZmndomFmV
81 80 9 ssexi DV
82 81 a1i φDV
83 5 a1i φD=xnZmndomFm|lim infmZFmx
84 13 biimpi xnZmndomFmnZmnxdomFm
85 50 imp φnZmnxdomFmlim infmZFmx=lim supmZFmx
86 84 85 sylan2 φxnZmndomFmlim infmZFmx=lim supmZFmx
87 55 a1i lim infmZFmx=lim supmZFmxlim infmZFmxlim supmZFmx*
88 simpl lim infmZFmx=lim supmZFmxlim infmZFmxlim infmZFmx=lim supmZFmx
89 simpr lim infmZFmx=lim supmZFmxlim infmZFmxlim infmZFmx
90 88 89 eqeltrrd lim infmZFmx=lim supmZFmxlim infmZFmxlim supmZFmx
91 xnegrecl2 lim supmZFmx*lim supmZFmxlim supmZFmx
92 87 90 91 syl2anc lim infmZFmx=lim supmZFmxlim infmZFmxlim supmZFmx
93 simpl lim infmZFmx=lim supmZFmxlim supmZFmxlim infmZFmx=lim supmZFmx
94 xnegrecl lim supmZFmxlim supmZFmx
95 94 adantl lim infmZFmx=lim supmZFmxlim supmZFmxlim supmZFmx
96 93 95 eqeltrd lim infmZFmx=lim supmZFmxlim supmZFmxlim infmZFmx
97 92 96 impbida lim infmZFmx=lim supmZFmxlim infmZFmxlim supmZFmx
98 86 97 syl φxnZmndomFmlim infmZFmxlim supmZFmx
99 98 rabbidva φxnZmndomFm|lim infmZFmx=xnZmndomFm|lim supmZFmx
100 83 99 eqtrd φD=xnZmndomFm|lim supmZFmx
101 70 100 mpteq1df φxDlim supmZFmx=xxnZmndomFm|lim supmZFmxlim supmZFmx
102 nfv mφ
103 nfv nφ
104 negex FmxV
105 104 a1i φmZxdomFmFmxV
106 nfv xφmZ
107 73 a1i φmZdomFmV
108 29 ffvelcdmda φmZxdomFmFmx
109 29 feqmptd φmZFm=xdomFmFmx
110 109 27 eqeltrrd φmZxdomFmFmxSMblFnS
111 106 26 107 108 110 smfneg φmZxdomFmFmxSMblFnS
112 eqid xnZmndomFm|lim supmZFmx=xnZmndomFm|lim supmZFmx
113 eqid xxnZmndomFm|lim supmZFmxlim supmZFmx=xxnZmndomFm|lim supmZFmxlim supmZFmx
114 102 70 103 1 2 3 105 111 112 113 smflimsupmpt φxxnZmndomFm|lim supmZFmxlim supmZFmxSMblFnS
115 101 114 eqeltrd φxDlim supmZFmxSMblFnS
116 70 3 82 65 115 smfneg φxDlim supmZFmxSMblFnS
117 69 116 eqeltrd φGSMblFnS