Metamath Proof Explorer


Theorem smflimsuplem8

Description: The superior limit of a sequence of sigma-measurable functions is sigma-measurable. Proposition 121F (d) of Fremlin1 p. 39 . (Contributed by Glauco Siliprandi, 23-Oct-2021)

Ref Expression
Hypotheses smflimsuplem8.m ⊢ φ → M ∈ ℤ
smflimsuplem8.z ⊢ Z = ℤ ≥ M
smflimsuplem8.s ⊢ φ → S ∈ SAlg
smflimsuplem8.f ⊢ φ → F : Z ⟶ SMblFn ⁡ S
smflimsuplem8.d ⊢ D = x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ ℝ
smflimsuplem8.g ⊢ G = x ∈ D ⟼ lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x
smflimsuplem8.e ⊢ E = k ∈ Z ⟼ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ k dom ⁡ F ⁡ m | sup ran ⁡ m ∈ ℤ ≥ k ⟼ F ⁡ m ⁡ x ℝ * < ∈ ℝ
smflimsuplem8.h ⊢ H = k ∈ Z ⟼ x ∈ E ⁡ k ⟼ sup ran ⁡ m ∈ ℤ ≥ k ⟼ F ⁡ m ⁡ x ℝ * <
Assertion smflimsuplem8 ⊢ φ → G ∈ SMblFn ⁡ S

Proof

Step Hyp Ref Expression
1 smflimsuplem8.m ⊢ φ → M ∈ ℤ
2 smflimsuplem8.z ⊢ Z = ℤ ≥ M
3 smflimsuplem8.s ⊢ φ → S ∈ SAlg
4 smflimsuplem8.f ⊢ φ → F : Z ⟶ SMblFn ⁡ S
5 smflimsuplem8.d ⊢ D = x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ ℝ
6 smflimsuplem8.g ⊢ G = x ∈ D ⟼ lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x
7 smflimsuplem8.e ⊢ E = k ∈ Z ⟼ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ k dom ⁡ F ⁡ m | sup ran ⁡ m ∈ ℤ ≥ k ⟼ F ⁡ m ⁡ x ℝ * < ∈ ℝ
8 smflimsuplem8.h ⊢ H = k ∈ Z ⟼ x ∈ E ⁡ k ⟼ sup ran ⁡ m ∈ ℤ ≥ k ⟼ F ⁡ m ⁡ x ℝ * <
9 6 a1i ⊢ φ → G = x ∈ D ⟼ lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x
10 1 2 3 4 5 7 8 smflimsuplem7 ⊢ φ → D = x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ k ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ H ⁡ k | k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝
11 rabidim1 ⊢ x ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ ℝ → x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
12 eliun ⊢ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ↔ ∃ n ∈ Z x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
13 11 12 sylib ⊢ x ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ ℝ → ∃ n ∈ Z x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
14 13 5 eleq2s ⊢ x ∈ D → ∃ n ∈ Z x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
15 14 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ D → ∃ n ∈ Z x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
16 nfv ⊢ Ⅎ n φ ∧ x ∈ D
17 nfv ⊢ Ⅎ n lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x = ⇝ ⁡ k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x
18 nfv ⊢ Ⅎ k φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
19 nfv ⊢ Ⅎ m φ ∧ x ∈ D
20 nfv ⊢ Ⅎ m n ∈ Z
21 nfcv ⊢ Ⅎ _ m x
22 nfii1 ⊢ Ⅎ _ m ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
23 21 22 nfel ⊢ Ⅎ m x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
24 19 20 23 nf3an ⊢ Ⅎ m φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
25 1 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ D → M ∈ ℤ
26 25 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → M ∈ ℤ
27 3 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ D → S ∈ SAlg
28 27 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → S ∈ SAlg
29 4 adantr ⊢ φ ∧ x ∈ D → F : Z ⟶ SMblFn ⁡ S
30 29 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → F : Z ⟶ SMblFn ⁡ S
31 rabidim2 ⊢ x ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m | lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ ℝ → lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ ℝ
32 31 5 eleq2s ⊢ x ∈ D → lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ ℝ
33 fveq2 ⊢ m = y → F ⁡ m = F ⁡ y
34 33 fveq1d ⊢ m = y → F ⁡ m ⁡ x = F ⁡ y ⁡ x
35 34 cbvmptv ⊢ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x = y ∈ Z ⟼ F ⁡ y ⁡ x
36 fveq2 ⊢ z = y → F ⁡ z = F ⁡ y
37 36 fveq1d ⊢ z = y → F ⁡ z ⁡ x = F ⁡ y ⁡ x
38 37 cbvmptv ⊢ z ∈ Z ⟼ F ⁡ z ⁡ x = y ∈ Z ⟼ F ⁡ y ⁡ x
39 fveq2 ⊢ z = w → F ⁡ z = F ⁡ w
40 39 fveq1d ⊢ z = w → F ⁡ z ⁡ x = F ⁡ w ⁡ x
41 40 cbvmptv ⊢ z ∈ Z ⟼ F ⁡ z ⁡ x = w ∈ Z ⟼ F ⁡ w ⁡ x
42 35 38 41 3eqtr2i ⊢ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x = w ∈ Z ⟼ F ⁡ w ⁡ x
43 42 fveq2i ⊢ lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x = lim sup ⁡ w ∈ Z ⟼ F ⁡ w ⁡ x
44 43 eleq1i ⊢ lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ ℝ ↔ lim sup ⁡ w ∈ Z ⟼ F ⁡ w ⁡ x ∈ ℝ
45 32 44 sylib ⊢ x ∈ D → lim sup ⁡ w ∈ Z ⟼ F ⁡ w ⁡ x ∈ ℝ
46 45 adantl ⊢ φ ∧ x ∈ D → lim sup ⁡ w ∈ Z ⟼ F ⁡ w ⁡ x ∈ ℝ
47 46 3ad2ant1 ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → lim sup ⁡ w ∈ Z ⟼ F ⁡ w ⁡ x ∈ ℝ
48 47 44 sylibr ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x ∈ ℝ
49 simp2 ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → n ∈ Z
50 simp3 ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m
51 18 24 26 2 28 30 7 8 48 49 50 smflimsuplem5 ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → k ∈ ℤ ≥ n ⟼ H ⁡ k ⁡ x ⇝ lim sup ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ x
52 fvexd ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ℤ ≥ n ∈ V
53 2 fvexi ⊢ Z ∈ V
54 53 a1i ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → Z ∈ V
55 2 49 eluzelz2d ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → n ∈ ℤ
56 eqid ⊢ ℤ ≥ n = ℤ ≥ n
57 55 uzidd ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → n ∈ ℤ ≥ n
58 57 uzssd ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ℤ ≥ n ⊆ ℤ ≥ n
59 2 49 uzssd2 ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → ℤ ≥ n ⊆ Z
60 fvexd ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m ∧ k ∈ ℤ ≥ n → H ⁡ k ⁡ x ∈ V
61 18 52 54 55 56 58 59 60 climeqmpt ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → k ∈ ℤ ≥ n ⟼ H ⁡ k ⁡ x ⇝ lim sup ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ x ↔ k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x ⇝ lim sup ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ x
62 51 61 mpbid ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x ⇝ lim sup ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ x
63 simp1l ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → φ
64 nfv ⊢ Ⅎ m φ
65 64 20 nfan ⊢ Ⅎ m φ ∧ n ∈ Z
66 2 eluzelz2 ⊢ n ∈ Z → n ∈ ℤ
67 66 adantl ⊢ φ ∧ n ∈ Z → n ∈ ℤ
68 1 adantr ⊢ φ ∧ n ∈ Z → M ∈ ℤ
69 fvexd ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ m ∈ ℤ ≥ n → F ⁡ m ⁡ x ∈ V
70 fvexd ⊢ φ ∧ n ∈ Z ∧ m ∈ Z → F ⁡ m ⁡ x ∈ V
71 65 67 68 56 2 69 70 limsupequzmpt ⊢ φ ∧ n ∈ Z → lim sup ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ x = lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x
72 63 49 71 syl2anc ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → lim sup ⁡ m ∈ ℤ ≥ n ⟼ F ⁡ m ⁡ x = lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x
73 62 72 breqtrd ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x ⇝ lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x
74 73 climfvd ⊢ φ ∧ x ∈ D ∧ n ∈ Z ∧ x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x = ⇝ ⁡ k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x
75 74 3exp ⊢ φ ∧ x ∈ D → n ∈ Z → x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x = ⇝ ⁡ k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x
76 16 17 75 rexlimd ⊢ φ ∧ x ∈ D → ∃ n ∈ Z x ∈ ⋂ m ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ F ⁡ m → lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x = ⇝ ⁡ k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x
77 15 76 mpd ⊢ φ ∧ x ∈ D → lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x = ⇝ ⁡ k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x
78 10 77 mpteq12dva ⊢ φ → x ∈ D ⟼ lim sup ⁡ m ∈ Z ⟼ F ⁡ m ⁡ x = x ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ k ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ H ⁡ k | k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝ ⟼ ⇝ ⁡ k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x
79 9 78 eqtrd ⊢ φ → G = x ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ k ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ H ⁡ k | k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝ ⟼ ⇝ ⁡ k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x
80 1 2 3 4 7 8 smflimsuplem3 ⊢ φ → x ∈ x ∈ ⋃ n ∈ Z ⋂ k ∈ ℤ ≥ n dom ⁡ H ⁡ k | k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x ∈ dom ⁡ ⇝ ⟼ ⇝ ⁡ k ∈ Z ⟼ H ⁡ k ⁡ x ∈ SMblFn ⁡ S
81 79 80 eqeltrd ⊢ φ → G ∈ SMblFn ⁡ S